现场总线技术讲座第三讲基金会现场总线(续)
夏德海
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2005(020)006
【摘要】@@ 2 FF的拓扑结构rnFF物理层支持双绞线、电缆、光缆、无线等多种传输介质.目前应用较为广泛的是双绞线和电缆二种.FFH1的拓扑结构见图8.【总页数】3页(P65-67)
【作者】夏德海
【作者单位】中国仪器仪表学会
【正文语种】中文
【中图分类】TP3;TH86
【相关文献】
1.经现场总线基金会授权的燕山仿真培训中心开展基金会现场总线技术培训 [J],
2.基金会现场总线功能块原理及应用第三讲基金会现场总线资源块和转换器块[J], 斯可克
3.基金会现场总线功能块原理及应用第四讲控制和计算类基金会现场总线功能块[J], 斯可克
4.现场总线技术讲座第三讲基金会现场总线 [J], 夏德海
5.基金会现场总线（FF）———：第三讲基金会现场总线通信控制器及网板的设计 [J], 杨佃福
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
一，工业总线三种基本类型 *传感器级总线，即485总线网络 *设备级总线，即HART总线网络 *现场总线，即FieldBus现场总线网络 现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网 现场总线分为以下几种： 下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。 1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF） 这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 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），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网） 最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。 3、Lonworks 它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI 模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s
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！
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
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
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。
现场总线概述 一概念 就现场总线一词的定义而言，现场是指工作环境处于过程设备底层一端，而总线则意味着遵循同一技术规范的连线系统，意味着这些遵循同一技术规范的各设备之间可实现互联和互操作。 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。二定义 关于现场总线的定义，目前最具代表性的有两种： 第一种现场总线是以网络为基础的全分布式控制系统，是工业设备自动控制的一种计算机局域网络。它依靠具有检测、控制、通信功能的微控制器组成的数字化仪表设备实现彻底的分散控制，并以这些分散在现场的测量、控制设备作为网络节点，以总线形式连接起来，形成了现场总线控制系统。它采用一种串行的数据通信链路，沟通了过程控制领域的基本控制设备之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备之间的联系。 第二种是现场总线开放式、数字化的底层控制网络，是连接现场只能设备和自动化系统的数字式、双线传输、多分支结构通信网络。以现场总线为主体的控制系统的现场控制网络不仅可以是一个独立的基层网络，还可以是构成一个开放式、数字化的新型的全分布式控制系统的重要组成部分。 三现场总线的特点 1.系统的开放性：开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识和遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的设备或系统连接。通信协议一致公开，各不同厂家之间的设备可实现信息交换。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。用户可按照自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。通过现场总线构筑自动化领域的开放互联系统。 2.可互操作性与互用性：可互操作性，是指实现互联设备间、系统间的信息传递与沟通；而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的产品可相互替换使用。 3.现场设备的只能化与功能自制性：它把传感器测量、补偿计算、工程化处理和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
现场总线结课论文 -----关于现场总线的认识，应用现状，将来发展 班级：电子1304 姓名：张烁 学号：1310910414
摘要：现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点之一，它是现场控制技术与现代电子、计算机、通讯技术结合的产物，现场设备的智能化及可互连和互操作性，有助于现场总线控制系统进一步向分散化、智能化、网络化方向发展。本文介绍了现场总线技术产生的背景及现状，现场总线的标准和未来的发展趋势。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。它是工业控制的底层网络，与执行器、传感器等直接打交道，属于局域网的范畴。 关键词：现场总线现状趋势 Abstract: The fieldbus technology is one of the hotspots of modern automation technology development, it is a field control technology combined with modern electron, computer, communication technology, the intelligent field devices and interconnection and interoperability, and help to further diversify the fieldbus control system, intelligent and network direction. This paper introduces the background of field bus technology and the present situation, the fieldbus standards and the development trend of the future.Field bus is used in production field, between microcomputer-based measuring control equipment to realize the bidirectional serial multi-node digital communication system, also known as the bottom layer of open mode, digital, multipoint communication control network. It is the bottom layer of industrial control network, dealing directly with actuators, sensors, etc, belongs to the category of the local area network (LAN). Keywords: fieldbus situation trend
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
