基金会现场总线技术
摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的新兴技术和热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它主要解决现场的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信，以及这些现场设备和高级控制系统乃至整个企业信息化管理系统之间的信息传递问题。与传统控制系统，如 DCS、PLC等相比，现场总线控制系统具有全数字通信、可互操作、高度分散、开放性好、可靠性高、投资与维护成本低等独特的优点。基金会现场总线是现场总线基金会为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的，基金会现场总线将在今后自动控制技术的发展中发挥重要作用。
1 发展概况
1.1 基金会现场总线历史
基金会现场总线（以下简称为FF）的前身是ISP和WorldFIP标准。ISP标准是可互操作系统协议的简称，它基于德国的Profibus标准。ISP制订于1992年，由美国Fisher—Rosemount公司牵头，有80多家公司参加，包括Smar、E+H、Siemens、Foxboro、横河、ABB等公司，成员以仪表制造厂家为多。则是世界工厂仪表协议的简称，基于法国的FIP标准。WorldFIP 是由Honeywell公司牵头，联合Allen-Bradley、Elsay、Bailey等多家欧洲著名公司于1993年制订而成，其成员也有150多家，不少是PLC制造厂家。自此以后，这两大派别极力维护自身利益，现场总线长期得不到统一，因此受到广大用户的批评。迫于用户压力和市场需求，1994年9月，ISP和WorldFIP北美部分终于达成共识，一起成立了现场总线基金会，致力于开发国际上统一的现场总线协议。该基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备、DCS制造厂家、科研机构和最终用户。由于这些公司是自动化领域自控设备的主要供应商，它们生产的变送器、执行器、DCS和流量仪表占世界市场的90%，对工业底层网络的功能需求了解透彻，也具备足以左右该领域自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会新颁布的现场总线规范具有一定的权威性。目前，国内一些著名企业和科研机构如浙大中控、北京华控、清华大学等也是FF的重要成员。
1.2 基金会现场总线的发展
基金会现场总线分低速Hl和高速H2两种通信速率。Hl的传输速31．25kbps，通信距离可达1．9km，可支持总线供电和本征安全防爆环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，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，其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO／OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。基金会现场总线的主要技术内容，包括FF通信协议、用于完成开放互连模型中第2～7层通信协议的通信栈(Communication Stack)、用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典、用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。
2 技术特点
2.1 适用于过程自动化的低速部分FF-H1
FF总线的低速部分FF-H1是参考了ISO/OIS参考模型，并在此基础上根据
过程自动化系统的特点进行演变而得到的。除了实现现场总线信号的数字通信外，FF-H1具有适用于过程自动化的以下特点：
支持总线供电
FF-H1采用了基于IEC1185-2的双线信号传输技术，并为现场设备提供两种供电方式：非总线供电和总线供电。非总线供电的现场设备的工作电源直接来自外部电源。总线供电的场合，总线上既要传送数字信号，又要由总线为现场设备提供电源量按FF-H1的技术规范，携带协议信息的数字信号以31.25KHz的频率、0.75V~1V的峰峰电压被调制到9V~32V的直流供电电压上。
支持本质安全
FF-H1的现场设备按照设备是否为总线供电，是否可用于易燃、易爆环境以及功耗类别而区分的。根据本质防爆要求，应用于易燃、易爆场合的设备，除了应保证能完成测量、控制、通信等的正常工作外，还应在任何情况（如断路、短
路故障以及在操作过程中的维护、接通、断开等情况）下，不致于产生火花和引发燃烧、爆炸等重大事故。对此，FF-H1 技术规范规定的总线供电的本安型标准设备的推荐参数为最高输入电压大于24V，最大输入电流小于250mA，最大输入功小于1.2W，最大内部容抗小于5nF，最大内部电感小20uH。
3)令牌总线访问机制
FF-H1采用了令牌传递的总线控制方式。这种方式从物理上看，它是一种总线结构的局域网，站点共享的传输介质为总线。但从逻辑上，它是一种环型结构的局域网，连接到总线上的站点组成一个逻辑环，每个站点被赋予一个顺序的逻辑位置，站点只有取得令牌才能发送数据帧，该令牌在逻辑环上依次传递FF-H1中令牌传递是由链路活动调度器进行控制的。FF-H1的通信活动被分为受调度通信和非调度通信。FF采用的这种基于LAS的链路活动调度，确保了控制系统中的信息传输的及时性。
2.2 基于以太网的高速部分HSE
现场总线基金会放弃了其原来规划的H2（传输速率为1M和2.5Mbps）高速总线标准，并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范，它迎合了控制和仪器仪表最终用户对可互操作的、节约成本的、高速的现场总线解决方案的要求。
HSE充分利用低成本和商业可用的以太网技术，并以100Mbit/s到1Gbit/s 或更高的速度运行。HSE支持所有的FF总线低速部分31.25Kbit/s的功能，例如功能模块和设备描术语言，并支持 #$ 设备与基于以太网的设备通过链接设备接口。与链接设备连接的 H1设备的点对点通信，无需主机系统的干涉。而且，与一个链接设备相连的 #$ 设备可以直接和与另一个链接设备相连的 #$设备通信，也无需主机干涉。
