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基金会现场总线

基金会现场总线
基金会现场总线

控制网络与通信大作业题目: FF 基金会现场总线

作者:董洁

学号:ZB0213239

班级:自动化转本2班

指导老师:王小英

日期:

摘要

基金会现场总线FF(Foudation Fieldbus)在过程自动化领域得到广泛支持和应用,并具有良好发展前景。

FF 总线由低速和高速两部分组成,其中FF-H1网络以ISO/OSI模型为基础,取其物理层数据链路层和应用层,并在应用层之上添加了用户层,构成了四层结构的通信模型。FF-H1传输速率为31.25KBPS,通信距离可达1900m(与传输介质有关,可加中继器延长),可支持总线供电,支持本质安全防爆环境。FF-H1主要用于过程工业(连续控制)的自动化。FF-HSE则采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六层结构,企通信距离为750m 和500m。物理传输介质可支持双绞线、批处理和高级控制等场合。

FF的最大特色在于它不仅是一种总线,而且是一个系统。它既是网络系统也是自动化系统。作为新型自动化系统,区别于以前各种自动化系统的特征在于它所具备的开放型数字通信能力,有别于其他网络系统的特征在于它位于工业现场,其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。

基金会现场总线这一开放、可互操作的技术应经成为全球范围内领先的数字化控制系统解决方案。近年来越来越多的用户采纳了基金会现场总线技术。该技术广泛应用于石油、钢铁矿山、造纸、天然气、制药、电力、水处理等行业。

关键词:基金会现场总线技术自动化系统通信模型

目录

1 发展历史 (1)

1.1 现场总线的概念 (1)

1.2现场总线的类型 (1)

1.3基金会现场总线 (2)

2通信模型 (5)

2.1通信原理 (5)

2.2FF通信模型的三大功能FF (6)

2.3FF的报文结构 (8)

2.4FF的应用进程 (8)

2.5 FF的通信关系 (9)

3 网络拓扑结构 (11)

4 主要技术 (13)

4.1基金会现场总线的通信技术 (13)

4.2标准化功能块(FB FunctionBlock) (13)

4.3设备描述与设备描述语言 (13)

5 案例应用 (15)

5.1设备的选用和总量 (15)

5.2 网段设计 (15)

5.3辅助设备及电缆 (16)

5.4现场仪表选型 (16)

6 学习心得与思考 (19)

7 参考文献 (20)

1发展历史

1.1 现场总线的概念

随着微处理器的快速发展和广泛应用,数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能,产生了以微处理器为核心,使用集成电路代替常规电子线路,实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。设备之间彼此通信、控制,在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。由此,导致了现场总线的产生。

现场总线(fieldbus)是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统,主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题;或者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双向通信的数据总线,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。

以此作为技术支撑构成的现场总线测控系统,主要用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域。

1.2 基金会现场总线

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。

1.3现场总线的类型

目前现场总线的标准尚不统一,但有几种现场总线技术已经逐步形成一定的影响,并在特定的领域发挥着重要的作用。

1、过程现场总线

过程现场总线标准既是德国国家标准DIN19245,也是欧洲标准EN50170。PROFIBUS 由三部分组成,即PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA。

FMS是用于车间级监控的令牌方式实时多主网络,用于连接控制系统中的工程师工作站、操作员站、PLC或DCS控制站。FMS总线还可以连接区域控制器,并通过区域控制器接入工厂级的局域网络。

DP用于控制系统与分散式I/O的通信。在控制系统中,PLC或DCS控制站和现场开关设备之间的互连和通信是用DP总线完成的。

PA专为生产过程自动化而设计,可使传感器和执行机构联在一根总线上。

PROFIBUS的传输速率为9.6Kbps~12Mbps,最大传输距离在12Mbps时为100M,1.5Mbps时为400M,可用中继器延长至10Km。传输介质可以是双绞线,也可以是光缆,最多可挂接127个站点。

2、可寻址远程传感器数据通路HART

HART是美国Rosemount公司研制的。HART协议参照ISO/OSI模型的第1、2、7层,即物理层、数据链路层和应用层。

物理层采用基于Bell 202 通信标准的FSK技术,用屏蔽双绞线作介质,单台设备通信距离为3Km,多台设备互连距离为1.5Km。

数据链路层规定数据帧长度最长不超过25个字节,可寻址16个。

应用层规定三类命令:通用命令、普通命令和特殊命令,分别用于遵守HART协议的全部、大部和特殊产品。

3、局部操作网络LON(Local Operating Network)

LON是美国Echelon公司研制的。

LON总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络,为集散控制系统(DCS)提供了很强的实现手段。为支持LON总线,Echelon公司开发了LonWorks技术,它为LON总线的设计、成品化提供了一套完整的开发平台。LON总线也成为当前最为流行的现场总线之一。在其支持下,诞生了新一代的智能化低成本的现场测控产品。

4、控制器局域网络CAN(Controller Area Network)

CAN是由德国BOSCH公司最初为汽车工业的监视和控制而设计的。CAN总线是现场总线技术的一种,称为控制器局域网现场总线。

CAN推出之初主要用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。例如汽车刹车防抱死系统、安全气囊等。CAN总线可广泛应用于离散控制领域中的过程监测和控制,特别是工业自动化的底层监控,以完成控制与监测设备之间可靠和实时的数据交换。

5、基金会现场总线FF

FF的体系结构也参照ISO/OSI模型的第1、2、7层,另外增加了用户层。

FF提供两种物理标准:H1和H2。H1为用于过程控制的低速总线,速率为31.25kbps,传输距离为200m、400m、1200m和1900m四种。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、同轴电缆、光纤和无线发射,协议符合IEC1158-2标准。物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。

