现场总线技术因其巨大的技术优势，在工业控制系统得
到广泛应用。它主要解决了传统控制系统信息量有限集成能
力不强、开放性、可靠性不易保证等问题。Profibus可实现最高12Mbps的数据传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间
的高速数据传输，Profibus－DP采用了统一的国际标准，使不同厂家的硬件、软件、通信规程、连接方式等互相兼容。这对于用户的操作、维修、扩展十分有利。
1 Profibus－DP现场总线技术简介
管端定径机为自动化控制生产设备，生产现场使用大量
的智能仪表和测量设备等，传统的通信方式是现场仪表与控
制室之间一对一的接线，这样不仅增加电缆的成本、安装和
维护费用，还有信号的可靠性常常达不到要求，影响生产效
率。因此我们选用PROFIBUS－DP现场总线技术，使现场仪表、传感器等可就近接入现场操作台内，从而减少大量接线
与电缆长度，提高传送数字信号的可靠性和抗干扰能力，增
加控制精度，大大简化自动化系统结构，提高操作和生产的
可靠性。
Profibus－DP现场总线技术是开放式、数字化、多点通信的
底层控制网，以现场总线为纽带，可以把单个分散的测控设备
变成网络节点，形成底层现场智能设备与高层的系统信息共
享，满足工业控制体系分布化、扁平化和智能化的发展要求。Profibus－DP适用于高速数据传输，尤其适用本案例中设备级
控制系统与分散式I/O的通信。
2项目架构
现场被控设备有1台管端定径主机、2条运输辊道、拨料装
置等。管端定径主机的定径行程和压力由工控机设定和显示，
行程由安装在主机上的直线位移传感器反馈显示，PLC通过
控制主机的比例阀使主机的压力达到我们的设定值。辊道是
通过控制变频器的频率来改变辊道运输速度。拨料装置上安
装有传感器，通过传感器反馈电流变化来控制拨料装置的升
降。因为被控对象较多且分布较散，所以监控系统必须是彻底
的分散和分布。
3 PLC网络系统
整个系统由两层网络构成：分别是现场设备层、监控层。
现场设备层是以Profibus－DP总线为基础，现场设备互连，集成了PLC系统的现场层分布式控制网络Infranet；监控层是处于
工业以太网Ethernet中，从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，另外还包括控
制组态的设计。它通过专门的现场总线转换器实现现场总线
网段与以太网段的连接，这种方式使系统配置更加灵活，实现
分布式网络环境下的自动化系统。
为何要使用Ethernet，因为现场总线是专为工业现场层设
备通信设计，它只解决了底层自动化系统的信息集成问题，并
不适用于传输较大量的数据。而以太网设计初衷就是用于数
据处理的办公网，工业以太网可以达到很高的通信速率。利用
以太网的优点，结合PLC控制器及现场总线，就可以构成全分散、全开放的集散控制系统。
3．1自控系统网络建立
3．1．1现场层
Profibus－DP总线构成整个底层控制网络分别对各被控对
象的生产过程进行实时控制，总线包含PLC总站和DP从站。该
例中以西门子SIMA TIC S7系列PLC作为Profibus总站，PLC通
过交换机挂在Ethernet上；智能传感器、执行器、变频器等现场
级设备等作为从站，采用Profibus－DP协议对现场级设备、Profibus－DP通信模块、扩展I/O模块等与PLC进行通讯。若需增加被控对象，可根据实际需要在以太网上扩展PLC站（或别的
主站）形成新的总线即可，不影响已组建好的PLC站和各路总线。
3．1．2监控层
由一台工控机组成，可根据实际需求增设，互不影响。通
过Ethernet与各PLC站相互通信。工控机装有Step7控制软件，
该软件是西门子SIMATIC S7系列PLC的配套软件，负责系统
的硬件配置组态、软件编程、参数设置等。完成上位机站与下
位机PLC站的通信，需要使用Step7软件给Ethernet通信的各CP 模块分配好IP地址。监控站装有与西门子系列PLC配套的WinCC监控软件，实现系统的软件组态，即数据采集、数据记录、数据管理、报警、趋势、打印报表等工作。各操作员可通过
操作终端详细了解各设备运行情况，实现对现场设备的实时
监控，实现自动控制。
3．2系统配置及设备选型
系统采用Profibus－DP现场总线的典型应用产品，
SIEMENS与ABB公司产品。
3．2．1系统配置。
主站选择。选择S7－300系列的CPU 315－2 DP作为主站，
它备有一个DP和MPI接口，速率为9．6kbit/s 12mbit/s，数据传输1200m，可连接I/O数目：DI/DO1024 AI/AO 128。CP 343－1通讯卡实现PLC与Ethernet的相连。
从站选择。ET200M IM 153－1作为DP远程从站，通过
Profibus－DP总线与PLC主站通信，ET200M从站上挂有7个I/O 模块。运输辊道由ABB公司ACS800系列变频装置控制，该变
频器是全数字变频调速装置，具有通过V/F特性曲线的频率控
制和矢量控制功能，可构成开环或闭环调速系统。ACS800系
列变频器分别与ET200M站的I/O模块通信，与PLC之间实现数据交换。
3．2．2控制方案的效果
为了调试与维护方便PLC站点设置有手动、半自动和自
动控制方式。工控机通过Ethernet与各PLC站相互通信。人机界面监控系统可完成功能有：
（1）主机概要画面：主机及系统的主要参数。
（2）液压系统监控：液压系统所有电磁阀的运行状态监视。
（3）定径速度设定：完成管端定径机压力和行程的设定及
显示、运输辊道速度设定及显示。
（4）传动系统监控：完成变频器的运行及故障状态模拟显
示。
（5）故障监控：压力报警、液压站运行故障、变频器故障等
监控。
4结语
Profibus－DP现场总线在覫400管端定径机自动化控制系统
中应用后，设备各个部分按功能单独集中控制，方便了设备
的维护管理及故障处理。设备在安装方面也变得十分简单，
机械定好位后只需简单的总线联结，减少安装工作量。现场
总线作为工业控制网络在工业控制系统中发挥越来越独特的
优势作用。
参考文献：
［1］巫松桢．电气工程师手册［K］．北京：机械工业出版社，2000．
［2］张少军．通信与计算机网络技术［M］．北京：机械工业出版社，2003．［3］李英颖．现场总线在水厂自控系统中的应用［J］．国内外机电一体
化技术，2008．
几种常见的现场总线简介从1984年IEC开始制订现场总线国际标准至今，经过16年的努力和有关各方的协商妥协，最终，采用包括8种类型现场总线的IEC6lI58标准，并于1999年底的投票中得以通过。 2.1 Type l IEC技术报告（即FF H1）FF H1现场总线的网络协议是按照ISOOSI参考模型建立的，它由物理层、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。基金会现场总线（FF）是Type1现场总线的一个子集（Subset）。 2.2 Type 2 ControlNet ControlNet现场总线得到美国Rockwell公司支持。它采用了一种新的通信模式：生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个数据源存取相同的数据。这种模式最主要的特点是增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。 2.3 Type 3 Profibus Profibus得到德国Siemens公司支持。Profibus数据链路层总线存取有两种方式，即令牌环（Token-Ring）方式和主站/从站（Master/Slave）方式。Profibus系列由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA。Profibus-DP适用于设备级控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。Profibus-FMS适用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，符合IEC61158.2物理层规范，
