现场总线测量仪表概述

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。

现场总线简介现场总线的产生【1】随着信息与科学技术的迅猛发展，信息交换方式日新月异，并朝着全球化与数字化的方向发展，自动控制系统作为信息与科学技术发展的融合产物，自19世纪以来的近两百年里也发生了巨大变革。

总的来说，一般可将其划分为5代：（1）气动信号控制系统（PCS ）气动信号控制系统是于19世纪中期出现的基于5-13psi的第一代控制系统（2）电动模拟仪表过程控制系统（ACS）电动模拟过程控制系统出现于20世纪50年代，一出现便很快占据控制领域的主导地位它利用0-10mA或4-20mA的电流模拟信号进行现场级设备信号的采集与控制，是第二代控制系统但由于模拟信号精度较低并易受干扰，所以很快便被新的控制系统取代（3）集中式数字控制系统（CCS）随着数字计算机技术的发展和应用，20世纪70年代左右集中式数字控制系统（CCS）出现并占据主导地位，称为第三代控制系统。

集中式数字控制系统能够根据现场情况进行及时控制和计算判断，并且在控制方式和时机的选择上能进行统一调度和统筹安排。

另外，由于采用单片机等作控制器，数字信号的传输在控制器内部进行，这样不仅克服了ACS系统中模拟信号精度低的缺点，而且也提高了系统的抗干扰能力。

但由于该系统对控制器本身有很高的要求，而当任务增加时，控制器的效率将明显下降，很难保证满足对控制器足够的处理能力和极高的可靠性的要求（4）分散式控制系统（DCS）20世纪80年代初，微处理机的出现和应用促使了第四代控制系统——分散式控制系统（DCS）的产生。

DCS系统采用集中管理、分散控制，即将管理与控制相分离：上位机执行集中监视管理，下位机在现场进行分散控制，它们之间用控制网络相连实现信息传递。

与之前几代控制系统不同，分散式的控制系统降低了系统中对控制器处理能力和可靠性的要求。

（5）现场总线控制系统（FCS）20世纪80年代中后期，随着微电子技术和大规模以及超大规模集成电路的快速发展，顺应以上需求，国际上发展起来一种以微处理器为核心，使用集成电路实现现场设备信息的采集传输处理以及控制等功能的智能信号传输技术——现场总线，并利用这一开放的、具有可互操作性的网络技术将各控制器和现场仪表设备实现互连，构成了现场总线控制系统。

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。

现场总线技术及控制系统概述摘要分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的优缺点,介绍了当前流行的几种现场总线及其各自的技术特色,指出现场总线控制系统取代集散式分布控制系统是发展的必然。

主题词通信网络计算机控制自动化系统现场总线Fieldbus 是80年代末,90年代初国际上发展形成、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,它也被称为现场底层设备控制网络Infranet 。

根据国际电工委员会IEC 和美国仪表协会ISA 的定义:现场总线是连接智能现场设备和控制室系统的全数字、双向传输、多分支结构的通信网络。

在过程控制领域内,它就是从控制室延伸到现场测量仪表、变送器和执行机构的数字通信总线。

它取代了传统模拟仪表单一的4～20mA传输信号,实现了现场设备与控制室设备间的双向、多信息交换。

它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程、现场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,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。

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,把现场总线控制系统称为第五代控制系统,也称作FCS———现场总线控制系统。

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。

1、现场总线概述80年代以来,各种现场总线技术陆续形成。

其中主要有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN( Controller Area Network)、局部操作网络LonWorks(Local OperatingNetwork)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus) 和HART协议Highway Addressable RemoteTransducer 等。

常见FF总线仪表类型
FF总线仪表是嵌入微处理器、实时嵌入式操作系统和FF现场总线协议栈, 具有传感测量、数字通信、自动补偿、自动诊断、分散控制、信息存储等功能的仪表。

