现场总线综述及应用实例

工业以太网与现场总线技术及应用摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。

以太网就是这样的一种网络。

本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。

关键词：现场总线控制系统以太网 FCS一引言随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。

它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。

但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。

首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。

复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。

其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。

同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation Fieldbus等几十种现场总线。

由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。

因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。

因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。

为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。

二以太网进入现场总线以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。

它具有如下特点：(1)以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术,它受到广泛的技术支持,因此容易获得控制领域生产厂家的认可。

现场总线概述一、现场总线简介随着操纵、运算机、通信、网络等技术的进展，信息互换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到操纵、治理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。

信息技术的飞速进展，引发了自动化系统结构的变革，慢慢形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。

现场总线确实是顺应这一形势进展起来的新技术。

现场总线是现今自动化领域技术进展的热点之一，被誉为自动化领域的运算机局域网。

它的显现，标志着工业操纵领域又一个新时期的开始，并将对该领域的进展产生重要阻碍。

现场总线是应用在生产现场、在微型运算机化测量操纵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、多点通信的底层操纵网络。

它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有普遍的应用背景。

现场总线技术将专用于微处置器置入传统的测量操纵仪表，使它们各自具有数字计算和通信能力，采纳可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量操纵仪表连接成的网络系统，并按公布、标准的通信协议，在位于现场的多个微型运算机化测量操纵设备之间和现场仪表与远程监控运算机之间，实现数据传输与信息互换，形成各类适应实际需要的自动操纵系统。

简而言之，它把单个分散的测量操纵设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成能够彼此沟通信息、一起完成自控任务的网络系统与操纵系统。

它给自动化领域带来的转变正如众多分散的运算机被网络连接在一路，使运算机的功能、加入到信息网络的行列。

因此把现场总线技术说成是一个操纵技术新时期的开端并只是分。

利用现场总线技术给用户带来的益处：1节省硬件本钱2设计组态安装调试简便3系统的平安靠得住性好4减少故障停机时刻5用户对系统配置设备选型有最大的自主权6系统保护设备改换和系统扩充方便7完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础二、现场总线的种类在过去的10年内，显现了许多的总线产品，较流行的有：德国Bosch公司设计的CAN 网络（Controller Area Network）,美国Echelon公司设计的LonWorks网络（Local Operation Network），按德国标准生产的Profibus(Profess FieldBus)总线，Rosemount公司设计的Hart （Highway Addressable Remote Transducer）总线，罗克韦尔自动化公司的DeviceNet 和ControlNet等。

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。

现场总线概述1 前言现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线。

用现场总线将现场各控制器及仪表设备互连，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护费用。

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。

2 现场总线控制系统的结构及其特点国际电工协会（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需的。

1、什么是现场总线？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的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络。

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。

现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系。

现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线。

现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。

由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。

2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。

（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，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。

（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，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）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。

现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。

（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。

现场总线在火电厂的应用一、现场总线是自动化发展的必然产物80年代末期开始发展起来的现场总线技术和产品，以及由此组成的控制系统——现场总线控制系统(FCS，Fieldbus Control System)，引发了自动控制领域的革命。

进入20世纪90年代，现场总线控制系统走向实用化。

根据国际电工委员会定义：现场总线是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的数字式、串行、多点通信的数据总线。

过程领域：FCS的另一个前沿是过程控制自动化，典型用户是石油化工。

它是模拟量的监控，它是由DCS与PLC发展而来的。

电站自动化控制属于该领域。

现场总线的基础是智能现场装置，它们遵循统一的总线协议，实现双向数字通信，具有多种智能化功能，增加现场级的信息处理和控制能力的现场装置。

目前国内可选则的总线接口的变送器、执行机构、电机启动器、超声波液位（物位）、变频器等已有很多进口和国产品牌，所以以前由于智能现场装置所限制的现场总线应用可以说目前已得到解决。

二、现场总线的优势开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表是FCS的主要特征，它将使自动控制系统的效能产生巨大的飞跃，同时可降低设计、施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。

目前对现场总线技术优点的认识体现在以下方面：2．1 节约成本采用现场总线后，控制系统的电缆、端子、电缆槽、桥架的用量减少，接线及查线的工作量减少。

当需要增加现场总线设备时，可就近连接在现有现场总线网段上，既节省投资，又减少设计、安装的工作量。

据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用30%以上。

另外，现场总线变送器和阀门定位器在安装前无需进行单表的校验调试，安装后只需在DCS的资源管理器中检查现场总线设备的参数就能确认现场总线设备是否正常，阀门的行程可在DCS中做回路调试时再进行检查，节省了调试时间和调试费用。

现场总线在初期和现在以及将来都能带来大幅度的成本节约。

现场总线的通信原理与应用1. 现场总线概述现场总线（Fieldbus）是工业自动化中常用的一种通信网络技术，它用于实现各种设备之间的通信与控制。

现场总线可以连接传感器、执行器、控制器等设备，将它们连接起来构成一个整个系统，并提供数据传输和控制命令的功能。

2. 现场总线的通信原理现场总线的通信原理是基于分布式控制系统（DCS）的概念，它采用集中式控制与分散式执行的方式来实现设备的通信和控制。

具体的通信原理如下：2.1 主从通信方式现场总线采用主从通信方式，其中总线主设备负责发送命令和接收数据，而从设备负责接收命令和发送数据。

这种方式使得总线能够灵活地控制设备，实现实时监测和控制。

2.2 数据传输方式现场总线的数据传输方式分为循环传输和报告传输两种。

循环传输是主设备周期性地向从设备发送数据，而报告传输是从设备在需要时向主设备发送数据。

2.3 数据帧格式现场总线的数据帧格式由头部、数据区和尾部组成。

头部包含地址信息和命令信息，数据区是实际的数据内容，尾部用于校验数据的完整性。

3. 现场总线的应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，主要用于以下方面：3.1 数据采集与监测现场总线可以连接传感器，实时采集各种数据并传输到控制中心。