现场总线技术的特点及发展趋势 摘要现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、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，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品开发列入九五国家重点科技攻关项目。 关键词现场总线数字通讯集散系统 现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90 年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、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，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品开发列入九五国家重点科技攻关项目。现场总线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，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。国际上许多有实力、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。 人们把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代控制系统，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统，把数字计算机集中式控制系统称为第三代控制系统，把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代控制系统，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。作为新一代控制系统，它一方面突破了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。开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现有较强实力和影响的现场总线技术有: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。 一、现场总线的技术特点 1、具有良好的系统开放性。现场总线技术通信协议公开，相关标准的一致，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。用户可按自己需要的大小把来自不同供应商的产品随意组成不同的系统。 2、系统结构的高度分散性。因为自控技术的飞速发展，现场设备本身已经具备自动控制的基本功能，所以现场总线技术采用了全分布式控制系统的体系结构。这种体系结构从根本上改变了现有DCS的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统可靠性。 3、互可操作性与互用性。现场总线技术可实现互连设备间、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。互用性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。 4、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、流量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
现场总线控制系统的现状和发展前景 序言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。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。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。 进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。
现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名： +++ 班级：电气112 班 学号： 11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年 11 月 17 日
现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点 ,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 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。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/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，施工和维护都十分不便。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称为了总线，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
现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是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。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统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 年代现场总线控制系统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。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）
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