现场总线及通讯协议 现场总线的现状和未来发展 一、引言 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(field bus)是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。 二、现场总线的产生 纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。 1、模拟仪表控制系统 模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。 2、集中式数字控制系统 集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。采用单片机、PLC、SLC 或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。 3、集散控制系统（DCS） 集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技
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
《现场总线技术》课程标准 课程名称：现场总线技术 学分：72 计划学时： 4 适用专业：电气自动化技术 1．前言 1.1课程性质 《现场总线技术》课程是光伏应用技术专业的一门专业拓展课。通过本课程的学习使学生掌 握现场总线网络拓扑结构，掌握现场总线主要技术指标，掌握主要连接件和接口设备使用和维护，了解硬件和软件组态操作，了解现场总线工程与设计，为日后在智能电气设备现场工作打下坚实 的基础。。先修课是C语言程序设计、电气控制及PLC技术应用、微处理器控制技术、电子线路CAD技术、8051内核无线SoC入门。安排在电气自动化技术专业的第四学期学习。 1.2设计思路 使学生建立现场总线的概念、基本特点，建立DNS和FCS概念，了解DCS和FCS系统设备和系统结构，了解计算机网络及工业网络体系结构、网络模式、工业网络通信概念、开放式系统互连参考模型、TCP/IP参考模型，了解PP的主要连接件和接口设备以及硬件连接、组态技术，PRDPIBUS 的主要技术、CAN总线技术协议、工业以太网的通信方案。理解现场总线控制技术的基本概念和原理，理解PP通信模型及其主要技术、PP功能块及PP工业组态，理解PRDPIBUS通信技术，理解CAN物理层以及总线器件工作原理，理解工业以太网的实时通信技术，控制器工作原理。要求学生具备现场总线控制系统正常运行的维护和故障检修能力，具有一定的团队精神和解决问题能力。2．课程目标 1.1总体目标 本课程根据光伏应用技术专业的人才培养目标，针对电气制造、维修调试类相关设计企业的检修、调试电工岗位需求出发，现场总线技术课程的总体目标是：加强学生的现场总线应用的意识，培养学生现场总线综合应用能力。该能力的形成建立在学生现场总线技术基础知识、基本技能、情感态度、学习策略和文化意识等素养整体发展的基础上。通过以上能力的获得使学生胜任自己的工作岗位。 1.2具体目标 1.2.1知识目标
现场总线控制技术 一、现场总线简介 1.1什么是现场总线 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。它在制造业、流程工业、楼宇等方面的自动化系统中有着广泛的应用前景。 1.2现场总线的由来 现场总线导致了传统控制系统的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统FCS〔field bus control system〕。这是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后新一代控制系统。 随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如～的气压信号，0～10mA、4～20mA的直流电流信号，1～5V直流电压信号等，送往集中控制室。由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了直接数字控制。但是，在DCS系统形成的过程中，由于受电脑系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。 新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议标准的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时把DCS集中与分散
现场总线技术的现状与展望 阐述了DCS的现状与发展趋势，介绍了现场总线标准和发展概况。 标签：现场总线；现状；展望 1 概述 现场总线（Fieldbus）是用于现场仪表与控制系统与控制室之间的全分散，全数字化，智能，双向，多变量，多点多站的互连通讯网络，也被称为开放式，数字式多点通信的底层控制网络。现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性的优点，必然成为未来自动化技术发展的主流。 2 几种流行的现场总线简介 2.1 FF总线 FF总线，即Foundation Field Bus，基金会现场总线，是成立于1992年的国际现场总线基金会提出的一个现场总线标准。它以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，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。 2.2 Devicenet总线 DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准，符合IEC61158国际现场总线工业标准的通讯网络。 DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DeviceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s，每个网络的最大节点为64个，允许在线组态和带电热插拔，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），支持主/从、多主、对等等通讯方式。用户的PLC可以利用控制程序及上位PC机的数据，通过DeviceNet网络实现对现场设备有效监控。采用多信道广播信息发送方式。DeviceNet网络结构简单，实时性强，它采用生产者／客户模式，提供了强有力的故障诊断与排除能力，是一种理想的设备层现场总线。DeviceNet总线的组织结构是Open DeviceNet Vendor Association（开放式设备网络供应商协会，简称“ODV A”）。 2.3 ControlNet总线 ControlNet总线是一种高速确定性现场总线，用于对时间有苛刻要求应用场
基金会高速现场总线FF－HSE分析与应用研究 1前言基金会现场总线（FF）是专为过程自动化而设计的通讯协议。FF 现场总线最初包括低速总线H1（速率为31.25kbps）和高速总线H2（速率 为1Mbps 和2.5Mbps）两部分。但随着多媒体技术的发展和工业自动化水平的 提高，控制网络的实时信息传输量越来越大，H2 的设计能力已不能满足实时 信息传输的带宽要求。鉴于此，现场总线基金会放弃了原有H2 总线计划，取 而代之的是将现场总线技术与成熟的高速商用以太网技术相结合的新型高速现 场总线-基金会HSE（High Speed Ethernet）现场总线，并于2000 年3 月发布了HSE 的最终规范。2通信结构和网络拓扑HSE 是一种基于 Ethernet+TCP/IP 协议、运行在100Base-T 以太网上的高速现场总线。它能支持低速总线H1 的所有功能，是对H1 的补充和增强。 2.1通信结构 HSE 模型采用了OSI 参考模型中物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，并在应用层上增加了用户层，形成6 层的通信模型。HSE 的通信结构和模 型分层的对应关系如图21 所示。 HSE 的结构是一个增强型的标准以太网模式。底层采用标准以太网 IEEE802.3μ的最新技术和CS-MA/CD 链路控制协议来进行介质的访问控制。TCP/IP 协议是标准以太网的重要协议，它位于网络层和传输层，实现面向连接 和无连接的数据传送，并为分布式主机控制协议（DHCP）、简单网络时间协议（SNTP）、简单网络管理协议（SNMP）和现场设备访问代理（FDAAgent）提供传输服务。HSE 系统和网络管理代理、功能块、HSE 管理代理和现场设备访问代理都位于用户层和应用层中，提供设备的描述和访问、功能块应需添加任 何专用设备即可直接连入高速网络，同时也从另一方面增强了HSE 设备的互操 作性。 2.2网络拓扑HSE 设备分为4 类：主机设备、链接设备、网关