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现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。
本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。
ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。
在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。
每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。
通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。
在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。
这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。
CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。
在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。
通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。
在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。
航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。
CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。
ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。
基于Profibus-DP现场总线通信的分布式监控系统设计汪先兵;倪受春;林其斌;王祥傲【摘要】基于Profibus-DP现场总线通信设计了分布式监控系统结构，在PRODAVE软件的基础上，利用VC＋＋6．0开发了监控系统的上位机软件，实现了PC通过M PI网络与PLC的通信以及实时数据处理与控制，对整个分布式监控系统实现了四遥功能。
%T he structure of the distributed monitoring and control system is designed about Profibus -DP fieldbus communication .Based on the PRODAVE software ,PC software of monitoring system by using the VC+ +6 .0 is developed and PC and PLC communication and real -time data processing and control by the MPI network are achieved .The software can realize four remote functions for the whole of distributed monitoring and control system .【期刊名称】《滁州学院学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P34-38)【关键词】Profibus-DP;PLC;分布式监控系统;MPI网络;PRODAVE【作者】汪先兵;倪受春;林其斌;王祥傲【作者单位】滁州学院机械与电子工程学院安徽滁州239000;滁州学院机械与电子工程学院安徽滁州239000;滁州学院机械与电子工程学院安徽滁州239000;滁州学院机械与电子工程学院安徽滁州239000【正文语种】中文【中图分类】TP273Profibus－DP现场总线通信协议传输速率可达12Mbit／s，具有完全开放性、可靠性高、灵活扩展性的特点，在工业自动化领域被广泛使用［1－3］。
基于现场总线的冗余控制系统设计学院：电气信息工程学院专业：自动化11-02姓名：李立凡学号：541101010221第一章概述所谓冗余系统，就是一个具有相同设备功能的备用设备系统。
当主设备出现故障时，冗余设备是可以立刻使用的替代设备。
设备在启停和运行过程中发生危及设备和人身安全的故障时，自动采取保护和联锁，防止事故的产生和避免事故扩大。
从而保证正常启停和安全运行，具有极其重要的意义。