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;用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL(Device Description Language)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综合自动化系统、网络系统的系统集成技术等。

本文将着重介绍基金会现场总线FF。

2通信模型

基金会现场总线的核心之一是实现现场总线信号的数字通信。为了实现通信系统的开放性,其通信模型参考了ISO/OSI参考模型,并在此基础上根据自动化系统的特点进行演变后得到的。

FFH1的通信模型参照了OSI参考模型的1,2,7层,另外增加了用户层,这是FF与其他总线不同之处。FFH1通信模型和OSI参数模型见图2.1。

图2.1 基金会现场总线(FF)通信模型和OSI参考模型

2.1通信原理

如果需要将一信息从一处送到他处,必须按照协议规定的格式自用户层经应用层、数据链路层及物理层发送才能奏效。这一过程可用邮寄信件的方式作为譬喻,如要从某地发一信件给其他地方的某人时,可按照邮局规定的方式,将信件放入信封,在信封上根据规定的格式写上地址及收信人,贴上邮票投入信箱即可。若不按照邮局的规定进行,则信件就有可能收不到.

物理层与传输介质(电缆、光缆等)相连接规定了如何收发信号和接收信号。数据链路层

规定了总线设备如何共享网络,怎样调度通信。

应用层分为现场总线访问子层和现场总线报文规范子层2个子层,其中FAS规定数据访问的关系模型和规范,在DLL与FMS之间提供服务;FMS则规定了标准的报文格式,为用户提供了所需的通信服务。应用层的任务是描述应用进程,实现应用进程之间的通信,提供应用接口的标准操作,实现应用层的开放性。应用层规定了设备间交换数据、命令、事件信息和请求应答的信息格式。

用户层规定了标准的功能块,对象字典和设备描述,供用户组成所需要的应用程序,并实现网络管理和系统管理。在网络管理中,为了提供一个集成网络各层通信协议的机制,实现设备操作状态的监控和管理,设置了网络管理代理和网络管理信息库,提供组态管理、运行管理和差错管理的功能。在系统管理中,设置系统管理内核、系统管理内核协议和系统管理信息库,提供设备管理、功能管理、时钟管理和安全管理等功能。

FF将数据链路层、应用层和用户层的软件集成为通信栈,供软件开发商开发通信栈;通过软件编程来实现。另外再开发专用集成电路及其相关硬件来实现物理层和数据链路层部分功能。这样就能用软硬件相结合的办法来实现FF通信模型。

2.2 FF通信模型的三大功能

通信模型作为现场总线设备的物理实体,再通过传输线构成通信网络,按层次分别分为上述物理层等4层;如按功能分别可分为三部分,即通信实体、系统管理内核和功能块应用进程。各部分之间通过虚拟通信关系来沟通信息,即相当于逻辑的通信信道,VCR表示了2个或多个应用进程之间的关系。

图2.2 FF通信模型的三个组成部分

1)通信实体(Entitg)。由各层协议和网络管理代理共同组成。其任务是生成报文(Message)和提供报文传送服务,是现场总线设备通信的核心部分。层协议的基本目标是构成VCR,网络管理代理,负责管理通信栈,支持组态、运行和差错管理,这些管理信息保存在网络管理信息库中并由对象字典来描述。OD中保存有数据类型、长度等描述信息,为总线设备的网络可视对象提供定义和描述。

2) 系统管理内核。系统管理内核在通信模型中位于应用层和用户层。SMK是总线设备的管理实体,负责与网络系统相关的任务管理,支持节点地址分配,应用服务调度、应用时钟同步和应用进程分析。SMK把控制系统管理操作的信息组成对象,存储在系统管理信息库中,并可以通过网络来访问SMIB。SMK支持网络设备管理,在设备运行之前将其基本的系统信息置人SMIB,并分配一个物理设备位号,然后使设备进入初始化状态;在不影响网络上其他设备运行的情况下,使该设备进入运行状态,并根据他的物理设备位号分配节点地址;当设备加入网络以后,可按需设置远程设备和功能块。

3)功能块应用进程。功能块应用进程位于应用层和用户层。功能块实现某种应用功能或算法如PID功能块实现PID(比例、积分、微分)控制功能,模拟输入(AI)和模拟输出(AO)功能块分别实现参数输入和输出功能,如将AI,PID,AO功能块的输出端和输入端相连接就可以实现单回路控制策略。FF规定了1O个基本功能块和19个附加功能块,分布在现场总

线设备内,供用户组态实现所需控制策略,从而构成全分布式网络控制系统,也就是所谓现场总线控制系统,它与DCS的区别之一就在于DC将所有的控制功能集中在DCS的主机中;而FCS则将60%~80%的一般控制功能分散到现场智能化仪表中去了,这不仅提高了系统的可靠性,而且还使控制更加及时和精确。应用进程(AP)用来描述驻留在设备内的分布式应用,功能块应用进程(FBAP)用来实现用户所需的各种功能,除了功能块对象外,还包括对象字典(OD)和设备描述。设备描述为控制系统理解来自总线设备的数据含义提供必需的信息,为总线设备的互操作性提供了基础。

2.3 FF的报文结构

如某台总线设备要将数据通过现场总线发到其他设备,首先在用户层形成用户数据,再把它们依次送往FMS,FAS及DDL;用户数据在FMS,FAS和DLL各层分别加上各层的协议控制信息,在DLL还加上帧校验信息;最后送往物理层将数据打包,即加上帧前定界码和帧后结束码,再在帧前定界码之前加上用于时钟同步的前导码。信息帧形成之后仍不能发送,还要通过物理层转换成符合规范的物理信号,在网络系统的管理控制之下,发送到现场总线上。

