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现场总线概述

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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。它们在必然的程度上取得了应用并取得了效益，对现场总线技术的进展和增进发挥了重要的作用，但都未能统一成为国际标准，因此其应用必然受到产品技术程度不足的限制，难以组成真正的FCS。

现场总线的分类方式很多，那个地址，咱们采纳IECSC65c/WG6委员会主席Richard 的分类方式，将现场总线分为以下3类。

（1） 全功能数字网络

这种现场总线提供从物理层到用户层的所有功能，标准化工作进行得较为完善。这种总线包括：IEC/ISA现场总线，IEC和美国国家标准。Foundation FieldBus实现了IEC/ISA现场总线的一个子集。Profibus-PA和DP是德国标准，欧洲标准的一部份。LonWorks是Echelon公司的专有现场总线，在建筑自动化、电梯操纵、平安系统中取得普遍的应用。

（2） 传感器网络

这种现场总线包括罗克韦尔自动化公司的DeviceNet，Honeyweill Microswitch公司的 SDS。

它们的基础是CAN（高速ISO11898；低速ISO11519）。 CAN显现于20世纪80年代，最初应用于汽车工业。许多自动化公司在CAN的基础上成立了自己的现场总线标准。

（3） 数字信号串行线

这是最简单的现场总线，不提供给用层和用户层。例如Seriplex ，Interbus-S，ASI等。

三、现场总线的原理和进展概况

现场总线的实质：现场总线由于标准实质上并未统一，因此对现场总线的概念是各有各的概念。

下面给出是现场总线的一种概念：国际电工委员会IEC标准。

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。现场总线的实质含义表此刻以下6个方面。 1现场通信网络 用于进程和制造自动化的现场设备或现场仪表互联的通信网络。

2现场设备互联 现场设备或现场仪表是指传感器、变速器和执行器等，这些设备通过一对传感线互联，传输线能够利用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可依照需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。

3互操作性 现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商能够提供一个工厂所需要的全数现场设备，因此，相互连接不同制造商的产品是不可幸免的。用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，组成他所需的操纵回路。这些确实是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互联是大体的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。

4分散功能块 FCS废弃了DCS的输入/输出单元和操纵站，把DSC操纵站的功能块分散地分派给现场仪表，从而组成虚拟操纵站。由于功能块分散在多台仪表中，并可统一组态，故供用户灵活选用各类功能，组成所需地操纵系统，实现完全地分散操纵。

5通信线供电 通信线供电方式许诺现场仪表直接从通信线上摄取能量，关于要求本特种征平安的低功能现场仪表，能够采纳这种供电方式。

6开放式互联网络 现场总线为开放式互联网络，它既能够于同层网络互联，也可与不同层网络，还能够实现网络数据库的共享，不同的制造商的网络互联十分简便，用户没必要在硬件或软件上花太多气力。通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，组成统一的FCS。

现场总线的协议

因为没有统一的标准，目前各类现场总线采纳的通信协议不尽相同。各家制定的产品协议的依据是国际标准组织（ISO）的开放系统互联（OSI）协议。OSI协议是为运算机联网而制定的7层参考模型，只要网络中所有要处置的要素都是要通过一起的途径进行通信的，各厂商在实际制定自己的通信协议时，并非都在产品中实现了这7层协议，而往往依据偏重电的不同，仅仅实现该7层的子集。

系统组成

从物理结构来看，现场总线系统有两各要紧组成部份：一时现场设备；二时形成系统的传输介质。现场设备由现场未处置芯片和外围电路组成。现场总线系统利用根多的传输介质是双绞线。

应用层 表达层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

现场总线网络结构依照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联OSI（Open System

Interconnection）参考模型成立的。OSI参考模型共分7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表达层和应用层。该标准规定了每一层的功能和对上一层所提供的效劳。从OSI模式的角度来看，现场总线将上述的7层简化为3层，别离由OSI参考模式的第1层物理层，第2层数据链路层，第7层应用层组成。

现场总线结构划分为4层：即物理层、数据链路层、应用层和用户层。4个层次的任务归纳如下：

1． 物理层 物理层规定了传输媒介（铜导线、无线电和光缆3种）传输速度、每条线路可接仪器数量、最大传输距离、电源和连接方式和信号类型等。

2． 数据链路层 数据链路层规定了物理层和应用层之间的接口，如数据结构、从总线上存取数据的规那么、传输过失识别处置、噪声检测、多主站利用的标准化等。现场总线网络存取有3种方式：令牌传送 当即响应 申请令牌。