HSE现场总线技术的另一个关键特点是，HSE现场设备支持标准的FOUNDATION功能模块，例如Al、AO 和 PID，也包括新的、具体应用于离散控制和 AQO子系统集成的“柔性功能模块”。FFB使用标准的编程语言，例如IEC61131。尽管FFB是HSE的一部分，它也能被用于H1。
链接设备和HSE现场设备可以结合进一个单一的、节约成本的和强大的物理设备，用于批处理、逻辑PLC和连续控制。另外，所有或部分的HSE网络和设备可实现冗余，以适应应用中容错的需要。
3 使用规范
3.1 基金会现场总线挂接现场仪表数量和电缆长度的估算
各种总线协议对于总线电缆的长度都有不同的要求，根据不同的厂家所提供的不同产品型号，可以计算出总线所挂接的仪表数量和总线电缆的长度.现就以P+F公司KLD2-STR-1.24.40.IEC现场总线配电器为例加以说明。
配电电能力:24VDC/400mA
FF总线变送器耗电:9V/l7.5mA
FF总线阀门定位器电:9V/26mA
FF现场总线A型电缆分布电阻:44Ω/km
现场变送器可挂接数量为:400/17.5=22.8(台)
阀门定位器可挂接数量为:400/26=15.3(台)
通过上述计算可以看出，每根FF总线可以挂接22台变送器或巧台阀门定位器.在实践中，每段HI总线通常挂接16台现场仪表。
如果总线上挂接9台变送器和4台间门定位器，则现场仪表消耗总电流为: (9x17.5)+(4x26)=261.5(mA)
总线电缆的允许电压降为:24一9=15(V)
电缆总电阻允许为:15/0.2615=57.36(Ω).
则电缆长度为:5736+44=1.3036(km)
可以看出，如果FF总线上挂接9台变送器和4台间门定位器，则该电缆长度可以达到1303.6m，可以满足一般工业现场的实际要求。
4 主要用途
所有的FF产品必须经过现场总线基金会的认证,这包括通信栈(Stack)的一致性测试和设备的可互操作性的测试。目前全世界有11个通信栈通过一致性测试,并注册。这其中包括:smar公司、Fisher-Rosemount、National Instruments、Yamatake -Honeywell等。
4.1 FF产品的现状
所有的现场设备必须通过现场总线基金会的可互操作性的测试,在进行可互操作性的测试时必须包含一个注册的通信栈。目前全世界已有多家公司的多个产品在现场总线基金会注册。这其中包括:
主机系统: Fisher - Rosemount; Foxboro;Honeywell;smar公司等。
压力变送器:Rosemount的3051;Honeywell的ST3000FF;Foxboro的
LASPT10;smar公司的LD302;Yamatake的DSTJ3000等;Yokogawa的EJA。
温度变送器:Honeywell的STT35F;Rose-mount的3244;smar公司的TT302。流量变送器和流量计: Rosemount的8800A;Yamatake的Magnew3000;Yokogawa的YF。
阀门定位器:Fisher的VDC5000f等。
分析仪: Rosemount的4000氧分析仪、4081pH计等。
组态工具: Fisher - Rosemount; Foxboro;smar公司;Yamatake;National Instruments等。
接口卡:Fisher-Rosemount;smar公司;Na-tional Instrument等。
控制器:Fieldbus公司的UCR-501
现场总线控制器;National Instruments的FP3000现场总线网络控制器等。现场总线I/O接口:Fisher-Rosemount;smar公司等。
参考文献
[1]周勇基金会现场总线发展状况. 自动化与仪器仪表 1999年第6期
[2]冯冬芹施一明“基金会现场总线（FF）技术”讲座. 《自动化仪表》第22卷第6期 2001年6月
[3]许达荣先进控制技术在核电过程控制中的应用. 硕士学位论文 2007年6月5号
[4]李喜刚基金会现场总线的工程应用. 化工自动化及仪表 1999年第26期
[5]张金平浅析FF基金会现场总线及应用. 第八届工业仪表与自动化学术会议
基金会现场总线技术 摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的新兴技术和热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它主要解决现场的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信，以及这些现场设备和高级控制系统乃至整个企业信息化管理系统之间的信息传递问题。与传统控制系统，如 DCS、PLC等相比，现场总线控制系统具有全数字通信、可互操作、高度分散、开放性好、可靠性高、投资与维护成本低等独特的优点。基金会现场总线是现场总线基金会为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的，基金会现场总线将在今后自动控制技术的发展中发挥重要作用。 1 发展概况 1.1 基金会现场总线历史 基金会现场总线（以下简称为FF）的前身是ISP和WorldFIP标准。ISP标准是可互操作系统协议的简称，它基于德国的Profibus标准。ISP制订于1992年，由美国Fisher—Rosemount公司牵头，有80多家公司参加，包括Smar、E+H、Siemens、Foxboro、横河、ABB等公司，成员以仪表制造厂家为多。则是世界工厂仪表协议的简称，基于法国的FIP标准。WorldFIP 是由Honeywell公司牵头，联合Allen-Bradley、Elsay、Bailey等多家欧洲著名公司于1993年制订而成，其成员也有150多家，不少是PLC制造厂家。自此以后，这两大派别极力维护自身利益，现场总线长期得不到统一，因此受到广大用户的批评。迫于用户压力和市场需求，1994年9月，ISP和WorldFIP北美部分终于达成共识，一起成立了现场总线基金会，致力于开发国际上统一的现场总线协议。该基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备、DCS制造厂家、科研机构和最终用户。由于这些公司是自动化领域自控设备的主要供应商，它们生产的变送器、执行器、DCS和流量仪表占世界市场的90%，对工业底层网络的功能需求了解透彻，也具备足以左右该领域自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会新颁布的现场总线规范具有一定的权威性。目前，国内一些著名企业和科研机构如浙大中控、北京华控、清华大学等也是FF的重要成员。
