集散控制系统与现场总线基础解读

"集散控制系统与现场总线主要知识点" 本文将深入探讨集散控制系统(DCS)和现场总线(FCS)的关键概念，适合IT领域的初学者理解和建立相关知识体系。我们将涵盖这些技术的历史、设计思想、通信模型、相关缩略词的全称，以及数据通信系统的工作方式。此外，我们还将讨论CAN总线协议、集散控制系统的架构以及传输模式，最后介绍几种常见的传输介质及其物理特性。 1. 集散控制系统(DCS)的起源与发展： 世界上第一套集散控制系统于1975年由英国公司横河电机推出，型号为Centum CS。DCS的设计思想是将控制功能分散到多个处理单元，以提高系统的可靠性和灵活性。 2. DCS的主要特点： - 分布式：控制功能分布在不同的硬件节点上，降低单点故障的影响。 - 集中式监控：通过中央操作站进行全局监控和管理。 - 自动化：自动化程度高，能够实现连续控制和批处理控制。 - 模块化：易于扩展和维护，可以根据需要添加或替换组件。 3. 基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通信模型： 基金会现场总线的通信模型基于ISO/OSI参考模型的简化版本，包括物理层、数据链路层和应用层。用户层在应用层之上，提供应用程序接口和功能块定义。 4. 数据交换方式： - 线路交换：在通信过程中固定分配通信资源，适用于持续的双向通信。 - 报文交换：不预先分配通信资源，一次性传输整个报文。 - 报文分组交换：将大报文分割成小的数据包，每个包独立传输，适用于网络拥堵环境。 5. CAN通信模型： CAN总线协议采用了ISO/OSI模型的物理层和数据链路层，用于实现高效、可靠的通信。 6. 集散控制系统的体系结构： 通常分为操作层、控制层和现场设备层。操作层包括操作员站和工程师站；控制层包含过程控制站；现场设备层包括各种传感器和执行器。 7. 数据通信系统的传输模式： - 单工：数据只能沿一个方向传输。 - 半双工：数据可以双向传输，但不能同时进行。 - 全双工：数据可以同时双向传输。 8. PID算法及其改进形式： - 基本PID：比例、积分和微分三个部分组成。 - 积分分离：在积分项中引入死区，避免积分饱和。 - 微分先行：预先计算微分项，减少超调。 9. 网络变量(NeuronC)的意义： 在网络变量中，数据在分布式系统中进行透明通信，无需关心其实际存储位置。 10. 传输介质： - 双绞线：低成本，抗干扰性一般，常用于局域网。 - 同轴电缆：传输距离较远，抗干扰性强，适用于电视信号传输。 - 光纤：高速、长距离传输，数据安全性高，适用于广域网。 通过理解这些基础知识，初学者可以更好地把握现代工业自动化和控制系统的运作原理，为后续深入学习奠定基础。