通过对设备工作状态和机组运行参数的严密监视，发生异常时，及时发出报警信号，必要时自动启动或者切除某些设备或者系统，维持原负荷运行或减负荷运行直至安全退出运行。
因此可以说，冗余系统是工业控制系统中不可或缺的组成部分。
冗余系统是通过发生中断的单元自动切换到备用单元的方法实现系统的不中断工作，通过部分的冗余实现系统的高可靠性。
冗余控制系统能给很多的工业生产中能提供一个更高的可靠性。
因此，了解和掌握冗余控制系统的控制方法并设计相应的显示单元很有意义，且有利于了解相关控制的原理和方法。
实验过程中需熟悉冗余系统的控制原理及方案、PLC软件编程、I/O分配、控制对象的调试、单片机显示系统的设计方法等多个任务。
冗余的实现方式是同时采用两台控制器ControlLogix5550，其中一台为主机，另一台作为系统的备份，为副机，正常情况下由主机控制整个系统，副机保持与主机通讯，监控主机的运行状态。
当副机监视到主机的运行故障的时候，立即运行切换程序，将控制权转到副机，而当主机的故障恢复之后，则控制权重新交还给主机。
第二章方案论证世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。
20世纪70年代初出现了微处理器。
人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
基于PROFIBUS现场总线的集成方法和应用研究的开题报告1. 研究背景现场总线技术已经成为了工业自动化的重要组成部分，其中PROFIBUS是应用最广泛的一种现场总线。
使用PROFIBUS可以实现工业自动化领域中的多种任务，如数据采集、在线监控、控制和管理。
随着工业化和物联网技术的不断发展，PROFIBUS应用的需求也在不断增加。
因此，研究基于PROFIBUS现场总线的集成方法和应用具有重要的意义。
2. 目的和意义本研究的目的是设计和实现一种基于PROFIBUS现场总线的集成方法。
通过对PROFIBUS现场总线的应用进行研究，探究其在工业自动化中的应用领域和优势，加深对现场总线技术的认识。
研究结果可以为工业自动化应用提供一种更加稳定、高效、灵活的集成方法，提高生产效率、降低生产成本，具有重要的实际意义。
3. 研究内容本研究将围绕以下问题进行探究：1) PROFIBUS现场总线的基本原理和技术特点。
2) 基于PROFIBUS现场总线的集成方法。
3) 基于PROFIBUS现场总线的应用案例分析，包括数据采集、在线监控、控制和管理等。
4) 针对现有集成方法进行性能测试和对比分析。
5) 提出进一步优化和改进的建议。
4. 研究方法本研究主要采用文献研究、理论探究和案例分析等方法。
首先，对现有文献资料进行搜集和综述，力求全面地了解PROFIBUS现场总线的技术特点和应用领域。
其次，进行理论模拟和实验验证，探究基于PROFIBUS现场总线的集成方法，建立相应的模型进行仿真和测试。
最后，针对实际案例进行分析，评估方法的优缺点，提出改进措施和展望。
5. 预期成果本研究预期将获得以下成果：1) 对PROFIBUS现场总线技术进行深入探究和分析，深入了解该技术的优势和应用领域。
2) 提出一种基于PROFIBUS现场总线的集成方法，对现场总线应用领域进行了拓展与创新。
3) 基于案例分析，评估该集成方法的实际效果，提出优化建议和展望。
基于PROFIBUS现场总线的生产线监控系统实现的开题报告1. 研究背景和意义随着工业自动化的不断发展，现场总线技术成为了工业通信领域中的一项重要技术，其中PROFIBUS作为一种最为流行的现场总线技术之一，被广泛应用于工业控制和自动化系统中。
在工业生产中，大量的生产线以及数以万计的设备需要实时通信，而PROFIBUS现场总线可以有效地解决这一问题，提高系统的可靠性和稳定性，降低了生产成本，提高了生产效率。
因此，研究基于PROFIBUS现场总线的生产线监控系统具有非常重要的意义。
2. 研究目标和内容本文的研究目标是设计和实现一种基于PROFIBUS现场总线的生产线监控系统。
具体要求如下：（1）研究PROFIBUS现场总线的通信原理和协议以及在工业控制中的应用；（2）分析生产线的组成和工作流程，确定需要监控的参数和指标；（3）设计和实现基于PROFIBUS现场总线的生产线监控系统，采集并处理生产监测数据，并通过人机界面进行实时展示和数据分析；（4）对系统进行调试和测试，评估系统性能和稳定性。
3. 研究方法和步骤（1）文献调研。
对PROFIBUS现场总线的相关技术论文、工业控制领域的案例分析和国内外相关的标准进行梳理和分析。
（2）生产线分析。
对生产线的构成、工艺流程和需要监控的参数进行分析和概述，为系统设计提供依据。