2.4 FF的应用进程

应用进程AP是指总线设备内部实现一组相关功能的集合,是驻留在总线设备内部的分布式应用,是总线活动的基本组成部分,现场总线活动中AP是基本对象;可以把几个AP 组合起来形成复合对象;还可以把几个复合对象组合起来形成复合列表对象。一台总线设备中AP的数量与其功能及其执行情况有关,可以通过软件向总线设备下载AP,也可以将AP 固化在总线设备的专用集成电路(ASIC)内。

该结构主要由AP索引,对象字典、一组网络可视对象和一个应用层通信服务接口四部分组成。网络可视是指在网络上可以访问或操作的部分,由于AP所有资源并不都需要为网络可视,所以图6中只表示了AP的网络可视部分。对象字典(OD)内是一系列AP对象描

述的条目,AP索引内则装有这些条目的排列序号,凭借这些序号,可以从对象字典中找到与该序号对应的AP对象描述的条目,从而得到相应的对象代码值,再通过应用层接口把他们送往通信实体部分。

2.5 FF的通信关系

建立二台现场总线设备的AP之间的通信连接,是一种逻辑上的连接,或看作是一种软连接。因此,人们把这种通信连接称为虚拟通信关系。

FF设置了三种类型的虚拟通信关系:客户/服务器型,发行者/预订者型和报告分发型。

1)客户/服务器型虚拟通信关系

当一台总线设备得到传递令牌时,该设备就可以对总线上另一台设备发送一个请求信息,这个请求者被称为客户(Client),而接收这个请求的被称为服务器(Server)。当服务器收到这个请求,并得到了来自链路活动调度器(Link Active Scheduler,LAS)的传递令牌时,就可对客户的请求做出响应。采用这种通信关系在一对客户与服务器之间的请求/响应式数据交换被称为客户/服务器型虚拟通信关系。同一台设备在不同的时刻,既可以作请求者,也可以作被请求者,也就是说,它既可以作客户,也可作为服务器。

客户/服务器VCR属于总线上二台设备之间由用户发起的一对一、排队式,非周期通信,常用于发送操作员操作和设置参数,如改变设定值、改变操作模式、改变调节器参数,设备的上载或下载、确认报警等。这种非周期性通信是在周期性通信的间隙中进行的。因而存在传送被中断的可能,可采用再传送程序来恢复中断了的传送。

2)发行者/预订者型虚拟通信关系

当一台总线设备得到传递令牌时,该设备就将其缓冲器(Buffer)中的信息向总线上的多台设备发布或广播这些信息,这个广播信息者被称为发行者(Publisher);而收听这些信息

的设备被称为预订者(Subscriber)。采用这种一台设备广播其缓冲器信息而让多台设备同时收听的通信关系被称为发行者/预订者型虚拟通信关系。这种通信关系的建立可以受调度(周期性)或非周期性的。也就是说,可以由链路活动调度器按准确的时间发出令牌,也可以由用户按非周期方式发起。

3)报告分发型虚拟通信关系

当一台带有事件报告或趋势报告的设备收到来自LAS的传递令牌时,把它的报文分发给所规定的一组总线设备。该发布者被称为报告分布者。采用这种一个报告者对应一组收听者的通信关系被称为分发型VCR。

3网络拓扑结构

基金会现场总线分高速、低速两种规范。低速总线H1的传输速率为31.25kpbs;高速总线的传输速度为1Mpbs和2.5Mpbs两种。低速现场总线H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树型拓扑结构,而高速现场总线H2只支持总线型拓扑结构。

前导码帧前界定码协议数据信息帧结束码

字节长度1 1 8—273 1

*当采用中继器时开头码可多于1个字节

图3.1基金会现场总线信号的编码序列

基金会现场总线作为统一标准的开放式可授权技术,其产品目前在国内尚处于研制、试用阶段。由于它所具有的技术特点,在设计、建造、使用、维护等方面会给用户带来的性能、经济上的优势,将使其具有良好的市场基金会现场总线还支持桥接网。可以通过网桥把不同速率、不同类型媒体的网段连成网络。网桥设备具有多个口,每个口有一个物理层实体。基金会现场总线的桥接网中,任何两个设备之间只有一条数据通道。网桥内由数据链路层具体实现数据流的连接。图3.2为FF现场总线拓扑结构.

点对点总线型菊花链型

图3.2 FF现场总线拓扑结构

4主要技术

正因为基金会现场总线是工厂底层网络和全分布自动化系统,围绕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:

包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制器芯片、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内置通信接口卡,FF总线与计算机的接口卡,各种网关、网桥、中继器等,它是现场总线的核心技术之一。

(2)标准化功能块(FB FunctionBlock):

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、参数与块控制图,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)设备描述与设备描述语言:

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编程语言。采用设备描述编译器,把DDL编写的设备描述的源程序转化为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机器可读的输出文件来理解各制造商附加DD写成CD ROM,提供给用户。

(4)现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术。

在现场总线的产品开发中,常采用OEM集成方法构成新产品。已有多家供应商向市场提供FF集成通信控制芯片、通信栈软件、圆卡等。把这些部件与其它供应商开发的或自行

开发的完成测量控制功能的部件集成起来,组成现场智能设备的新产品。

(5)系统集成技术:包括通信系统与控制系统的集成。

如网络通信系统组态、网络拓扑、配线、网络系统管理;控制系统组态;人机接口、系统管理维护等。这是一项集控制、通信计算机、网络等多方面的知识,集软硬件于一体的综合性技术。