FF现场总线及应用实例 l.FF 现场总线特点 基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常称为FF 现场总线，它分为HI 和四两级总线。HI 采用符合IEC 61158-2 标准的现场总线物理层;H2 则采用高速以太网为其物理层。 HI 现场总线物理层的主要电气特性如下:采用位同步数字化传输方式;传 输波特率为31. 25kb/s;驱动电压9~32VDC;信号电流土如lA.;电缆型式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者符合型;电缆长度小于等于1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~12Om;挂界设备数量小于等于32 台(无中继器时);可用中继器小于等于4 台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。 HI 现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。控制系统所配备的HI 网卡通常只负责与现场仪表的双向通信。而总线的供电则需由专门的FF 配电器完成。HI 总线以段为单位，每块HI 网卡 有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF 配电器。总线的两 端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。 2.基于FF 现场总线的球团竖炉控制系统 根据FF 总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造 球控制系统结构设计如下，如图10-2 所示。 整个系统由配料烘干电气控制系统、造球筛分电气控制系统、竖炉本体 电气控制系统、成品运输电气控制系统和过程检测(仪表)控制系统等子系统组成。过程检测(仪表〉控制系统包括若干HI 子系统，采用总线拓扑结构，通过HSEJHl 网关与网络集线器连接;系统中的各电气控制系统由NCS-300OFF 分布
南京理工大学紫金学院工业自动化网络技术及应用课程论文 课题名称：现场总线技术之基金会现场总线 班级：11自动化 姓名：曹峰 学号：110603123 指导教师：李艳 实验学期：大四上
现场总线技术之基金会现场总线 1 现场总线技术 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。他的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要的影响 。 1.1 现场总线概述 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 1.2 现场总线分类 自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的领域显示了自己的优势。他们具有各自的优点，显示了较强的生命力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大的作用。目前已开发出有40多种现
目录 一．现场总线技术控制系统（FCS）相关简介 1.1 FCS的概述 1.2 FCS的技术特性及优点 1.3 FCS的现况 1.4 几种主流的FCS 二．现场总线技术控制系统（FCS）发展 1.1 FCS的早期发展 1.2 FCS的近期发展 1.3 FCS的未来发展 三．现场总线技术控制系统（FCS）的应用 1.1 FCS在工业控制上的应用 1.2 FCS在智能建筑上的应用 1.3 FCS在其他方面的应用 四．现场总线技术控制系统（FCS）的使用障碍 1.1 FCS应用缺陷 1.2 FCS可能改进方式 五．现场总线技术控制系统（FCS）的前景六．附录 1.1 参考文献
1.1 FCS的概述 现场总线控制系统（FCSFieldbus Control System），它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。因此，FCS实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。 FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。 FCS的关键要点有三点： 1、FCS系统的核心是总线协议，即总线标准 2、FCS系统的基础是数字智能现场装置 3、FCS系统的本质是信息处理现场化 通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。现场总线控制系统FCS是以现场总线为基础的开放式、全数字式的控制系统。它通常由以下3部分组成：现场智能仪表、控制器；现场总线系统；监控、组态计算机。其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上，故现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中枢。与此同时，组态技术包含有系统组态、数据库组态及控制算法组态，生成的参数及算法不仅可以在控制器中运行，还可以在远程I／O或智能设备上运行。 国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。 系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。其总线接口，有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。总线接口的缺省地址通常设为"0"电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必须的。通常