（3）系统设计。
根据生产线监控需求，设计基于PROFIBUS现场总线的数据采集和处理系统，并确定人机界面和数据库的设计方案。
（4）系统实现。
采用相应的硬件和软件平台实现系统，包括采集设备、数据处理器和人机界面等。
（5）系统测试。
对系统进行调试和测试，评估系统的可靠性和稳定性。
4. 预期结果完成基于PROFIBUS现场总线的生产线监控系统的设计和实现，能够对生产线进行实时监测和数据分析，提高生产效率和降低故障率。
同时，本文的研究成果对于推动PROFIBUS现场总线技术在工业控制领域的应用具有一定参考意义。
I. 现在各种总线及标准不下二百种，其中PROFIBUS现场总线、FF现场总线、LONWORKS 总线、WorldFip现场总线、P-NET现场总线_等是具有一定影响和己占有一定市场份额的总线。
2 . PROFIBUS协议结构是以开放式系统互联网络为参考模型，该模型共有七层，PROFIBUS —DP定义了其中的第一、二层和用户接口。
3•利用OLM模块进行网络拓朴可分为三种方式总线型、星型、冗余环型。
4.有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电，如:PS305电源模块是直流供电,PS307电源模块是交流供电。
5•每个数字量模块的地址寄存器自动按_4个字节分配，不管实际的I/O点数是否与之相同。
6•工厂自动化网络的分层结构为现场设备层、车间监控层和工厂管理层三个层次。
7. OPT只适合连接_1_个无光纤接口的PROFIBUS站点到集成光纤接口的光纤网上，OBT是一个_有源的网络元件,在网段里也是一个站点。
& PROFIBUS-DP系统行为有停止、清除、运行三种状态。
9. STEP7块的类型有组织块，功能,功能块,背景数据块、共享数据块以及系统功能和系统功能块10. PROFINET支持下列三种通信方式TCP/IP标准通讯,实时（RT）通讯,同步实时（IRT）通讯。
II. STEP7中的数据类型分为三类基本数据类型,复杂数据类型和参数数据类型。
12. PROFIBUS-DP系统可包括第一类DP主站设备, 第二类DP主站设备,DP从站设备三种不同设备13. PROFIBUS-DP 是一种现场级主从循环的诵信,用干自动控制系统和分散的现场设备的通信,可取代24V DC 或4—20mA 信号传输14. PROFINET由PROFIBUS国际组织推出，是新一代基于工业以太网的自动化总线标准.PROFINET主要有两种应用方式CBA适合模块化分布式的应用；I/O 适合分布式智能站点之间通信的应用15. 一个S7-300站最多可以有一个主机架和三个扩展机架16. RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，常称为H2,采用的电缆是屏蔽双绞线17. RS485 , IEC1158-2 ,和光纤是PROFIBUS提供的三种数据传输类型18. 西门子PLC有三种类型的启动模式暖启动,冷启动和热启动19. FC和FB的临时变量储存在系统的本地数据堆栈中,当FC或FB调用完毕后，这些变量空间就会被释放126 ,因此临时变量仅在FC或FB调用期间有效20. PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统，在同一总线上最多可连接126个站点.单主站系统总线运行阶段，总线上只有丄个活动主站，多主站系统总线运行阶段，总线上有—个主站21. 多主系统中，主站必须得到响应才能和其从站进行通信。
基于Profibus现场总线技术的可视化监控冗余系统
摘要：利用现场总线技术，推出基于现场总线技术的先进控制系统;讨论了可视化监控通信网络的方案选择;介绍了基于现场总线的可视化监控冗余系统构成。
关键词：现场总线; FCS; PLC; 可视化监控; 冗余
1 引言
计算机数字通信技术及信息技术的发展，推动了自动化技术的进步，特别是近十年来兴起的现场总线技术（Fieldbus），它的发展促使了自动化系统结构发生重大变革。
基于现场总线技术控制系统（Fieldbus Control System-FCS）的应用越来越普遍，并朝着智能化、网络化以及监控管理一体化的方向发展。
计算机可视化监控在20世纪80年代就已在国外出现。
由于技术和经济等方面原因，我国直到90年代中后期才得到应用。
功能由简单到复杂;在监控范围方面，从最初的单机到生产线乃至整个产业;从监控的网络系统结构来看，由初期的一主一从发展到一主多从、多主多从;硬件由初期的封闭式的自行设计发展到采用开放的、规范的系统集成方案或商业产品。