控制中心可以对数据进行监测和分析，从而实现对工艺过程的全面控制和调节。

3.2 控制与执行现场总线可以连接执行器，实现对设备的远程控制。

通过总线可以发送控制命令，实现对设备的启动、停止和调节等操作。

3.3 故障诊断与维护现场总线可以实时监测设备的运行状态，并将故障信息传输到控制中心。

控制中心可以通过总线对设备进行诊断和维护，提高故障的及时修复。

3.4 系统集成与扩展现场总线可以连接不同类型和厂家的设备，实现系统的集成和扩展。

通过总线可以将不同设备连接起来，构成一个完整的工业自动化系统。

4. 总结现场总线作为一种常用的工业自动化通信网络技术，具有灵活、可靠性高的特点。

它通过主从通信方式、循环传输和报告传输的数据传输方式，实现了设备之间的实时通信和控制。

鬈塑．苎凰．浅谈现场总线技术邹玉东(贞元(集团)有限责任公司，河南安阳455000)啃要】本文对现场总线进行了简要综述，介绍了FF、Profi bus等影响较大的现场总线的发展动态，论述了现场总线在中国的发展状况及未来现场总线应用的热点。

陕键闭现场总线；发展；应用1引言能在工业现场环境运行、能形成现场的底层网络并完成现场自动化设备之间的多点通信、造价低廉的现场总线控制系统，实质是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，已成为21世纪控制系统的主流2现场总线的发展现状现场总线国际标准I E C61158中采用了8种协议类型。

标准通过以来的几年中，现场总线技术的发展呈现出了以下特点。

21市场竞争更加激烈虽然标准已经制定了，但它包含的种类繁多，用户有了更多的选择，各种总线为了争取更多的用户，纷纷加强各自产品开发及市场开发，另外，没有成为国际标准的总线并未退出竞争，而是更加积极的参与竞争，扩大市场，例如：Lonw or ks总线、CC2L i nk总线。

22通信介质的使用趋于多祥化标准制定之前，采用电缆以外的传输介质的应用实例并不多，在现场总线标准通过后，采用电缆以外传输介质的应用实例逐渐增多，例如P r of i bus在无线网络中的应用，光纤媒介在CA N总线中的应用。

23网关产品的激增目前，在～个较大的工业控制系统中，采用不同种总线的产品已经非常普遍，为了更好的适应市场竞争，各公司纷纷推出了各种网关产品以实现自己生产的产品能够接入到其它网络中。

2．4各协泌组织的合作加强除了不断开发新的网关产品外，支持不同现场总线的大公司之间的联合也大大增强，如：A LS TO M公司加入FF(Founda“on Fi eI d—bus)，使得W or l dFI P与FF的联合性增强，I D A与Schnei der公司的联合在以太网上占有了一席之±也。

中小公司采取的策略是加入多总线组织，开发各种总线产品，使自己的公司获得更多的支持，从而达到左右逢源。

现场总线及其应用技术一、引言现场总线（Fieldbus）是指在工业自动化控制系统中，用于连接现场设备的一种通信总线技术。

它通过集成控制器和现场设备之间的数据交换，实现工业自动化系统的控制与监测。

本文将介绍现场总线的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些技术。

二、现场总线的基本概念现场总线是一种将传感器、执行器等现场设备与控制器相连的通信系统。

它能够提供双向通信、实时数据传输和分布式控制等功能，极大地简化了工业自动化系统的布线和维护工作。

常见的现场总线包括Profibus、Modbus、CAN等。

三、现场总线的工作原理现场总线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 传感器或执行器将采集到的数据通过现场总线发送给控制器。

2. 控制器接收到数据后，进行处理并发送相应的控制指令给现场设备。

3. 现场设备接收到控制指令后，执行相应的动作，并将执行结果反馈给控制器。

四、现场总线的应用技术1. 实时性技术现场总线要求具有较高的实时性，能够在短时间内完成数据的传输和处理。

为了提高实时性，现场总线采用了一系列技术，如时间触发、通信速率调整和数据压缩等。

2. 安全性技术现场总线在工业自动化系统中承担着重要的控制和监测任务，因此安全性是其应用中的重要考虑因素。

现场总线采用了多种安全技术，如数据加密、身份认证和访问控制等，保障系统的安全运行。

3. 故障诊断技术现场总线能够实时监测现场设备的状态，并提供故障诊断功能。

通过采集设备的运行数据和故障信息，现场总线可以及时判断设备的工作状态，并进行故障定位和排除。

4. 网络管理技术现场总线通常由多个设备组成一个网络，因此需要进行网络管理。

网络管理技术包括网络拓扑结构的设计、数据包的路由和转发、网络性能的监测和调优等，保证网络的稳定和可靠运行。

5. 数据采集与处理技术现场总线能够实时采集大量的数据，并进行处理和分析。

数据采集与处理技术包括数据采样、滤波、数据压缩和数据存储等，为后续的控制和决策提供可靠的数据支持。