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FCS 3
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 CAN 6
1.2.2 PROFIBUS 6
1.2.3 WorldFIP 8
1.2.4 HART 8
1.2.5 ControlNet 9
1.2.6 DeviceNet 9
1.2.7 ASI 10
1.2.8 FF 10
1.3 现场总线控制系统的构成 11
1.3.1 具有二层结构的FCS 11
1.3.2 具有三层结构的FCS 12
1.3.3 由DCS扩充而成的FCS 13
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FAS 28
2.4.1 概述 28
2.4.2 现场总线访问子层协议数据单元FAS-PDU 30
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FMS 31
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VCR 34
2.6.2 出版商／订阅者VCR 35
2.6.3 客户机／服务器VCR 35
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-SIS 229
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