在应用计算机可视化监控技术之前，通常使用专用的人工操作台和生产工艺控制模拟屏，上面布置许多主令电器、指示灯及显示仪表等，在模拟屏口还有相应的工艺流程，这种监控方式实质上是一种“硬件布线逻辑”，必将被新型监控方式取而代之。
2 可视化监控通信网络方案
2.1 基于“简单协议”的可视化监控通信网络
这里所说的通信协议的“简单”是相对OSI/RM模型而言，图1中一台IPC对一台P LC[1]进行监控。
在IPC一方，利用VB中的Mscomm控件完成对其串口的读写，VB程序Mscomm.setting=”9600,N,8,1”.这种通信能适应单主站——单从站的通信要求,能实现较为单一的功能,如果情况复杂则有较大局限性。
例如当在RS485上增加PLC，所有P LC都是通信从站，IPC是主站，IPC的硬、软件出现问题时监控就无法进行。
2.2 基于现场总线的可视化监控通信网络
现场总线技术的通信协议是以OSI/RM模型为基础，以开放互联为目的。
现场总线通过多层次的协议能改变诸如总线控制、冲突检测、链路保护等问题。
通信中可无“主，从”之分或多个主站存在，这样就为冗余设置提供了基础。
因此只能采用基于现场总线的可视化监控通信网络才能实现冗余设置。
可视化监控的冗余是建立在现场总线Profibus基础上，在总线访问协议上PROFIB US在数据全链路层采用了混合介质存取方式，为保证可视化监控系统可靠运行，形成监控冗余系统也应采用混合方式。
3 可视化监控冗余系统的构成
笔者以我校承担的湖南金健米业股份有限公司的480吨精米生产自控控制系统项目讨论可视化监控冗余系统的设计。
金健米业股分有限公司生产工艺流程图如图2所示。
由图2可知，除了初清、清理工段为公共工段外，主要生产工段由两条生产线构成，该系统I/O信号的特点是：点多（接近2000点），分布广。
该系统控制特点是：工艺流程长、变化多、连锁关系复杂多变、物流延时、批量与连续过程兼有等等。
根据工艺控制任务和要求及控制系统的特点，构成现场总线控制系统（FCS）如图3所示。
3.1 硬件方面
图3中PLC1主要控制公共的初清、清理工段;PLC2、PLC3分别控制一、二线生产（分别有砻谷、碾米及整理包装工段）。
每个PLC又带有若干个I/O远程控制站。
IPC1 为操作员站，主要负责监控;IPC2为工程师站，除了PLC编程、网络配置、监控组态之外，也作为IPC1监控的备用。
PLC采用德国西门子公司的S7-200型（CPU315-2DP）;IPC采用台湾研华公司的工控机（P2型），配备19″显示器和UPS、打印机等。
3.2 通信网络及接口
通信网络采用PROFUBUS现场总线，它是由SIEMENS公司等13家企业和5家科研机构联合提出，目前已提到了广泛应用。
各PLC均通过西门子CP341[2]通信模块与PROFI BUS现场总路线相连。
IPC则通过西门子CP5412A通信适配卡相连。
如图4、5所示。
3.3 软件
软件采用西门子Wincc[3]可视化监控组态软件。
它基于32位Windows95/98/2000标准操作系统。
它具有图形设计器、报警处理器、报表编辑器、变量管理器等。
通过Wincc软件,使精米生产的计算机可视化监控具有较强的功能。
按照生产工艺分成10幅监控主画面和若干生产数据报表画面，各画面可随时可任意切换。
操作者可在监控站上对工段选择运行方式,当处于自动控制方式时，各工段自动启停;处于手动方式时，可在监控站上对各设备直接进行人工操作。
故障报警方面，在系统进行自动故障处理的同时，除了系统声光报警、相应画面相应图案变色或闪烁外，还立即生成各成信息表。
可视化监控软件冗余体现在可视化监控组态软件Wincc的“冗余度“功能。
这种功能使两个并行的Wincc监控站同时运行，以保证监控的连续性。
图3中，如果IPC1发生故障，IPC2即可接替监控。
当IPC1恢复运行时，在IPC1停止运行期间IPC2秘采集的全部数据都会自动自制到IPC1，从而再一次同时运行两个Wincc监控站。
4 可视化监控冗余系统的特点
与传统的控制方式相比，笔者认为至少有以下三方面的特点。
1）使生产的控制与管理过程可视化、科学化。
计算机显示屏上的图形、图象以及键盘、鼠标等都是人机信息交互的手段。
2）工能齐全。
目全计算机可视化监控技术的最大特点是实时多任务，即：数据的采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储与检索、实时通信等多个任务在同一台计算机上同时进行。
3）运行可靠。
大量开关、指示灯、仪表的操作台和模拟屏被取代后，硬件及接线大大减少，显著地降低了硬件故障引起监控异常的概率;此外若采用工业现场总线环境就允许设置多个监控主站，可形成冗余监控系统，监控主站之间可互为备用，这样就有效地提高了运行的可靠性。