第一章1、自动控制系统的发展四个阶段及其体系结构1.模拟仪表控制系统(ACS)缺点：信号变化缓慢，计算速度精度比较低、信号传输的抗干扰能力较差。2.直接数字控制系统(DDC)优点：集中管理、控制、监视、报警和收集历史数据等。缺点：布线费用高、不便于扩展、危险集中、可靠性低等。3集散控制系统（DCS)系统主要缺点（1）信息集成能力不强（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强（3）可靠性不易保证4）可维护性不高。4、现场总线控制系统（FCS)现场总线技术主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号，使用一根电缆连接所有现场设备。 2、DCS的结构由分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统三部分组成 3、现场总线定义：数字通信协议，应用与生产现场，在一些智能化的控制设备之间所执行双向串行通信，多节点的数字通信系统，是开放的数字化多点通信的底层控制网络。 4、现场总线控制系统的技术特点（1）系统的开放性、可集成性2）互操作性与互用性3）现场设备的智能化与功能自治性4）系统的高度分散性5）对现场环境的适应性。 5、与DCS相比FCS在结构上有哪些优越性：1 实现全数字化通信；2实现彻底的全分散式控制；3实现不同厂商产品互连、互操作；4增强系统的可靠性、可维护性；5降低系统工程成本。 第二章 1、总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起称为“总线段”。 2、总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备,又称命令者。总线从设备：能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。 3、总线上的控制信号通常有三种类型：a、控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操作；b、用于改变总线操作的方式； c、表明地址和数据的含义。总线协议：管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。 4、总线操作：总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开这一操作序列称为一次总线“交易”，或者叫做一次总线操作。数据传送：一旦某一命令者与一个或多个响应者连接上以后，就可以开始数据的读写操作。“读”数据操作是读来自响应者的数据；“写”数据操作是向响应者写数据。通信请求：由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某种服务。方法：1要求通信的设备起服务请求信号，相应的通信处理器监测到服务请求信号时，就查询各个从设备，识别出是哪一个从设备要求中断，并发出应答信号；2把请求通信的设备变成总线命令者，然后把请求信息发给想要联络的设备。 5、寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总线操作。三种寻址方式：物理寻址、逻辑寻址、广播寻址。逻辑寻址一般用于系统总线，现场总线则较多采用物理寻址和广播寻址。 6、通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。 7、信息源和信息接收者：信息的产生者和使用者。模拟信息源：输出幅度连续变化的信号。离散信息源：输出离散的符号序列或文字；发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。（变换方式：调制）；传输介质:：传输介质指设备到接收设备之间信号传递所经媒介。可以是无线的，也可以是有线的。接收设备: 基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。 8、信号传输方式：1）基带传输：在数字通信的信道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制，它是最基本的数据传输方式。2）载波传输：载波传输采用数字信号对载波进行调制后实行传输。最基本的调制方式幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)三种。3）宽带网：用于传输数据、文字、语音、图像等多种信号的任务。4）异步传输模式ATM：ATM 支持多媒体通信，包括数据、语音和视频信号，按需分配频带，具有低延迟特性，速率可达155Mbps 到2．4Gbps，也有25Mbps和 50Mbps的ATM技术，可适用于局域网和广域网。 9、通信方式根据CPU与外设之间连线结构、数据传送方式不同，分为并行通信和串行通信。根据数据传输方式不同分为同步通信和异步通信。 10、串行通信的数据传输方向：（1）单工通信：传送的信息始终是一个方向,单工通信线路一般采用二线制。 （2）半双工通信：信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。（3）全双工通信：能同时作双向通信，全双工通信一般采用四线制结构，通信效率高，控制简单，但结构较复杂，成本较高。 11、常用的数据表示方法：1平衡、归零、双极性2平衡、归零、单极性3平衡、不归零、单极性4非平衡、归零、双极性5非平衡、归零、单极性6非平衡、归零、单极性 12、数据交换方式：1）线路交换方式、2）报文交换方式、3）报文分组交换方式（数据报方式与虚电路方式）。 13、基带传输数据的表示方法：1平衡与非平衡传输2归零与不归零传输3单极性与双极性传输 14、载带传输的三种调制方法：1调幅方式2调频方式3调相方式 15、通信系统结构：局部子网；长级子网；高端子网
1 引言 在近100多年的历史中，机械制造工业从未有过如此激烈的竞争和变动。全世界都在查找符合以后进展的先进的自动化制造技术的概念。信息技术、计算机技术和操纵网络技术的进展给制造工业的进展提供了巨大的机遇。要在制造工业市场上占有领先的地位，那个企业必须具有提高生产率、降低制造成本的能力。这种能力的提高的关键是如何将新型的自动操纵系统应用在生产制造业中。众所周知，计算机技术、通讯技术、IT技术的进展不断地渗透到工业操纵领域，引起了工业自动化操纵的不断变革，其要紧特征确实是现场总线技术、PC-based技术以及工业以太网技术。这些技术的出现使得工业自动化技术的水平达到了一个新的高峰，面向21世纪的现代工业操纵系统正在逐渐形成。十多年来，Phoenix Contact公司坚持不断创新，不断变革，在
工业自动化操纵领域提出自己独特的解决方案，特不针对如何提高生产率这一制造工业关键的问题。一种具有开放性通讯平台的模块化自动操纵系统—AUTOMATIONWORX（AX）已在生产实际中得到广泛的应用，其先进性、经济性和可靠性得到了实践的证明。事实表明将这种技术用于汽车制造业上可减少 25%的厂房面积、70%系统部件的库存量和90%的安装调试时刻，使生产率和经济效益得到了最大的提高。 2 生产率的提高取决于生产过程的信息化以及制造系统 的集成能力 在当今科学技术迅猛进展的时代，生产率的提高是增强竞争能力的关键。机器和工业设备经济使用的必要性越来越得到人们的重视。这不仅仅是指机械生产厂，同时也是对产品制造厂的要求。充分的利用生产的潜力，尽可能地缩短定单到发货的时刻，这需要工业制造厂家的高度的灵活性和产品生产厂生产新的产品的机动性。这确实是讲，机器和工业设备的制造必须在一定的程度上与技术流程的信息流相结合，即通讯技术必须与生产制造技术紧密的结合起来。为了满足生产设备的高度适应性以及产品快速地改朝换代，制造厂家在制造设备时必须考虑设计、制造、安装和现场调试时所使用的自动操纵方案的一致性，即它的集成