目前, 国际上较为常见的FF总线仪表类型及用途主要有以下几种：
①IF表
IF表指电流信号到现场总线信号变送器，它是将4-20mA电流信号转换成现场总线信号，用于将传统的4-20mA输出的模拟仪表连接到现场总线控制系统中，适用于企业控制系统改造，可以很大程度上保护用户原有的可利用的模拟仪表资源，减少用户投资。

②FI表
FI表指现场总线到电流信号变送器，它是将现场总线信号转换成4-20mA电流信号，用于现场总线控制设备与需要4-20mA电流输入信号的仪表的连接，也是现场总线与4-20mA 流控制的执行机构及控制装置的控制信号转换设备，适用于现场总线控制系统与4-20mA电气转换器或电动调节阀的连接，有利于保留企业控制系统改造中的可利用的执行设备。

③TT表
TT表指现场总线温度变送器，它是将Pt100、Cu50等热电阻信号转
换成现场总线信号，适用于现场总线控制系统中对温度信号的采集。

④PT表
PT表指现场总线智能压力变送器，它是将压力信号转换成现场总线信号，适用于现场总线控制系统中对压力、流量、液位等信号的采集。

⑤FP表
FP表指现场总线到气动信号转换器，它是将从总线接收的输入信号按比例转换成3-15psi气压信号，连接到非现场总线类型的气动阀门定位器上，用于代替模拟的电/气转换器，控制系统中的气动阀门。

⑥FY表
FY表指现场总线气动阀门定位器，它是将现场总线信号转换成相应的压力输出控制阀门到所需位置，实现气动阀门的定位控制。

FF总线网络连接方式见图2。

第五章现场总线(Field Bus)§5.1 概述一、现场总线的定义与发展与发展：：安装在生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置间的数字式装置间的数字式、、串行和多点通信的数据总线串行和多点通信的数据总线。

1. 初始想法初始想法：：现场设备智能化2. 关键问题关键问题：：统一标准3. DCS FCS传统DCS 结构:二、现场总线的特点和优点（1）实时性实时性：：具有较高的数据传输率具有较高的数据传输率，，合理分配总线资源合理分配总线资源，，每个节点都能及时收发信息（2）互操作性互操作性：：实现互连设备间实现互连设备间、、系统间的信息传送与沟通（3）互换性互换性：：要求不同制造商生产的性能类似的设备可进行互换（4）开放性开放性：：协议公开协议公开，，不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换（5）现场设备的智能化与功能自治性（6）经济性经济性：：节点价格低节点价格低，，传输介质较廉价传输介质较廉价，，减少线缆（7）安全性安全性：：解决防爆问题（8）可靠性可靠性：：解决环境适应性问题解决环境适应性问题，，具有较强的抗干扰能力使得控制系统的设计使得控制系统的设计、、安装安装、、投运投运、、正常生产运行及检修维护都得到了优化现场总线仪表是指连接在现场总线上的各种仪表或设备或设备，，按功能可分为六类按功能可分为六类：：–变送器类变送器类：：压力变送器压力变送器、、温度变送器等温度变送器等；；–执行器类执行器类：：气动执行器气动执行器、、电动执行器等电动执行器等；；–转换器类转换器类：：现场总线/电流转换器电流转换器、、现场总线/气压转换器等换器等；；–接口类接口类：：计算机和控制器与现场总线之间的接口仪表或设备或设备；；–电源类电源类：：现场总线仪表供电电源现场总线仪表供电电源；；–附件类附件类：：总线连接器(网桥)、终端器终端器、、中继器等中继器等。

现场总线仪表的特点:全数字性全数字性；；精度高精度高；；抗干扰能力强抗干扰能力强；；内嵌控制功能内嵌控制功能；；高速通信；多变量测量和传输多变量测量和传输；；系统综合成本低系统综合成本低；；真正的可互操作性；真正的分散控制本质安全型(Intrinsic safety)仪表又叫安全火花型仪表又叫安全火花型仪表。

现场总线百科名片现场总线结构图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络，也称现场网络。

也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。

原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。

现场总线简介 它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。

按照IEC的解释 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装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。

简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输。

定义 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。

主要用于 制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。

典型的现场总线技术 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特点及优点 (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。