场总线的两种有代表性的定义。
(l)ISA SP50中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即场地级设备)之间以及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。
这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。
(2)根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：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、多分支结构的通讯网路。现场总线的本质含义表现在以下6个方面：
a)现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。
b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。
c)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可以提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力，而希望选用各制造商性能价格比最优的产品，并将其集成在一起，实现“即接即用；用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成他所需要的控制回路。这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。
d)分散功能块：FCS废弃了DCS的输入／输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如，流量变送器不仅具有流量信号变换、
补偿和累加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出特性补偿模块，也可以有PlD控制和运算模块，甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态，供用户灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统，实现彻底的分散控制。
e)通讯线供电：通讯线供电方式允许现场仪表直接从通讯线上摄取能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。众所周知，化工、炼油等企业的生产现场有可燃性物质，所有现场设备都必须严格遵循安全防爆标准。现场总线设备也不例外。
f)开放式互连网络：现场总线为开放式互连网络，它既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络互连十分简便，用户不必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，构成统一的FCS。
2.现场总线的结构特点
现场总线的网络结构现场总线网络结构是按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI：Open System Interconnection）参考模型建立的。OSI参考模型共分七层，即物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层，该标准规定了每一层的功能以及对上一层所提供的服务。从OSI模式的角度来看，现场总线将上述七层简化成三层，分别由OSI参考模式的第一层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组成。如图1-2所示。
图1-2现场总线的结构
现场总线主要特点是使底层的控制部件、设备更加智能化，把在传统DCS中的控制功能，下移到现场仪表。在此，现场总线的网络通讯起了重要作用。现场总线结构模型现统一为４层，即物理层、数据链路层、应用层和用户层。省略了一般网络结构的3~6（表达层、会话层、传递层和网络层）.
现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的设备联机，按控制回路分别进行连接。位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。
现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模
块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通讯能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室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。Devicenet正是目前几十种现场总线中得到广泛应用的一种。
由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)，同时又为多个设备提供电源；现场设备以外不再需要模拟／数字、数字／模拟转换部件。这样就为简化系统结构、节约硬设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。
图1-3Devicenet控制系统示意图
３.Devicenet技术背景和特点
多年来，过程工业一直致力于开发一种单一的、开放的标准对现场的各类设备进行编址。标准的最初目标是用单一的数字标准取代4-20mA标准。当范围扩展到寻址复杂的、高难度的服务时（如：控制器间的高速通讯、大量快速扫描设备间的时间同步）单一标准的开发变得延迟了。同时，通讯技术的成本近几年已经明显的降低，将简单设备直接连接到网络上（而不必考虑SP50现场总线）的成本由此变得经济。简单设备的这种标准要求同现存的