几种现场总线技术的介绍比较 ---- [编者按]:现场总线技术是自动化领域计算机、通讯和网络技术的发展而发展起来的新兴技术，它是先进的电子技术、仪表技术、计算机技术和网络技术的集成体。现场总线（Filedbus）是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，现场总线控制系统FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。[FCS的发展与历史] 现场总线技术(FCS)简介 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。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出， “目前自动化技术领域出现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和 SCADA系统的功能，而同时一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始 改变PLC市场格局。相比PLC，这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快 的CPU速度，使PLC成为一种通用的自动化平台组件。”同时，他们还对PAC的概念进行了 详细定义：诸如在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能； 具有公用对象标记和统一数据库的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个 过程单元之间的过程流进行控制设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是 过程行业的单元运行，都能满足其生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工 业标准，能够实现不同供应商的自动化系统之间的数据交换，有利于实现多种产品的网络化
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
《现场总线技术》 论文 论文题目: 现场总线技术文献综述 论文类型：文献综述 姓名: 学号: 班级: 2016 年 6 月 6 日
摘要 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。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。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术 是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术 是能应用于各种计算机控制领域的工业总线 因现场总线潜在着巨大的商机 世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域 由于现场总线技术的不断创新 过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统 已被称为第五代过程控制系统[2]。而FCS 和DCS 的真别在于其现场总线技术。现总线技术以数字信号取代模拟信号 在3C(Computer 计算机、Control 控、Commcenication 通信)技术的基础上 大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用 许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争 仍未形成一个统一的标准 目前现场总线网络互联都是遵守OSI 参考模型[3]。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础 这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法 将极大地推动整个工业领域的技术进步 对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 关键字 CAN总线、LonWorks总线、FF总线 Abstract Fieldbus (Fieldbus) refers to open, international standardization, digital and mutual exchange operations two-way transmission, connecting intelligent instrument and control system of communication network. It as plant digital communication network, the basis of the production process communication between field and the control equipment with higher control management level and the contact between. It s not only a grass-roots network, but also a kind of open, new whole distribution control system. This is an intelligent sensing, control, computer, digital communication technology as the main contents of the comprehensive technology, is becoming an information based society impetus industrialization and the industrialization push the applicable technology, information can be applied to various computer control areas of industrial bus, because of fieldbus potential great opportunities, the worldwide each big companies invest considerable human, material nd financial resources to develop research [1]. Today's Fieldbus technology has been international companies competitive field, because of Fieldbus technology unceasing innovation, process Control System consists of the fourth generation since the DCS development of Fieldbus Control System (FCS) System, has been called the fifth generation process Control System [2]. But the real difference of DCS and FCS in the fieldbus technology. Now bus technology replaced with digital signal analog signals in 3C (Computer Control Control, Computer, Commcenication communication) technology, and on the basis of field test and Control information of in situ Set, in situ treatment and on-the-spot use, many control functions from the control room moved to site equipment. The big company because international in the fieldbus technology this field of competition, still not form an unified standards, currently fieldbus network interconnection abide by the OSI reference model [3].
Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 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。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。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.doczj.com/doc/911084647.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于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。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (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， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通
《现场总线》历年期末试卷答 一. 填空题 1.控制网络与计算机网络相比主要特点有：数据传输的及时性和系统响应的实时性、高可靠性及互可操作。 2.信号所含频率分量的集合称为频谱；频谱所占的频率宽度称之为带宽。 3.局域网常用的拓外结构有总线、星形和___环形__ _三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的___总线____结构。 4.按交换方式来分类，可以分为 _电路交换 _ 、 _报文交换__和__分组交换___三种。 5.开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，分别是应用层、表达层、会话层、传输层、网络层、数据链路层 和物理层。 6.常用的有线通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。 7. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。 8. LonWorks拥有三个处理单元的神经元芯片：一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序。 9 LonTalk协议提供了应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式和非应答方式四种类型的报文服务。 10.FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。 11. FF总线由低速（FF-H1）和高速(FF-HSE)两部分组成。 12. 按照地理分布距离和覆盖范围来看，计算机网络可以分为广域网、城域网和局域网。 13. FF的网络管理主要由网络管理者、网络管理代理和网络管理信息库。 14.PROFIBUS的总线存取方式有：主站之间采用_令牌方式 _传送，主站和从站之间采用_ 主从方式_传送。 17. PROFIBUS的OSI模型由_应用层_ __、__数据链路层 _ __和_ 物理层 _ _组成三层模型。 18. CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为数据链路层和物理层。 19.CAN控制器的验收滤波器由4个验收码寄存器和4个验收屏蔽寄存器定义。 20.CAN总线上用显性和隐形两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。 21.CAN报文的位流根据非归零编码方法来编码。 22. 验收滤波器的滤波模式包括单滤波模式、双滤波模式。 23.多路复用技术有时分多路、频分多路、码分多路。 24. CAN报文帧格包含11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧。 二. 名词解析： 1．现场总线2.报文过滤3. 虚拟现场设备VFD 4.工业以太网5.本质安全技术6.链路活动调度器7.控制网络8. 计算机网络9. 总线仲裁：10.多路复用：11. 网桥：12.网络协议 1、现场总线：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。 2、报文过滤：一个用软件或硬件设备对向网络上传或下载的数据流进行有选择的控制过程。 3、虚拟现场设备VFD：应用进程中的网络可视对象和相应的OD 在FMS 中称为虚拟现场设备VFD。是一个自动化系统的数据和行为的抽象模型。它用于远距离查看对象字典中定义过的本地设备的数据, 其基础是VFD 对象。VFD 对象包含有可由通信用户通过服务使用的所有对象及对象描述。对象描述存放在对象字典中, 每个VFD 有一个对象描述。因而虚拟现场设备可以看作应用进程的网络可视对象和相应的对象描述的体现。 4、工业以太网是以太网、甚至是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物；工业以太网涉及企业网络的各个层次，无论是应用于工业环境的企业信息网络，还是基于普通以太网技术的控制网络，以及新兴的实时以太网，均属于工业以太网的范畴。 5、本质安全技术是指保证电气设备在易燃、易爆环境下安全使用的一种技术。它的基本思路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的能量，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都不足以引爆危险场所中的易燃、易爆物质。 6、链路活动调度器：总线通信中的链路活动调度，数据的接收发送，活动状态的探测、响应，以及总线上各设备间的链路时间同步，都是通过数据链路层来实现。每个总线网段上有一个媒体嗯控制中心，称为链路活动调度器LAS。 7、控制网络：将多个分散在生产现场，具有数字通信能力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备连接成为可以相互沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。 8、计算机网络：用通信手段将空间上分散的、具有独立处理能力的多台计算机系统互连起来，按照某种网络协议进行数据通信，以进行信息交换、实现资源共享和协同工作的计算机系统的集合。 9、总线仲裁：总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突”。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”。总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。