(6)系统测试技术:

包括通信系统的一致性与互可操作性测试技术;总线监听分析技术;系统的功能、性能测试技术。一致性与互可操作性测试是为保证系统的开放性而采取的重要措施。一般要经受权过的第三方认证机构作专门测试,验证符合统一的技术规范后,将测试结果交基金会登记注册,授予FF标志。

5案例应用

FF 总现在拜耳曹泾工厂的应用

上海拜耳曹泾园区下属工厂的涂料厂、公用工程厂和聚酯厂已于2006年建成投产,该项目选用了FF基金会现场总线,在仪表较多,系统设置明朗、可靠、经济、实用。在2006年上海FF年会上,该项目工程设计人员提供了专题报告,反应很热烈。

5.1设备的选用和总量

该项目使用了6套艾默生的DeltaV系统,其中涂料厂、公用工程厂、聚酯厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设备;涂料厂为600台(全部模拟量设备);公用工程厂为300台(另外有HART设备在单元包中);聚酯厂为2200台。

5.2 网段设计

塑料厂网段布局中,在1个H1例段上接两个网段,聚酯厂网段布局为FF设备最大安装数量为8台,每个网段的最大阀门安装数为2台(阀门定位器为2个),每个网段的备用的分指数为2个,每个分支上的FF设备为1台,也就是8:2:2:1模式。具体见图2.1所示,采用了两个网段保护器,图2.2仅采用一个网段保护器。

5.3辅助设备及电缆

(1)接线箱:

涂料厂:接线箱实用刀式开关终端

公用工程厂:Relcom的Mega-block接线箱

聚酯厂:带有P+F网段保护盒现场隔离的接线箱

(2)现场总线辅助部件,包括电源模块和诊断模块、网段保护器和保护现场设备短路的现场安全栅由P+F Powerhububs提供。

在某些场合,浪涌保护也可以用在网段保护非闪电直接击中的浪涌破坏。

(3)每个网段主干电缆:单根双绞线电缆。

5.4现场仪表选型

(1)流量仪表:

科里奥利流量计:E+HPromass;艾默生Micromotion;

涡街流量计:艾默生8800系列,E+HProwirl;

电磁流量计:E+HPromag;

超声波流量计:E+HProsonic Flow;

(2)压力仪表:

E+H Cerabar/ Deltabar;艾默生3051;Siemens Sitrans P;

(3)温度仪表:

艾默生3244系列、848系列;Wika 5350;

(4)料位仪表:

雷达E+H FMR240、E+H FMR230; 超声波E+H Prosonic Level;(5)分析仪表:

PH计:艾默生TR200;电导计艾默生400VI

(6)控制阀门:

Samson3787定位器;

基金会现场总线(Foundation Fieldbus)的发展动态

基金会现场总线(Foundation Fieldbus)的发展动态 现场总线基金会自1984 年成立以来,经过十年的发展,已经形成了一个 开放的、全数字化的工业通信系统,并在上世纪末开始进入中国市场,推动了 中国的工业自动化技术进步,并开始了大型全区域系统集成的应用,本文就其 发展过程和特点概括地介绍一下。一. 应用情况一个开放式的总线协议,很 重要的一点就是有多少设备支持这个协议。否则,这个协议的开放性就没有意 义了。从2001 年起,支持FF 总线的产品越来越多。据统计,2002 年通过FF 基金会认证注册的产品增长了24%,累计达到137 种。其中,压力仪表32 种, 温度仪表12 种,流量仪表19 种,物位仪表12 种,分析仪表16 种,阀门类仪 表30 种,高速以太网联接设备5 种,调节仪表1 中,其他仪表10 种。有10 个公司的控制系统能够联接FF 总线的H1 网段。它们是 ABB,Emerson(Delta-V)Honeywell(Plantscape,Experion PKS)Invensys,Smar(System302)Yamatake(Industrial DEO),Yokogawa(Centum,Stardom)。在具体工程方面,截至2002 年6 月,全球已经安装的FF 总线仪表达到205,000 台,已经安装的系统达到4000 个。其应 用领域如表一所示。表一(附件3)另外,日本横河株式会社也有一组FF 总线 系统应用领域的统计数字。其中,化工31%,石化21% 炼油12%,石油天然 气8% 食品制药3%,电力3% 水处理3%,钢铁矿山3% 造纸2%,水泥1% 其他13%。从以上的数据不难看出,石油、天然气、石油化工、化工领域的 项目数占FF 总线全部项目数的44.9%,说明石化领域目前是FF 总线最主要的 应用领域。tips:感谢大家的阅读,本文由我司收集整编。仅供参阅!

工业以太网与现场总线的优缺点 整理

工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域,近年来以太网更是走向前台,发展迅速,颇引人注目。究其原因,主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展,其中通信已成为关键,用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面,Intranet/Internet等信息技术的飞速发展,要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成,并提供一个开放的基础构架,而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命,但多种现场总线互不兼容,不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输,信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现,促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包,双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps,许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信,开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统,这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 (1)具有相当高的数据传输速率(目前已达到100Mbps),能提供足够的带宽; (2)由于具有相同的通信协议,Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT(信息技术)世界; (3)能在同一总线上运行不同的传输协议,从而能建立企业的公共网络平台或基础构架;