5.1基金会现场总线技术概要 5.1.1基金会现场总线主要技术 现场总线将向着开放系统、统一的标准方向发展这是必然的趋势，现场总线基金会（Fieldbus Foundation）于1996年第一季度颁布了低速总线H1标准，安装了示范系统，这一系统将不同厂商的符合FF协议的仪表互连为控制系统和通信系统，使H1标准开始进入实用阶段。因此本论文将对基金会现场总线这一在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术做重点介绍。 基金会现场总线的最大特色就在于它不仅仅是一种总线，而且是一个系统。是网络系统，也是自动化系统。它作为新型自动化系统，区别于以前各种自动化系统的特征就在于它所具有的开放型数字通信能力，它使自动化系统具备了网络化特征，而它作为一种通信网络，有别于其它网络系统的特征则在于它位于工业生产现场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。 基金会现场总线围绕工厂底层网络和全分布自动化系统这两个方面形成了它的技术特色。其主要技术内容有： （1）基金会现场总线的通信技术。它包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制芯片、通信网络与系统管理等内容。它涉及一系列 与网络相关的硬、软件，如通信栈软件，被称之为圆卡的仪表用通信 接口卡，FF与计算机的接口卡，各种网关、网桥、中继器等。它是现 场总线的核心基础技术之一。 （2）标准化功能模块（FB, Function Block）与功能块应用进程（FBAP, Function Block Application Process）。它提供一个通用结构，把实现控 制系统所需的各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准化，规定 它们各自的输入、输出、算法、事件、参数与控制图，并把它们组成 为可在某个现场设备中执行的应用进程。便于实现不同制造商产品的 混合组态与调用。功能块的通用结构是实现开放系统构架的基础，也 是实现各种网络功能与自动化功能的基础。 （3）设备描述（DD, Device Description）与设备描述语言（DDL, Device Description Language）。为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的 功能块操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述为控制 系统理解来自现场设备的数据意义提供必需的信息，因而也可以看作 控制系统或主机对某个设备的驱动程序，即设备描述是设备驱动的基 础，设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准语言。
9.4.2 现场总线技术 现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。尤其是20世纪90年代现场总线技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。 1．什么是现场总线技术 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。 现场总线技术就是将微处理器芯片嵌入到位于控制现场的检测仪表和执行机构中，使这些设备都具有了智能化的运算和通信能力，能成为独立承担各种检测、控制和通信任务的网络节点。采用可进行简单连线的双绞线等传输途径作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，使得位于现场的多个测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而形成了各种适应实际需要的新型的自动控制系统。 传统控制系统的接线方式是并联接线方式，从可编程控制器（PLC）控制各个电器元件，每一个元件对应有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。当PLC 所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护也十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地成了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场总线。图9-17显示了传统控制系统和现场总线控制系统不同的接线方式。 传统的接线方式现场总线接线方式 图9-17 传统控制系统接线方式和现场总线系统接线方式的比较2．现场总线的特点 现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通信网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点。现场总线技术实际上是采用串行数据
5类现场总线技术 现场总线是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。本文小编介绍五类常见的现场总线。 1、CAN总线 CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短消息报文，每一帧有效字节数为8个;当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。 2、HART总线 HART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。HART通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。 3、基金会现场总线FF 基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World FIP协议。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。 