120/220VAC和24VDC离散、硬接线I/O标准具有相同级别的互换性。Devicenet在允许多个复杂设备互连接的同时，允许简单设备的互换性。除了读取离散设备的状态外，DeviceNet 还可以报告马达启动器内温度、读取负载电流、改变驱动器加减速速率、或统计前一小时通过传输带传送的包裹计数。
Devicenet的主要技术特点如下表所示
表1-1Devicenet技术特点
４.Devicenet的应用
最终用户希望获得器件级网络提供的利益，例如减少接线和增加诊断功能。到1997年底，Devicenet已有16万个以上经过验证的节点，到2000年，DeviceNet节点有可能超过300万，全部ODVA组织的218会员均是工业领域，而且只有制造业才能参加。在工业市场中，已有1498个注册的符合DeviceNet协议标准的产品。DeviceNet的应用包括：汽车，半导体芯片制造，电子产品制造，食品和饮料，批量生产化学处理，装配，包装和物料转移。
Devicenet进入中国时间不长，但是在中国已有许多应用。据Rockwell Automation市场部提供的数据，上海通用汽车有一条DevicetNet的生产线，另外，生产可口可乐的上海申美饮料公司也部分采用了DeviceNet技术。相信随着DeviceNet技术的进一步完善和推广，DeviceNet有相当可观的应用前景，这也正是基于DeviceNet的智能设备和远程检测系统获得国家高技术产业化工程示范项目的原因。
Producer/Consumer网络通讯模型
1.显性报文和I/O报文（Explicit and I/O messaging）
工厂自动化网络要传送一般的计算机通讯网络中需传送的报文，同时需要传送实时的输入/输出(I/O)控制信息及整个控制系统中各控制器互锁信息等。我们用显性报文和I/O报文来分别表示。
显性报文用来上载和下载程序，修改设备组态，记载数据日志，作趋势分析和诊断等功能，例如我们可以用显性报文对控制器中的五个定时器重写默认值或执行自测试操作。它们的结构十分灵活，数据域中带有通讯网络所采用的协议信息和要求操作服务的指令。每个节点（设备）必须解释每个显性报文，操作所请求的任务，并生成响应。为按通讯协议解释这种显性报文，在真正要用到的数据上必须有较大一块的附加量(overhead)。这种类型的报文在数据量的大小和使用频率上都是非常不确定的。
I/O报文在本质上是隐性的（Implicit），因而有时也称为隐性报文，它的数据域中常不包括协议信息，仅仅是实时的I/O控制数据，这些数据的含义是预定义的。因而在节点中对处理这些数据所需的时间大大减小，I/O报文的一个例子是控制器将输出数据发送给一个I/O块设备（I/O Block），然后I/O块按照它的输入数据响应给控制器。为解释这种类型的报文而必须引入的附加量(overhead)小，数据短，使用频率一致，并且需要高的性能：对I/O 报文传送的可靠性，送达时间的确定性及可重复性有很高的要求。
过去，用于I/O控制的网络不能处理发送显性报文时在发送数据的时间及报文尺寸上的不定性因素。控制设备提供商不得不使用不同的网络来管理这两种不同报文类型的不同要求。Rockwell Automation/AB公司的Data Highway/Remote I/O网络和西门子的Profibus FMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。
吞吐量（throughput）是来自设备的输入数据传送到需要它的所有节点和节点产生的输出数据（根据用户的逻辑程序产生）传送到需要它的所有节点的速率。节点可以是传感器、人机界面(Human-Machine Interfaces-HMI)、控制器、数据记录仪、警报监视器、起动器、变频驱动器等。吞吐量由波特率、协议效率和网络模型决定。下面我们简要讨论一下这些因素。
波特率（Band Rate）是把数字信号放到网上去的原始速率，通常用每秒比特位或字节表示，人们最常用波特率来衡量网络的性能。实际上这是个误解，对于现在新的网络，它是影响吞吐量的三个因素中最不重要的一个。
协议效率（protocol efficiency）定义为数据包中有效数据位与整个包长度的比值。一般是用百分比表示，它是通讯协议中附加量的量度。虽然重要，但不如数据传送和交换的方法（网络模型）重要，如果某个特定的信息交换需要2个或多个数据包来完成，跟只需1
个数据包相比，如果一个网络比另一个网络的协议效率高25%就没有任何意义了。
识别与此信息相连的特定的标识符，每个数据包不再需要源地址位和目标地址位。
因为数据是按内容进行标识的，数据源只需将数据发送一次。许多需用此数据的节点通过在网上同时识别这个标识符，可同时地从同一生产者取用此消费同一数据。消费者节点之间可实现精确的同步，而且提高了带宽的有效使用率，其它的设备加入网络后并不增加网络负载，因为它们同样可以消费这些相同的信息，当节点时，对发送多个数据组时，对每个数据组使用不同的标识符。
图 1.生产者/消费者模型
报文#1来自传感器I/O的参考位置信息可多点传送给控制器1，控制器2和人机界面设备。
报文#2速度指令可多点传送给所有三个驱动器和人机界面设备。
源/目的地模型实现多点的同时传送是很困难的，在使用该模型时实现同样操作（假设单向报文传送）需要7个报文。
2.I/O触发机制
除了传统的轮询方法（polling）外，生产者/消费者模型还允许用两种新的功能强大的I/O触发方法:状态改变发送（Change-Of-State）和周期I/O发送（Cyclic）。轮询是从源/目
的地模型产生的，它本质上是一种两个报文的双向处理（发送方输出数据命令，接收节点收到后作出响应并把反应送回），往往用在主机到它的从机之间，许多轮询周期充满了相同的输入和输出数据，这些冗余的数据浪费了大量网络带宽。
在采用状态改变（基于事件）触发机制的系统中，仅当数据改变时节点发送数据，并同时地发送给所有需要该数据的节点没有轮询周期带来的延迟。同时一个作为背景的心跳（heart beat）信息可以周期地发送，消费者可用它来辨别设备是状态没有改变还是设备不在线（离线），采用状态改变触发机制可以显著的降低网络阻塞和负载，特别当设备需要重复的接收、处理和生成同一种数据时。另外，一般情况下发送4个心跳信息后再发送1个真正数据。