基金会现场总线(FF)常用术语英中文对照表

基金会现场总线(FF)常用术语英中文对照表 Abort 终止通讯 Abort Service 终止通讯服务 Abstract Syntax Notatio n 1 抽象语法表示1 Actuator 执行机构 Acyclic Communication 非周期性通讯 Agent 代理 Alarm 报警 Alarm Output 报警输出 Alert Object 警示对象 Algorithm 算法 Analog Input 模拟输入 Analog Input Block 模拟输入块 Analog Output 模拟输出 Analog Output Block 模拟输出块 AP Directory AP目录 AP Directory Header AP目录报头AP Object AP对象 Application 应用 Application Clock Time 应用时钟时间 Application Layer 应用层 Application Process 应用过程 Application Time 应用时间 Associate 联系 Associate Service 联系服务 Barrier 安全栅 Basic Device 基本设备 Bi-directional 双向 Bit Per Second 位/秒 Bridge 网桥 Bridge Device 网桥设备 Broadcast 广播 Buffered 缓冲的 Buffered Network-Schedu led Unidirectional 缓冲的网络调度的单向的 Bus 总线 Bus Powered Device 总线供电设备 Calibration 校准 Capability File 能力文件 Cascade 串级 Client 客户 Client/Server Communica tion 客户/服务器通讯 Client/Server VCR 客户/服务器VCR Clock 时钟 Clock Message 时钟报文 Clock Time 时钟时间 Common File Format 通用文件格式 Communication 通讯 Communication Entity 通讯实体

现场总线(闭卷)复习指南

1数据编码 2 数据传输方式 : 串行传输与并行传输 2.1数据传输方式(信息传输方向): 单工、半双工和全双工通信 2.2数据传输方式(数据的传输分): 串行传输与并行传输 2.3数据传输方式(收发双方的同步):同步传输与异步传输 2.4数据传输方式: 基带、频带和宽带传输 3多路复用技术: 时分多路复用TDM、频分多路复用FDM、码分多址和波分多路复用WDM 4数据交换技术(中转节点的性质): 线路交换和存储转发交换 ;存储转发交换方式又分为两种: 报文交换, 报文分组交换 5网络互连设备及作用: 中继器: 负责在两个节点的物理层上按位传递信息,完成信号的复制、调整和放大功能,以此来延长网络的长度 网桥: 数据链路层上对帧进行存储转发 路由器: 网络层上实现多个网络互连的设备,它对分组信息进行存储转发 网关: 传输层以上实现网络互连。网关具有从物理层直到应用层各层的协议转换能力 集线器: 随机选出某一端口的设备,并让它独占全部带宽,与集线器的上连设备(如交换机、路由器或服务器)进行通信 6 ISO/OSI参考模型: 物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 7数据链路层的作用是要在不太可靠的物理链路上,通过数据链路层协议实现可靠的数据传输 , 为网络层提供如下三种服务: 无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的面向连接的服务 8现场总线: 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统 现场总线特点:(1)总线式结构(2)开放性、互操作性与互换性(3)彻底的分散控制(4)信息综合、组态灵活(5)多种传输介质和拓扑结构 9现场总线是一种数字通信协议 10CAN特性2 支持报文优先权3保证报文延迟时间4设置灵活5时间同步的多点接收6系统内数据的一致性(System Wide Data Consistency)7多主机网络(对等网)8错误监测和错误标定9只要总线空闲,就自动将被破坏的报文重新传输10将节点的暂时性错误和永久性错误区分开,自动关闭CAN的错误节点 11CAN结构: 物理层数据链路层 12发送器:产生报文的单元称为发送器总线空闲或该单元失去仲裁时,这个单元不叫“发送器” 13接收器:如果一个单元不叫发送器同时总线也不在空闲期间,这个单元叫“接收器” –报文(Message总线上的信息以几个不同类型的固定格式的报文发送,但是长度受限 –当总线空闲时,任何连接在网络上的单元都可以开始发送新的报文) 报文路由 –报文的寻址内容由标识符指定 –标识符不指出报文的目的地,但是这个数据的特定含义使得网络上所有节点通 过报文滤波来判断该数据是否应该由它(们)接收 14多点传送(Multicast) –由于报文的滤波作用,任何数目的节点对同一条报文都可以接收并同时对此报 文作出反应 15多主机(Multimaster) –总线空闲时,任何节点都可以开始传送报文 –具有较高优先权报文的节点可以获得总线访问权 16仲裁(Arbitration)

现场总线技术之基金会现场总线

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

现场总线的罗斯蒙特

https://www.doczj.com/doc/6412343018.html, 利用基金会TM 现场总线的罗斯蒙特 3144P 温度变送器 第一步: 固定变送器第二步: 接线与通电第三步: 检验标牌第四步: 检验变送器组态第五步: 设置开关产品认证 开始 结束

? 2006 罗斯蒙特股份有限公司版权所有。保留所有权利。 商标所有人享有商标的一切财产权利。 重要事项 该安装指南为罗斯蒙特 3144P 提供基本指导原则。 但并不提供详细的组态、诊断、维护、维修、故障检修、隔爆、防燃或本质安全(IS)安装指南。 欲了解更多指南,请参阅 3144P 参考手册(文件编号 00809-0106-4021)。 欲浏览电子版参考手册和快速安装指南(QIG),请访问网站:https://www.doczj.com/doc/6412343018.html, 。 警告 爆炸可导致死亡或重伤: 在易爆环境中安装本变送器必须符合当地、国内和国际适用的标准、规范与规程。 与安全安装相关的限制条件,请参阅该手册的认证章节。 在隔爆/防燃环境安装时,在装置通电情况下,严禁拆除变送器的封盖。 过程泄漏可引起受伤甚至导致死亡 ?在施加压力前安装并拧紧热电偶套管或传感器。?在运行过程中严禁拆除热电偶套管。 电击可导致死亡或重伤 ?应尽量避免与引线和端子接触。 引线上可能存在的高压可导致电击事故。 Emerson Process Management Rosemount Division 8200 Market Boulevard Chanhassen, MN USA 55317 T (US) (800) 999-9307T (Intnl) (952) 906-8888Fax (952) 949-7001 Emerson Process Management Temperature GmbH Frankenstrasse 2163791 Karlstein Germany T 49 (6188) 992 0F 49 (6188) 992 112 Emerson Process Management Asia Pacific Private Limited 1 Pandan Crescent Singapore 128461T (65) 6777 8211F (65) 6777 0947

