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第1章 现场总线概论1

1.1 什么是现场总线1

1.1.1 现场总线基本概念1

1.1.2 现场总线产生2

1.1.3 DCS,RI/O和FCS3

1.1.4 现场总线通信系统4

1.1.5 现场总线技术现状及发展4

1.2 几种典型的现场总线6

1.2.1 CAN6

1.2.2 PROFIBUS6

1.2.3 WorldFIP8

1.2.4 HART8

1.2.5 ControlNet9

1.2.6 DeviceNet9

1.2.7 ASI10

1.2.8 FF10

1.3 现场总线控制系统的构成11

1.3.1 具有二层结构的FCS11

1.3.2 具有三层结构的FCS12

1.3.3 由DCS扩充而成的FCS13

1.4 现场总线控制系统的特点14

第2章 现场总线通信系统18

2.1 现场总线通信系统概述18

2.1.1 ISO/OSI参考模型18

2.1.2 现场总线通信系统和ISO/OSI参考模型的关系19

2.1.3 现场总线通信系统的主要组成部分20

2.1.4 现场总线网络拓扑结构21

2.2 物理层22

2.2.1 物理介质相关子层23

2.2.2 物理介质独立子层24

2.3 数据链路层25

2.3.1 数据链路层中的介质访问功能26

2.3.2 数据链路层中的数据传输功能27

2.4 现场总线访问子层FAS28

2.4.1 概述28

2.4.2 现场总线访问子层协议数据单元FAS-PDU30

2.4.3 FAS所映射的DLL层活动31

2.5 现场总线报文规范子层FMS31

2.5.1 报文规范子层所包含的服务32

2.5.2 FMS报文规范33

2.6 通信栈34

2.6.1 报告分发VCR34

2.6.2 出版商／订阅者VCR35

2.6.3 客户机／服务器VCR35

2.7 网络管理36

2.7.1 网络管理者与网络管理代理36

2.7.2 网络管理代理的虚拟现场设备37

2.8 系统管理37

2.8.1 系统管理内核37

2.8.2 自动寻址机制39

2.8.3 功能块调度39

2.9 用户层41

2.9.1 对象41

2.9.2 设备描述42

2.10 FF HSE通信系统44

第3章 现场总线设备46

3.1 现场总线压力／差压变送器46

3.1.1 概述46

3.1.2 工作原理47

3.1.3 应用介绍49

3.1.4 显示器51

3.2 现场总线温度变送器51

3.2.1 概述51

3.2.2 工作原理52

3.2.3 温度传感器53

3.2.4 温度变送器应用54

3.2.5 温度变送器的组态56

3.3 电流—现场总线转换器59

3.3.1 概述59

3.3.2 工作原理59

3.3.3 安装接线59

3.4 现场总线—电流转换器61

3.4.1 概述61

3.4.2 工作原理61

3.5 现场总线—气压转换器62

3.5.1 概述62

3.5.2 工作原理62

3.6 现场总线阀门定位器64

3.6.1 概述64

3.6.2 工作原理64

3.7 现场总线电动执行器66

3.7.1 概述66

3.7.2 工作原理66

3.8 现场总线网关67

3.8.1 概述67

3.8.2 现场总线网关的工作原理68

3.9 现场总线接口68

3.9.1 概述68

3.9.2 现场总线接口的工作原理69

3.10 现场总线变频驱动装置70

3.10.1 概述70

3.10.2 变频／变速驱动装置现场总线接口的工作原理70

第4章 现场总线控制系统功能块71

4.1 功能块概述71

4.1.1 基本概念71

4.1.2 功能块参数72

4.1.3 工作方式参数79

4.1.4 量程标定参数82

4.1.5 故障状态参数83

4.1.6 报警与事件参数84

4.1.7 仿真参数86

4.1.8 通道参数组态87

4.1.9 块实例化和下装时参数顺序87

4.1.10 块选项参数87

4.1.11 功能块库91

4.2 资源块和转换块91

4.2.1 资源块91

4.2.2 转换块93

4.3 基本功能块96

4.3.1 模拟量输入（AI）功能块97

4.3.2 开关量输入（DI）功能块98

4.3.3 模拟量输出（AO）功能块99

4.3.4 开关量输出（DO）功能块100

4.3.5 偏置／增益（BG）功能块101

4.3.6 控制选择（CS）功能块103

4.3.7 手动加载（ML）功能块104

4.3.8 比率（RA）功能块105

4.3.9 PID功能块107