基金会现场总线分为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 1.9km，可支持总线供电和本质安全防暴环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，通信距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线，其传输信号采用曼切斯特编码。基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。FF总线包括FF通信协议、ISO模型中的2～7层通信协议的通栈、用于描述设备特性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典，用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块，实现系统组态管理功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。 4、PROFIBUS总线 PROFIBUS是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。它也只采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。PROFIBUS-DP用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域。FMS 型适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化的
电气091 鲍岩030914101 第五章基金会现场总线FF FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA（北美部分，不包括欧洲）和ISP Foundation 于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIP NA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。 FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责开发，并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网（highspeed ethernet HSE）标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。HSE完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。 1．FF的一般特点 具有适合工业现场应用的通信规范和网络操作系统。采用单一串行线上连接多个设备的网络连接方法，1条总线最多可连接32台设备。通信介质可以是金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤。通信信号可以采用10mA电流方式，也可以采用电压方式。通信线路可用设备的供电线路。具有比较完备的工业设备描述语言。采用虚拟设备的概念实现设备的模块化处理。实现了开放式系统，在FF系统内，不同厂家的产品具有互操作性。提供了比较完善的系统测试手段和方法。可以说，FF是个生命力强大的现场总线。 2. FF 现场总线技术 基金会现场总线是一个充当工厂/车间测试和控制设备局域网的全数字.串行双工的通讯系统.在车间网络的等级系列中.现场总线环 境为数字网络的低层"FF的协议规范建立在ISO/OSI 层间通讯 模型之上.它由3个主要功能部分组成.物理层.通讯栈和用户层" (1)物理层 物理层对应于OSI第1层.从上层接收编码信息并在现场总线传输媒体上将其转换成物理信号.也可以进行相反的过程" (2) 通讯栈 通讯栈对应于OSI模型的第2层和第7层.第2 层即数据链路层(DLL),它控制信息通过第1层传输到现场总线.DLL同时通过LAS(链接活动调度器)连接到现场总线.LAS 用来规定确定信息的传输和批准设备间数据的交换.第7层即应用层(AL),对用户层命令进行编码和解码. (3) 用户层 用户层是一个基于模块和设备描述技术的详细说明的!标准的用户层.定义了一个利用资
引言 基金会现场总线(foundation fieldbus)通常称为FF现场总线,它分为H1和H2两种总线。它分为H1和H2两种总线。H1采用符合IEC 61158-2标准的现场总线物理层;H2则采用高速以太网为其物理层。H1现场总线物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31.25kbps;驱动电压9~32VDC;信号电流±9mA;电缆式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线形、树形、星形或者符合形;电缆长度≤1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~120m;挂接设备数量≤32台(无中继器时);可用中继器≤4台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。 一、FF现场总路线安装和测试要点 赛科项目的现场总线使用经验表明现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装，赛科项目的经验是： ①现场总线网段对绝缘要求很高，为了防爆和防止总线回路受潮，规定采用增安型(EExe)接线箱，电缆穿入接线箱时使用防爆电缆时使用防爆电缆密封接头。 采用FF总线专用端子块与各总线现场设备连接。每个总线专用端子块具有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的正常工作，短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。 ②电缆屏蔽层的连接注意事项。在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧(marshalling)的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，这样可以起到防止静电感应和低频(50Hz)干扰的作用。 