现场总线基础知识

现场总线基础知识 现场总线技术综述 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:FoudationFieldbus (FF)、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色,在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础,紧扣系统的可靠性、实用性等,介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状,最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。 一、现场总线的技术特点 1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开,各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换,现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性,强调对标准的共识与遵从。一个开放系统,它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的,开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性,这里的互可操作性,是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通,可实行点对点,一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等

基金会现场总线FF

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

现场总线种类及标准介绍

现场总线种类及标准介绍 现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展,以全数字式现场总线(FIELDBUS)为代表的互联规范,正在迅猛发展和扩大。由于采用现场总线将使控制系统结构简单,系统安装费用减少并且易于维护;用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点,现场总线技术正越来越受到人们的重视。近十几年由于现场总线的国际标准不能建立,现场总线发展的种类较多,约有40余种:如德国西门子公司Siemens的ProfiBus,法国的FIP,英国的ERA,挪威的FINT,Echelon 公司的LONWorks,PhenixContact公司的InterBus,RoberBosch公司的CAN,Rosemounr公司的HART,CarloGarazzi公司的Dupline,丹麦ProcessData公司的P-net,PeterHans公司的F-Mux,以及ASI (ActraturSensorInterface),MODBus,SDS,Arcnet,国际标准组织-基金会现场总线FF:FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美国的DeviceNet 与ControlNet等等。 现场总线的种类主要有:基金会现场总线FF;ProfiBus;WorldFIP;ControlNet/DeviveNet;CAN等 1、基金会现场总线FF 现场总线基金会包含100多个成员单位,负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。它的前身是可互操作系统协议ISPInterperableSystemProtocol)--基于德国的ProfiBis标准,和工厂仪表世界协议WORLD (WorldFactoryInstrumentationProtocol)--基于法国的FIP标准。ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。 基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型(1,2,7层)。另外增加了用户层。 2、ProfiBus

基金会现场总线

控制网络与通信大作业题目: FF 基金会现场总线 作者:董洁 学号:ZB0213239 班级:自动化转本2班 指导老师:王小英 日期:

摘要 基金会现场总线FF(Foudation Fieldbus)在过程自动化领域得到广泛支持和应用,并具有良好发展前景。 FF 总线由低速和高速两部分组成,其中FF-H1网络以ISO/OSI模型为基础,取其物理层数据链路层和应用层,并在应用层之上添加了用户层,构成了四层结构的通信模型。FF-H1传输速率为31.25KBPS,通信距离可达1900m(与传输介质有关,可加中继器延长),可支持总线供电,支持本质安全防爆环境。FF-H1主要用于过程工业(连续控制)的自动化。FF-HSE则采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六层结构,企通信距离为750m 和500m。物理传输介质可支持双绞线、批处理和高级控制等场合。 FF的最大特色在于它不仅是一种总线,而且是一个系统。它既是网络系统也是自动化系统。作为新型自动化系统,区别于以前各种自动化系统的特征在于它所具备的开放型数字通信能力,有别于其他网络系统的特征在于它位于工业现场,其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。 基金会现场总线这一开放、可互操作的技术应经成为全球范围内领先的数字化控制系统解决方案。近年来越来越多的用户采纳了基金会现场总线技术。该技术广泛应用于石油、钢铁矿山、造纸、天然气、制药、电力、水处理等行业。 关键词:基金会现场总线技术自动化系统通信模型

目录 1 发展历史 (1) 1.1 现场总线的概念 (1) 1.2现场总线的类型 (1) 1.3基金会现场总线 (2) 2通信模型 (5) 2.1通信原理 (5) 2.2FF通信模型的三大功能FF (6) 2.3FF的报文结构 (8) 2.4FF的应用进程 (8) 2.5 FF的通信关系 (9) 3 网络拓扑结构 (11) 4 主要技术 (13) 4.1基金会现场总线的通信技术 (13) 4.2标准化功能块(FB FunctionBlock) (13) 4.3设备描述与设备描述语言 (13) 5 案例应用 (15) 5.1设备的选用和总量 (15) 5.2 网段设计 (15) 5.3辅助设备及电缆 (16) 5.4现场仪表选型 (16) 6 学习心得与思考 (19) 7 参考文献 (20)

FF基金会现场总线

控制网络与通信大作业 题目: FF基金会现场总线 作者:陈荣 学号: ZB0213104 班级: ZB02131 指导老师:王小英 日期: 2014.6.10

目录 摘要 (3) 一、发展历史 (4) 二、工作原理 (7) 2.1 FF总线H1总线电路和信号形式 (7) 2.2 物理层 (7) 2.3 链路层 (8) 2.4 应用层 (8) 2.5 用户层 (9) 2.6 协议数据的构成与层次 (9) 三、FF现场总线的拓扑结构 (11) 3.1 点对点拓扑结构 (11) 3.2 树形拓扑结构 (11) 3.3 菊花链拓扑结构 (12) 3.4 带支线拓扑结构 (13) 3.5电缆及通信距离 (13) 四、主要产品 (15) 五、FF基金会现场总线的应用 (17) 5.1 FF总线在汽轮机轴封系统上的应用 (17) 5.2 FF总线在温度测点上的应用 (18) 六、个人思考 (19) 6.1基金会现场总线的十大技术特点 (19) 6.2基金会现场总线用户获益的十大源泉 (19) 6.3基金会现场总线的五大关键技术 (20) 6.4基金会现场总线的五大保障体系 (20) 参考文献 (21)