3． 应用层 应用层提供设备之间和网络要求的数据效劳，对现场进程操纵进行支持，为用户提供一个简单的接口，概念如何读、写、说明和执行一条信息或命令。

4． 用户层 应用层是把数据规格化为特定的数据结构。用户层标准功能块由10个大体功能块如AI,AO,PID等。各厂商必需用标准的输入输出和大体参数以保证现场仪表的互操作性。

四、CAN总线

CAN总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的操纵与测试仪器之间的数据互换而开发的一种数据通信协议。

4．1CAN总线的要紧特点 应用层

总线访问子层

数据链路层

物理层 1通信介质能够是双绞线、同轴电缆和光纤，通信距离最远可达10km（5kb/s），最高速度可达1Mb/s（40m）；

2用数据块编码方式代替传统的站地址编码方式，用一个11位或29位二进制数祖成的标识码来概念211或1129个不同的数据块，让各节点通过滤波的方式别离同意指定的标识码的数据，这种编码方式使得系统配置超级灵活；

3络上的任意一个节点均能够主动地向其他节点发送数据，是一种多主总线，能够方便地组成多机备份系统；

4网络上的节点能够概念成不同的优先级，利用接口电路的“线与”功能，巧妙地实现了无破坏性的基于优先权的仲裁，当两个节点同时向网络发送数据时，优先级低的节点会主动停止数据发送，而优先级高的节点那么不受阻碍地传送数据，大大节省了总线冲突裁决时刻；

5数据帧中的数据字段长度最多为8B，如此不仅能够知足工控领域中传送操纵命令、工作状态和测试数据的一样要求，而且保证了通信的实时性；

6在每一个帧中都有CRC校验和校错，数据过失率低；

7网络上的节点在错误严峻的情形下，具有自动关闭总线的功能，退出网络通信，保证总线上的其他操作不受阻碍。

4．2网络结构

CAN总线是开放系统，但没有严格遵循ISO的开放系统互联的7层参考模型（OSI），处于对实时性和降低本钱等缘故的考虑，CAN总线只采纳了其中最关键的两层，即物理层和数据链路层。

物理层的要紧内容是规定了通信介质的机械、电器、功能和规程特性。用户能够依照需要选择双绞线、同轴电缆或光纤。物理层还规定了CAN总线的电平为两种状态：隐性（逻辑1）和显形（逻辑0）。

数据链路层的要紧功能是将要发送的数据进行包装，即加上过失校验位、数据链路协议的操纵信息、头尾标记等附加信息组成数据帧，从物理信道上发送出去；在同意到数据帧后，再把附加信息去掉，取得通信数据。在通信进程中，收发两边都要对附加的操纵信息进行检查判别，并作响应的处置，从而实现数据传输进程中的流量操纵、过失检测，保证数据的无过失传输。CAN总线的数据链路层包括逻辑操纵（LLC-Logical link Control）子层和媒体访问操纵（MAC-Medium Access Control）子层。其中MAC子层的要紧功能是传输规那么，它是CAN总线协议的核心，要紧包括操纵帧的结构、传输时的非归零 (NRZ-None Return to

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浅谈现场总线的特点及概述

浅谈现场总线的特点及概述

第３０卷第３期　２００８年６月　甘肃冶金　ＧＡＮＳＵ　ＭＥ　Ｉ．ＡＬＬＵＲＧＹ　Ｖｏ１．３Ｏ　Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．，２００８　

文章编号：１６７２－４４６１（２００８）０３－００６８－０２　

浅谈现场总线的特点及概述　

张　民　

（中国铝业青海分公司第一电解厂计算机站，青海大通８１０１０８）　

摘要：现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的通信总线。现　

场总线控制技术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ＰＬＣ点对点接线　

的控制方法。文章详细介绍了现场总线的特点，对常用的５种现场总线进行了介绍。　

关键词：现场总线；特点；控制方法　

中圈分类号：ＴＮ９１４．３　文献标识码：Ｂ　

Ｓｈａｌｌｏｗｌｙ　Ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｂｕｓ　ｔｈｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｏｕｔｌｉｎｅ　

ＺＨＡＮＧ　Ｍｉｎｇ　

（ＱｉｎｇＩｌａｉ　ｂｒａｎｃｈ，Ａｌｕｍｉｍｕｍ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｄａ￣ｎｇ　８１０１０８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｂｕｓ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｋｉｎｄ　ｕｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｃ　ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚｅｄ　ｓｃｅｎｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｐｅｎ　ｓｔｙｌｅ。ｄｌｓｉ・　