如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱(JB)内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。 ③现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻，对地绝缘，线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应该符合FF基金会总线系统工程指南中的技术要求，各端子的连接必须紧固。 二、FF现场总线安装和测试方法 现场总线的物理信号、终端、电源、本质安装等与常规仪表不同，两者使用的电缆必须加以区别。可供的通信速度为31.25kbps的H1现场总线的电缆线类型、规格、最大长度等，应根据工程需要来选择电缆。一般首选A型用于新装置;B型可作为替代器;C型、D型仅用于改造的装置。 在工程中，必须注意电缆线的屏蔽与接地，首选A、B型屏蔽电缆。C、D型电缆也可将导线穿于金属管中进行屏蔽连接起来，然后集中一起进行接地;必须注意电缆线与设备连接的极性问题，因此，现场总线使用的曼彻斯特信号是交替电压，每bit发言1次或2
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程篇一： 基金会现场现场总线(Fieldsite/Field Service总线)是一种现场设备的通信协议,旨在提供一种简单、高效、可靠的通信方式,使设备能够在不连接中央服务器的情况下进行通信。基金会现场现场总线最初由思科公司开发,并于1997年首次发布。 基金会现场现场总线的定义是指一组定义在通信协议中的规则,用于指导设备和网络之间的通信。这些规则通常包括设备地址、通信协议、数据格式和错误处理等。基金会现场现场总线的优点是可以在分布式系统中实现高效的通信和可靠的数据传输,因此被广泛应用于物联网、工业自动化、医疗设备、交通运输等领域。 基金会现场现场总线的发展历程可以分为三个阶段。第一阶段是早期的基金会现场现场总线,主要用于连接小型设备,如交换机、路由器等,这些设备通常是集中部署的。第二阶段是2000年左右出现的现场总线,它允许不同类型的设备(如交换机、路由器、集线器等)通过标准化接口进行通信。第三阶段是近年来发展的趋势,即基于云的基金会现场现场总线,它允许设备和云服务之间进行通信,并提供更高的安全性和灵活性。 基金会现场现场总线的应用非常广泛,包括工业自动化、医疗设备、交通运输、智能家居、智能城市等领域。在实际应用中,基金会现场现场总线通常与其他通信协议和系统相结合,以实现更复杂的网络结构和更高的性能。 除了提供通信协议和规则外,基金会现场现场总线还可以用于管理设备和网络。基金会现场现场总线提供了一些标准的功能,如设备配置、故障排除、网络
监控等,这些功能可以帮助管理员更好地管理和维护设备和网络。此外,基金会现场现场总线还可以与其他工具和软件相结合,以提高网络管理和监控的效率和质量。 总之,基金会现场现场总线是一种简单、高效、可靠的通信协议,它在实际应用中得到了广泛的应用。随着云计算、物联网等技术的不断发展,基金会现场现场总线也在不断演进,以适应不断变化的市场需求。 篇二： 基金会现场现场总线(Field Service Communication总线)是一种现场设备与远程服务器之间进行通信的标准接口。它是在分布式系统中常用的一种通信协议,用于实现现场设备之间的通信,同时也可用于远程服务器之间的通信。 基金会现场现场总线的定义可以追溯到20世纪80年代,当时随着计算机技术的发展,分布式系统开始被广泛应用。由于现场设备的数量和种类繁多,传统的通信方式很难满足要求,因此基金会现场现场总线应运而生。 基金会现场现场总线的基本原理是将数据帧从远程服务器发送到现场设备,再将响应数据帧从现场设备发送到远程服务器。数据帧包括发送方和接收方的信息,其中发送方包含源地址、数据长度、数据等内容,接收方则返回一个包含目标地址、数据长度、数据等内容的数据帧。通过这种方式,现场设备可以实时地与其他设备进行通信,而无需进行复杂的通信协议转换。 基金会现场现场总线的发展历程可以分为三个阶段: 第一阶段是早期的基金会现场现场总线,通常采用简单的协议,仅支持传输控制协议(TCP)和传输数据协议(UDP)。这些协议的传输速度和可靠性都较差,无法满足现代分布式系统的要求。
有人定义，用以替代现行模拟信号传输技术的数字信号传输技术（总线）就被称为现场总线。这未免太简单，很容易给人以错觉。按IEC和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式，双向传输，多分支结构的通信网络。有通信就必须有协议，从这个意义上讲，现场总线就是一个定义了硬件接口和通信协议的标准。 进一步说，现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪表代替模拟仪表，关键是用新一代的现场控制系统FCS代替传统的集散系统DCS，实现智能仪表，通信网络和控制系统的集成。FCS具有信号传输全数字化，系统结构全分散式，现场设备有互操作性，通信网络全互连式，技术和标准全开放式的特点。现场总线的本质原理还表现在以下6个方面。 （1）现场通信网络，实现过程和加工制造现场仪表或设备的现场数字化通信； （2）现场设备互连，仅仅用一对传输线，如双绞线，同轴电缆，光纤和电源线等，将传感器，变送器和执行器等现场仪表和设备互连起来； （3）互操作性，现场仪表或设备品种繁多，不可能从一家制造公司购齐，现场总线允许选用各制造商性能价格比最高的产品集成在一起，实现“即接即用”，即对不同品牌的仪表或设备互相连接，统一组态； （4）功能分散，将DCS的三级结构改革为FCS的二级结构，，废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，将控制功能分散到现场仪表，从而构成虚拟控制站；因此现场仪表应是智能型多功能仪表；（5）通信线供电，对于本质安全要求的低功耗现场仪表，允许直接从通信线上摄取能源； （6）开放式互连，现场总线为开放式互连网络，既可与同层网络互连，也可与不同层次网络互连，共享资源，统一调度。 现场总线的优点 模拟仪表和DCS技术发展多年，已经相当成熟，几十年形成的标准和系列也已为世界公认，为什么还要对此进行变革，还要发展现场总线呢？只要看到现场总线的优点（模拟仪表和DCS的缺点）就能理解这一问题。现场总线的优点与现场总线的原理密切关联，有如下优点。 （1）经济性，一对N结构，一对传输线，连接N台仪表双向传输多个信号，节省电缆费用可观，且安装简单，维护容易； （2）可靠性，现代数字信号传输技术抗干扰能力强，精度高； （3）可控性，操作员在控制室既可了解现场仪表的工作状况，也能对其进行参数调整； （4）综合性，现场总线仪表（简称现场仪表）具备智能和综合能力，可检测，变换，补偿，又有控制和运算功能，实现一表多用，既方便，又节省； （5）互换性和互操作性，打破了传统DCS自成体系，互相封锁的局面； （6）开放性，现场总线为开放互连网络，所有技术和标准全是公共的，制造商只能在其体系结构，工艺等方面保留特色，而最终在质量上取胜。