FF基金会现场总线 摘要 随着计算机硬件、软件技术及网络技术的迅速发展,自动化技术也迅猛发展起来,许多控制功能已经被下放到现场级设备中,这使得现场设备间的数据通讯量加大,这种趋势推动了现场总线技术的发展。现场总线是八十年代末在国际上发展起来的用于制造业自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络。目前不同国家和厂家已纷纷组成集团发表了各自的现场总线协议标准,市场上出现的现场总线有:FF、Proflbus、LonWorks、CAN、HART、Interbus、ISPFIP、SDS、Devlcenet等等。 在众多的现场总线技术当中,由现场总线基金会组织(Fieldbus Foundation,FF)开发的基金会现场总线在过程自动化领域中得到了广泛的应用。以基金会现场总线FF为信息通道构成了一种全分布式的自动化系统,其主要功能是对工业生产过程进行测量、信号变送、控制等。FF于1996年颁布了低速总线Hl标准。随着以太网技术的成熟,FF又制定了FF HSE(High Speed Ethemet)规范,该规范定义了一种基于高速以太网的现场总线技术。为实现自动控制系统的控制功能,在H1和HSE应用层之上增加了用户层。用户层包括了FF所定义的标准化的功能块和功能块应用进程,构成了自动化控制系统中实现控制功能的主要部分。 FF基金会现场总线由于其优良的性能、较高的可靠性和控制功能、诊断功能、管理功能,特别适合于工业过程监控设备的互连,因而越来越受到工业界的重视,并已被公认为应用于过程自动化系统中最具有前途的现场总线之一。 关键字:基金会现场总线协议网络结构应用领域主要产品

现场总线系统

现场总线系统 制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。 2003年4月,IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准,规定10种类型的现场总线。 Type 1 TS61158现场总线 Type 2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线 Type 3 Profibus现场总线 Type 4 P-NET现场总线 Type 5 FF HSE现场总线 Type 6 SwiftNet现场总线 Type 7 World FIP现场总线 Type 8 Interbus现场总线 Type 9 FF H1现场总线 Type 10 PROFInet现场总线 现场总线的技术特征 (1) 全数字化通信 (2) 开放型的互联网络 (3) 互可操作性与互用性 (4) 现场设备的智能化 (5) 系统结构的高度分散性 (6) 对现场环境的适应性 现场总线的特点 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。

现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列,为其应用开拓了更为广阔的领域; 一对双绞线上可挂接多个控制设备,便于节省安装费用; 节省维护开销; 提高了系统的可靠性; 为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。 现场总线技术的发展趋势 从现场总线技术本身来分析,它有两个明显的发展趋势: 一是寻求统一的现场总线国际标准 二是Industrial Ethernet走向工业控制网络 统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术,过去一直认为,Ethernet是为IT领域应用而开发的,它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距,在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上,这些问题正在迅速得到解决,国内对EPA 技术(Ethernet for Process Automation)也取得了很大的进展。 随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用,可以预见Ethernet 技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 工业以太网的发展 国际上形成的工业以太网技术的四大阵营: 主要用于离散制造控制系统的是: Modbus-IDA工业以太网 Ethernet/IP工业以太网 PROFInet工业以太网 主要用于过程控制系统的是: Foundation Fieldbus HSE工业以太网 随着科学技术的快速发展,过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。150多年前出现的基于5-13psi的气动信号标准(PCS,Pneumatic Control System气动控制系统),标志着控制理论初步形成,但此时尚未有控制室的概念;20世纪50年代,随着基于0-10mA或4-20mA 的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用,标志了电气自动控制时代的到来,三大控制论的确立奠定了现代控制的基础,设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今;20世纪70年代,随着数字计算机的介入,产生了“集中控制”的中央控制计算机系统,而信号传输系统大部分是依然沿用4-20mA的模拟信号,不久人们也发现了伴随着“集

FF基金会现场总线

第五章基金会现场总线FF 5.1 FF概述 5.2 FF技术规范 5.3 FF物理层 5.4 FF数据链路层 5.5 FF应用层 5.6 FF用户层 5.7 FF通信控制器的接口 5.8 FF产品的开发

5.1 FF总线概述 ?FF(Foundation Fieldbus,96年):主要用于流程工业自动化领域,如化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。 ?FF遵循OSI标准模型,取其3层:物理层、数据链路层和应用层,并在应用层上增加了用户层。FF属于IEC61158国际现场总线标准子集,其开发初衷是希望形成统一的现场总线标准 ?FF分低速总线H1和高速总线HSE两部分 –分别属于IEC标准中两个不同的子集 –低速总线H1的通信速率为31.25Kbps(1900m) –高速总线HSE的通信速率为10M,100Mbps ?开发和使用FF的目的和意义在于实现工业设备的互操作性和互替换性,用户只要根据系统功能上的需要既可从众多的设备供应商中选择性价比最高的产品。

