基于现场总线的温度测控系统设计 第2页
第1章 引言
1.1设计目的与意义
改革开放以来，人们生活水平越来越高，城市农村建设迅猛发展，农业、工业发展迅速，在城市里人们需要更多的园林建设来美化城市，改善生态环境，因此需要一个良好的温室系统来培育优良的苗木和花草，在农村，用温室种植蔬菜、花草等。在其它很多地方也会用到温室系统，如粮库需要一个好的温、湿度环境，让粮食不至于在长时间里变质。因此一个良好的智能温室系统，会给人们生活带来很大的帮助！
温室系统是一个多方面智能监控系统，如温度系统、湿度系统、灌溉系统、阳光系统、通风系统等。本次设计的是蔬菜种植智能温度测控系统，通过该系统对温室进行温度测量，将数据实时显示和监控，要求系统温度偏差小于5℃，这样才能更加准确的提供一个良好的温度环境，从而适合蔬菜生长。当温度过高或者过低时，系统采取相应措施进行即时处理，恢复所要的理想温度范围。
1.2国内外研究状况
在国内，将计算机应用于温室控制开始于20世纪70年代中期，自70年代末起，在吸收国外发达国家高科技温室生产技术的基础上，我国科研工作人员进行了温室内部温度、湿度、光照、CO2浓度等环境因子控制技术的综合研究。目前国内单因子监测控制较多，控制主要采用传统的一些方法，精度和稳定性方面与国外还有一定差距。
在国外，目前，荷兰、以色列、美国等发达国家可以根据温室作物的要求和特点，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控，美国和荷兰还利用温室管理技术，实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。而目前现场总线控制系统是一个以智能传感器、自动控制、计算机、通信、网络技术为主要内容的多学科交叉的新兴技术，在过程自动化、制造自动化，电力等领域都有广泛的应用前景。目前国内的现场智能仪表中，可连接于FF总线系统的产品还没有得到推广。而国外进口产品价格较高，文修不方便。因此，对于此次设计的，可以和现有常规产品连接的系统是很有必要的。
第2章 现场总线
2.1现场总线概述[1-4]
2.1.1现场总线简介
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，给自动化领域带来了一次革命。基于现场总线及智能化仪表的控制系统FCS (现场总线控制系统)将逐步取代传统DCS（集散式控制系统）。
DCS系统被称为集散式控制系统，它打破了计算机控制系统发展初期由单台计算机统管整个车间甚至工厂的集中控制模式，把整个生产过程分解多个子系统，由多台计算机共同协作完成自控系统功能，每台计算机或微处理器独立承担其中某一部分功能，并广泛采用冗余结构提高安全性。这种系统的优点是避免集中控制模式中危险集中的弊端。FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流，它必将替代DCS。
美国仪表协会于1984年开始制订现场总线标准，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有：基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus，基金会现场总线)、CAN（Controller Area Network，控制局域网络）、LonWorks（Local Operating Network，局部操作网络）、PROFIBUS（Process Field Bus，过程现场总线）和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器数据通路)等。
2.1.2现场总线特点
•开放性：用户可以购置不同制造商的现场总线产品，把他们集中在一个控制系统中，并进行相互的信息交换。
•智能化：现场总线仪表把微处理器引入仪表，使仪表本身成为网络的一个站并参与通信，表明现场总线采用数字通信。
•互操作性：其包括设备的可互换性和可互操作性。可互换性是指不同厂商的设备在功能上设备可互换，可互操作性指不同厂商设备可相互通信。
•环境适应性：现场总线专门为现场现场应用而设计。表现为通信可采用双绞线、同轴电缆等，电磁抗干扰强。
•分散控制：现场总线使控制分散到现场级，从而真正实现分散控制。
现场总线是3C技术（计算机、通讯、控制）的融合。其技术的特点是：信号输出全数字、控制功能全分散、标准统一全开发。
2.2基金会现场总线
2.2.1简介
现场总线是全数字化分布式底层控制网络，自他产生后，就引起控制领域的科研人员的广泛关注。但是，长期以来由于各个大组织在大型跨国公司的支持下，为制定统一的国际标准造成了巨大的阻力，形成了各大总线共存的局面。经过有关各方的共同努力和协商妥协，FF总线、LonWorks总线、PROFIBUS总线、CAN总线、HART总线等7种现场总线在1999年年底的投票表决中获得通过，FF现场总线也成为了一种极有发展前景的现场总线。
基金会现场总线分为低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率可为1 Mbps和2.5 Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。
2.2.2功能
•在生产过程中完成过程参数的检测，变送和显示功能；
•在现场完成过程参数的控制运算和其它所需的计算；
•当生产过程参数超过规定数值时，提供警告和报警信息，并指导操作人员进行紧急处理和自动出发连锁系统；
•具有自诊断功能；
•满足生产过程实时性要求；
基金会现场总线将控制分散到现场，从而将危险分散，使控制系统能够安全，稳定状态下长期运行。
2.3基金会现场总线各层关系及其特点
基金会现场总线的核心技术之一是控制网络的数字通信。为了实现通信系统的开放性，其通信模型参考了ISO/OSI（国际化标准组织）参考模型，并在此基础上根据自动化系统的特点简化后得到的。这是因为工业生产现场存在大量传感器、控制器、执行器等，它们通常零散地分布在一个较大范围内。如果按照七层的参考模型，由于层间操作与转换的复杂性，网络接口的造价与时间开销会过高。为满足实时性要求，也为了实现工业网络的低成本，基金会现场总线的参考模型只具备ISO/OSI参考模型7层中的3层，即物理层、数据链路层和应用层。
FF H1现场总线协议由物理层、数据链路层、应用层以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。省去中间的3～6层，即不具备网络层、传输层、会话层与表示层，结构如图 2-1所示。
物理层规定了信号如何发送；数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信， 数据链路层负责实现链路活动调度、数据的接收发送、活动状态的响应、总线上各设备间的链路时间同步等。这里，总线访问控制采用链路活动调度器方式，链路活动调度器拥有总线上所有设备的清单，由它负责总线段上各设备对总线的操作。
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