第四章现场总线控制系统（FCS） 第一节现场总线控制系统基础 现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统，它是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的先进的计算机控制系统。是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。 一、现场总线控制系统的特点 根据IEC标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线控制系统是在现场总线的基础上发展起来的，它所带来的改进首先体现在现场通信网络方面，其次在结构、装置、功能等方面也有优势。概括地说，它具有以下技术特点： (1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。现场总线是用于过程控制系统和制造自动化系统中现场设备或现场仪表间互连的数字化通信网络，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了控制系统的性能。 (2)FCS的现场总线网络是开放式互连网络。用户可以自由集成不同制造商的通信网络，通过网络将不同厂商生产的现场设备和功能块设备有机地融合为一体，构成统一的现场总线控制系统。 (3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互连。一对传输线互连多台现场设备，双向传输数据信息，大大减少连线数量，从而降低安装费用，更易于维护，并提高了可靠性。 (4)FCS普遍采用智能仪表，增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。智能化的现场设备具有更加完善的功能，包括部分控制功能，从而将较简单的控制任务改由现场设备完成，使现场设备既有检测、变换功能，又有运算和控制功能，一机多用。这样既节约了成本，又使控制更加安全和可靠。FCS废除了DCS的I／O单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散到现场设备，实现了彻底的分散控制。 二、FCS与DCS的分析比较 FCS系统利用现场总线技术，针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高了性能和通用性。传统DCS的主要问题是开放性差，功能分散不够，需要用大量的电缆传递模拟信号等。但是，DCS发展了二三十年，已经在许多领域成熟应用，其强大的功能和可靠性已经得到验证和承认，并且已经占有了相当大的市场。与DCS相比，FCS具有技术上的优势，但是还处于发展和成熟之中，许多问题还有待解决。当今工业控制领域，DCS和FCS共存的情况还将维持一段较长的时间。 在技术上，FCS与DCS相比，具有以下几点优势： 111
现场总线技术 简介：文章介绍了现场总线技术的发展过程，分析了现场总线技术的特点及其优点，介绍了几种典型的总线技术，并对总线技术的发展趋势做了展望。 关键字：现场总线技术 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有
1 现场总线的概念 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。 现场总线是２０世纪８０年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。 2 现场总线的发展趋势 1983年，Ｈonewell推出了智能化仪表，它在原模拟仪表的基础上增加了计算功能的微处理器芯片，在输出的４～２０ｍＡ直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接模拟信号变为数字信号。之后，世界上各大公司推出了各种智能仪表。智能仪表的出现为现场总线的诞生奠定了基础。 智能仪表的出现为现场信号的数字化提供了条件，但不同厂商提供的设备通信标准不统一，束缚了底层网络的发展。现场总线要求不同的厂商遵从相同的制造标准，组成开放的互连网络是现场总线的发展趋势。 3 现场总线的特点与优点 现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。 现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统，实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能。是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。 现场总线系统在技术上具有以下特点： 3.1 系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的系统。系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性