ｔｉｚａｔｉｏｎ，ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｓｅｒｉａｌ。ｍｕｌｔｉ・ｐｉｔｃｈ　ｐｏｉｎｔｓ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ　ｍａ／ｎ　ｌｌｎｅ．Ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｂｕｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａ８　ａ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｉｔｓ　

ｈｕｇｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ。ｗａ８　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎｅｖｉｔａｂｌｅ　ｔｒｌｅｎｄ，ｇｒａｄｕａｕｙ　ｗｉｌｌ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　

现场总线概述

现场总线概述

现场总线概述

摘要：文中阐述了现场总线的主要产品及其控制系统的种类和结构，针对网络拓扑结构论述网络传输的物理介质及网络协议。

关键词：现场总线、网络拓扑、网络协议

1 前言

现场总线在控制领域崭露头角不过是最近几年，然而其来势汹涌，且呈愈演愈烈之势。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种类

随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实现网络化管理控制已经成为一种必然趋势。改善工业控制系统同样也需要在不同生产设备之间实现高效、可靠、标准化的互联，例如利用USB来实现外围设备与控制主机的互联，利用Ethernet和CAN (Controller Area Network，控制器区域网)建立基本网络架构等。为此，引起了许多关于现场总线的标准问题。

2.1 两种主流总线Profibus和DeviceNet

Profibus有全球最多的供货厂商数，在国内第一个取得了行业标准JB/10308.3-2001，国内生产Profibus产品的厂商有十多家，并且有能够进行国际认证的实验室。以上情况表明Profibus在国内已经得到了很好的发展，并且它目前在国内市场占有率也是最高的。可以预见在未来几年内，Profibus还将在国内占主导地位。DeviceNet是现场总线中技术最成熟的一种，由于DeviceNet的出现比Profibus要晚，现在的供货商数在众多总线中次于Profibus，但是DeviceNet目前占有世界两个最大市场美国和日本50%以上的份额。从全球来看每年新增的结点数和Profibus不相上下，另外DeviceNet在国内第一个取得了国家标准GB/T 18858.2-2002。国内目前DeviceNet的开发商大约有7、8家左右，但由于RA对DeviceNet产品的报价远高于西门子对Profibus产品的报价，所以大家普遍认为DeviceNet没有价格优势。

现场总线概况

现场总线概况

现场总线在电力系统中应用的综述

1

摘要：现场总线作为一种开放的全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅速发展和应用。 文章介绍几种典型的现场总线技术及特点，并介绍了现场总线技术在电力系统中应用及系统的构成与特点。最后说明了现场总线技术发展前景。

关键词：现场总线；电力系统；控制系统

1.引言

随着计算机网络技术的飞速发展，集计算机、通信、超大规模集成电路、仪表和测试、过程控制技术于一体的现场总线技术也得到了迅猛的发展。加之现场总线适应了控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大的实惠和方便。自其出现之日起，就受到广泛关注，迅速成为世界范围内控制技术的热点，并成为多学科交叉领域的一个热门研究课题。

现场总线技术给仪表和自动化领域带来了深刻的影响，特别是用数字信号取代4～20mA的模拟信号和控制功能向现场的下移，使得传统的控制系统结构发生了根本性的变革。现场总线技术也为电力系统领域的分散式、开放式、智能式的自动化系统的设计和实现提供了新的途径和方法，也必将在电力系统的各个方面获得广泛的应用。

2.现场总线的概述

2.1现场总线的定义

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。

2.2现场总线的特点

简单地概括现场总线技术的特点就是信号传输全数字、控制功能全分散、标准统一全开放、互操作性强、费用低等。具体概述为：

(1)数字化的信号传输：使用数字化通信完成对现场设备的联络和控制，在网络通信中采用信息防撞与纠错技术，实现了高速及双向多点之间的可靠通信。

(2)功能转移：廉价的智能化现场设备的普及与基于现场的微处理器及标准数字通讯链路的发展相互促进，促使简单的控制任务迁移到控制现场，能够处理PID算法和控制逻辑的现场微处理器接管了大部分简单的控制任务。

(3)方便的互操作性：现场总线技术强调“互联”和“互操作性”。实现真正的“即接即用”，即所谓互操作性。这样，用户也能自由地集成现场总线控制系统，从而极大的方便了用户。

6种现场总线概述

6种现场总线概述

6种现场总线简介

现场总线：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双相串行，多借点的通信总线。

1、 Profibus

Profibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2 （1 ）标准，可实现总线供电与本质安全防爆。

Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播 （不要求应答）或有选择地向一组站点广播。

Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其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。