FF总线 ?CAN总线控制器仅仅定义了物理层和数据链路层的所有功能,即实现了数据通信技术,但构建CAN控制网络还需要应用层协议的定义,如J1939应用协议的支持。 ?FF则提供了一套较完整的控制网络技术,不仅具有数据通信技术,也定义了控制应用功能的规范内容(应用层与用户层),能够构建分布式控制网络系统。 ?HSE(High Speed Ethernet)高速以太网10/100M b/s,取代了早期的H2总线。 ?应用层主要以功能块模式定义应用的,互操作性和互替换性易于实现(开放性)。

FF通信模型说明: ?物理层:采用IEC1158-2标准。 ?数据链路层和应用层的全部功能统称为通信栈(Communication Stack)。应用层分为两个子层现场总线信息规范子层FMS和现场总线访问子层 FAS。 ?现场总线访问子层FAS(Fieldbus Access Sublayer)基本功能:确定数据访问的关系模型和规范。 ?现场总线信息规范子层FMS(Fieldbus Message Specification)基本功能:面向应用服务,生成规范的应用协议数据。 ?用户层:规定标准的功能模块,对象字典和设备描述,供用户开发应用程序,实现网络管理和系 统管理。

现场总线

PROFIBUS标准 PROFIBUS是一种国际化.开放式.不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化.流程工业自动化和楼宇.交通电力等其他领域自动化。 PROFIBUS由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP( Decentralized Periphery).PROFIBUS-PA(Process Automation ).PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。 PROFIBUS-DP: 是一种高速低成本通信,用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代办24VDC或4-20mA信号传输。 PORFIBUS-PA:专为过程自动化设计,可使传感器和执行机构联在一根总线上,并有本征安全规范。 PROFIBUS-FMS:用于车间级监控网络,是一个令牌结构.实时多主网络。 PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。 PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准,以开放式系统互联网络(Open System Interconnection-SIO)作为参考模型的。该模型共有七层。 (1)PROFIBUS-DP:定义了第一.二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种

不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。 (2)PROFIBUS-FMS:定义了第一.二.七层,应用层包括现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification - FMS)和低层接口(Lower Layer Interface - LLⅠ)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLⅠ协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。 (3)PROFIBUS-PA:PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外,PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准,PA的传输技术可确保其本征安全性,而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。 注:第一层为物理层,第二层为数据链路层,第三-六层末使用,第七层为应用层。 Profibus 是一种多主站系统,可以实现多个控制、配置或可视化系统在一条总线上相互操作。拥有访问权 ( 令牌 ) 的主站无需外部请求就可以发送数据。而从站是一种被动设备,不享有总线访问权。从站只能对接收到的消息进行确认,或者在主站请求时进行发送。波特率支持 9.6k 至 12M 。总线上最多可连接 126 个设备。 Profibus 也支持广播和多点通讯。 在协议层,Profubus DP( 分布式外围设备 ) 以及它的不同版本 DPV0 至 DPV2 ,为不同设备之间进行最佳的通讯提供了广泛的选择。从历史上讲, FMS 是第一个 Profibus 通讯协议, DP 是被设计用于现场级快速数据交换。分布式设备之间的数据交换以循环为主。这就是 DP 的基本功能 ( 版本 DPV0) 。随着不同领域应用的特殊需要,基本的 DP 功能已得到逐步的扩展。目前已有三个版本:DPV0 , DPV1 和 DPV2 ,每一个版本都有其特有的功能。 版本 DP-V0 提供基本的 DP 功能,包括周期数据交换、站、模块和诊断功能;以及四种中断类型,分别用于诊断和过程中断,以及站点的插和拔。 Version DP-V1 包括面向过程自动化的增强功能,特别是非周期数据通讯用

现场总线发展史

现场总线发展史 院系:电气工程系专业:电气自动化 班级:电气1304 学号:1020113433 姓名:胡兵兵 论文提交日期:二〇一五年六月

注:封面、中文摘要不编页码。 摘要 现场总线系统由于采用了智能现场设备,能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备,加上现场设备具有通信能力,现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号,实现了彻底的分散控制。同时也由于它的设备标准化,功能模块化,设计简单,使得现场总线在经济飞速发展、市场不断更新的今天,占有了一席之地。 关键词:现场总线;网络控制系统;CCS;DCS;FCS。 引言 随着计算机、信息技术的飞速发展,20世纪末世界最重大的变化是全球市场的逐渐形成,从而导致竞争空前加剧,产品技术含量高、更新换代快。在计算机自动控制系统急速发展的今天,特别是现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域,我们更应该知道现场总线的发展历程,以更好的让其在我国发展。 1 早期控制系统的发展 1.1无网络系统 仪器仪表的发展已有悠久的历史。据《韩非子?有度》记载,中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器,称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。 工业仪表最早出现在20世纪30年代,最初只用于化工、石油炼制、热能动力和冶金等连续性的热力生产过程,因此当时称为热工仪表。当时的工业仪表的结构形式主要是机械式或液动式,仪表体积较大,只能实现就地检测、记录和简单的控制,也没有网络雏形。 1.2 网络控制系统出现 19世纪,由于发明了测量电流的仪表,才使电学与磁学的研究迅速走上正轨,获得了一个又一个重大的发现,促进了电气时代的来临,同时也为气动式仪表的出现奠定了理论基础。到了30年代末和40年代初,出现了气动仪表,并使用了统一的压力信号,遂有了带远程发送器的仪器。它能在远距离外的二次仪表上重现读数,从而能集中在中心控制室进行检测、记录和控制。气动式仪表已具有网络的雏形。50年代又出现电动式的动圈式毫伏计、电子电位差计电气机械式调节器和整套的电子管调节仪表,它传送的是模拟电流环信号(4-20mA)。

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