现场总线的概念和特点 - 现场总线 现场总线把握系统( FieldbusControlSystem，FCS)是用开放的现场总线把握通信网络将自动化最底层的现场把握器和现场智能仪表设备互连的实时网络把握系统。一般而言，现场总线与局域网的区分有以下两点。①按功能比较现场总线连接自动化最底层的现场把握器和现场智能仪表设备，网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、状态信息及把握信息等，传输速率低，但实时性高。简而言之，现场总线是一种实时把握网络。局域网用于连接局域区域的各台计算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文本、声音及图像等，传输速率高，但不要求实时性。从这个意义而言，局域网是一种高速信息网络。②按实现方式比较现场总线可接受各种通信介质，如双绞线、电力线、光纤、无线及红外线等，实现成本低。局域网需要专用电缆，犹如轴电缆、光纤等，实现成本高。依据国际电工委员会(IEC)标准和现场总线基金会(FF)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量把握仪表，使其都具有数字计算和数字通信力量，成为能独立担当某些检测、把握和通信任务的网络节点。通过一般双绞线把多个测量把握仪表、计算机等作为节点连接成网络系统，使用公开、规范的通信协议，在位于生产把握现场的多个微机化测控设备之间及现场仪表与用做监控、管理的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，形成各种适应实际需要的自动把握系统。现场总线主要面对过程把握，除传输数字与模拟信号的直接信
息外，还可传输把握信息。网络交换的数据单元是帧(frame)。与集散把握系统(dcs)相比，现场总线把握系统具有牢靠性高及更好的平安性、互换性和互操作性、开放性分散性等优点。现场总线的特点①开放性和可互操作性开放性意味FCS将打破DCS大型厂家的垄断，给中小企业进展带来了公平竞争的机遇。可互操作性实现把握产品的“即插即用”功能，从而使用户对不同厂家工控产品有更多的选择余地，可以自由选择不同品牌的设备。全部现场总线产品接受统一的标准，这使用户可以自由选择不同制造商所供应的设备。同时，现场总线接受完全分散的数据库概念。任何同现场总线接口的人机界面都可显示有关信息，这样就不会有重复的、不全都的数据库。现场总线只使用一个数据库，即分散于现场仪表中的数据库。人机界面就是从今数据库中猎取“定标数据”的，手持终端所查询的也是同一个数据库。②低成本衡量一套把握系统的总体成本，不仅要考虑其造价，而且应当考察系统从安装调试到运行维护整个生命周期内的总投入。（https://www.doczj.com/doc/1219331542.html,/版权全部)相对DCS而言，FCS开放的体系结构和OEM技术将大大缩短开发周期，降低开发成本，且彻底分散的分布式结构将1对1的模拟信号传输方式变为1对N的数字信号传输方式，节省了模拟信号在传输过程中大量的A/D、D/A转换装置及布线安装成本和维护费用。因此从总体上来看，FCS的成本大大低于DCS的成本。由于现场总线的通信是全数字式的，且它的把握功能完全由现场设备去执行，因此不需要输入、输出及其他把握板。现场装置可直接与操作台相连，不再需要用于连接各把握板的“数据高速
现场总线技术概念 - 现场总线 1.现场总线技术 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与把握室内的自动把握装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。 或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和把握设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动把握功能的网络系统与把握系统。 2.现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级把握设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备把握、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统接受一对一连线的、4-20mA/24VDC 信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严峻制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统接受计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的掩盖范围始终延长到生产现场。在CIMS系统中，现
场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延长，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 3.基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 基于现场总线技术的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统如图所示： 图：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统 4.基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点 （1）增加了现场级信息集成力量 现场总线可从现场设备猎取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程把握，还可完成远程参数化工作。 （2）开放式、互操作性、互换性、可集成性 不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其它厂商将自己专长的把握技术，如把握算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有很多面对行业特点的监控系统。 （3）系统牢靠性高、可维护性好 基于现场总线的自动化监控系统接受总线连接方式替代一对一的I/O 连线，对于大规模I/O系统来说，削减了由接线点造成的不行靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增加了系统的可