4.3.10 PD功能块109

4.4 高级功能块109

4.4.1 脉冲输入（PI）功能块110

4.4.2 复杂模拟量输出（CAO）功能块112

4.4.3 复杂开关量输出（CDO）功能块114

4.4.4 步进输出PID（SPID）功能块115

4.4.5 设备控制（DC）功能块118

4.4.6 输出分程（OS）功能块122

4.4.7 给定值斜坡信号发生器（SPG）功能块123

4.4.8 输入选择（IS）功能块126

4.4.9 信号特征化（SC）功能块128

4.4.10 超前-滞后（LL）功能块129

4.4.11 时间死区（DT）功能块130

4.4.12 计算（AR）功能块131

4.4.13 运算（CA）功能块134

4.4.14 积算（IT）功能块141

4.4.15 定时器（TMR）功能块146

4.4.16 模拟量报警（AAL）功能块152

4.4.17 开关量报警（DAL）功能块155

4.4.18 模拟量人机接口（AHI）功能块156

4.4.19 开关量人机接口（DHI）功能块158

4.5 扩展功能块159

4.5.1 多路模拟量输入（MAI）功能块159

4.5.2 多路开关量输入（MDI）功能块160

4.5.3 多路模拟量输出（MAO）功能块161

4.5.4 多路开关量输出（MDO）功能块162

4.5.5 柔性功能块（FFB）163

4.6 功能块参数描述168

第5章 现场总线控制系统的工程设计178

5.1 现场总线网段设计178

5.1.1 概述178

5.1.2 基本概念及定义178

5.1.3 段设计的约束条件179

5.1.4 布线设计182

5.1.5 非设备部件的选择184

5.2 电源系统设计185

5.2.1 概述185

5.2.2 基本要求185

5.2.3 本质安全186

5.2.4 FISCO现场总线本质安全概念系统187

5.2.5 在DCS机柜中安装的FISCO系统189

5.2.6 现场总线非易燃概念系统192

5.2.7 高能量主干线——现场总线安全栅192

5.2.8 电源的选择194

5.2.9 段的保护197

5.3 接地与防雷系统设计197

5.3.1 概述197

5.3.2 接地方式197

5.3.3 防雷系统200

5.4 系统设计文件200

5.4.1 网络图200

5.4.2 现场总线数据表201

5.4.3 决策分析表204

5.4.4 网段负荷计算表206

5.4.5 PI＆D图207

第6章 现场总线控制系统的工程实施208

6.1 现场仪表安装208

6.2 现场总线接线208

6.2.1 电缆类型208

6.2.2 长度限制209

6.2.3 主干线210

6.2.4 分支210

6.2.5 电缆安装211

6.3 现场接线盒211

6.4 控制系统212

6.4.1 主机系统212

6.4.2 软件组态214

6.5 环境条件218

第7章 现场总线控制系统的可靠性与安全性220

7.1 现场总线控制系统的可靠性220

7.1.1 变送器冗余220

7.1.2 控制器冗余221

7.1.3 控制阀冗余222

7.1.4 电源的冗余222

7.1.5 电源阻抗器的冗余223

7.1.6 链路活动调度器的冗余225

7.1.7 总线故障隔离225

7.1.8 利用状态信息提高可靠性226

7.2 现场总线控制系统的安全性227

7.2.1 安全总线的设计要求227

7.2.2 基金会安全总线FF-SIS229

7.3 现场总线安全节点的结构231

7.3.1 安全节点的硬件结构231

7.3.2 安全节点的软件结构232

第8章 现场总线控制系统的调试234

8.1 工厂验收测试234

8.1.1 出厂阶段234

8.1.2 假定234

8.1.3 工厂验收试验（FAT）要求235

8.1.4 FAT程序236

8.2 电缆及网络／网段测试237

8.2.1 电缆测试程序237

8.2.2 网络／网段的检查程序238

8.3 回路检测／现场集成测试240

8.4 现场验收测试241

第9章 现场总线控制系统的应用实例242

9.1 单回路控制系统242

9.2 串级控制系统242

9.3 比值控制系统243

9.4 分程控制系统245

9.5 超驰控制系统246

9.6 锅炉汽温控制系统248

9.7 锅炉给水控制系统250

9.8 锅炉燃烧控制系统253

9.9 顺序控制系统257

9.10 连锁保护系统261

9.11 现场总线控制系统工程应用的整体方案263

附录 通过现场总线基金会认证的现场设备265

参考文献284