周期性发送（基于时间）时，数据可根据用户选择的速度来产生，数据的更新速度与节点和应用相匹配。例如在优化的PID控制中，传感器的信息可以以精确的间隔进行采样，或者控制器可以收集大块数据后以每秒若干次且大于操作员接口的反应速度进行发送。这样，可为快速变化的I/O信息的节点保留了带宽。
市场上两个模型的现场总线例子如下：
源／目的地模型
-Ethernet-Interbus S
-Modbus Plus-AS-I
-Remote I/O-Date Highway Plus
-Profibus(FMS,DP,PA等)
生产者/消费者模型
-ControlNet-Devicenet
-Foundation Fieldbus
3.现场总线系统的技术特点
现场总线系统在技术上具有以下特点：
系统的开放性开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。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其它设备或系统连接。通讯协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。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。用户可按自己的需要和考虑，把来自不同供货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连系统。
互可操作性与互用性互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。现场设备的智能化与功能自治性它将传感测量、补偿计算、工程量处理与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功能，并可随时诊断设备的运行状态。
系统结构的高度分散性现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。
对现场环境的适应性工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通讯，并可满足本质安全防爆要求等。
一对Ｎ结构一对传输线，Ｎ台仪表，双向传输多个信号。这种一对Ｎ结构使得接线简单、工程周期短、安装费用低、维护方便。如果增加现场仪表或现场设备，只需并行挂到电缆上，无需架设新的电缆。
可控状态操作员在控制室即可以了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对其进行参数调整，还可以预测和寻找事故，始终处于操作员的远程监视与可控状态，提高系统的可靠性、可控性和可维护性。
互换性用户可以自由选择不同制造商所提供的性能价格比最优的现场设备或现场仪表，并将不同品牌的仪表进行互换。即使某台仪表发生故障，换上其它品牌的同类仪表，系统仍能照常工作，实现即接即用。
综合功能现场仪表既有检测、变换和补偿功能，也有控制和运算功能。实现了一表多用，不仅方便了用户，也节省了成本。
统一组态由于现场设备或现场仪表都引入了功能块的概念，所有制造商都使用相同的功能块，并统一组态方法。这样就使组态非常简单，用户不需要因为现场设备或现场仪表的不同而采用不同的组态方法。
4.现场总线的国际标准
由于现场总线是工厂自动化领域的开放互联系统，它一经出现，就得到了工业界的广泛使用，各个自动化厂商也推出了自己的现场总线。目前在全球范围内有着几十种不同的现场总线标准，其中得到广泛应用的几种典型的现场总线有：德国西门子公司的Profibus,美国Rockwell自动化公司的Devicenet，ControlNet，现场总线基金会的FF,德国Bosch公司的CAN 以及美国Echelon公司的LONWorks等。由于不同行业，不同的应用场所需求各异，加上要考虑已有各种现场总线产品的投资效益和各公司的商业利益，在今后的一段时间内，在现场总线应用领域仍然会保持现在这种多种现场总线标准共存、同一生产现场有几种异构网络互联通讯的局面。但发展共同遵从的统一的标准规范，真正形成开放互联系统，是现在总线技术发展的大势所趋。自1988年开始，国际电工委员会IEC/SC65C/WG6与美国仪表学会SP50
委员会本着协商一致的原则联合制定工业控制系统用现场总线国际标准。标准制定初期，由于世界各国工业自动化仪表公司的系列芯片、软件技术和开发工具等各不相同，在关键技术内容上存在很大分歧，所以标准制定的进程非常缓慢。
目前市场上正在应用的各种现场总线有数十种，主要归类在两个标准族。一个为
IEC/SC65C的IEC61158标准，另一个为IEC17B的有关低压开关设备与控制设备、控制器与电气设备接口的IEC62026标准。而IEC61158是制订时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。它的制订时间超过12年，先后经过9次投票表决，两次提交IEC 执委会审议，直到2000年1月4日IEC中央办公室公布1999年底最新一轮投票结果才表明该标准已获通过。但从标准的内容看，该标准已与人们最初的期望大相径庭。人们制订IEC61158标准的初衷是将杂乱纷呈的各种总线归纳成一种统一的标准，既方便了制造商的产品生产，又便于用户选用。但最终通过的IEC61158标准，经多方争执和妥协，最后容纳了八种互不兼容的协议。这八种协议在IEC61158中分别为八种类型：
类型1IEC技术报告（即FF H1）类型2ControlNet（美国Rockwell公司支持）
类型3Profibus（德国西门子公司支持）类型4P-Net（丹麦Process Data公司支持）类型5FF HSE（即原FF H2，美国Fisher Rosemount公司支持）
类型6Swiff Net（美国波音公司支持）类型7WorldFIP（法国Alsthom公司支持）类型8Interbus（德国Phoenix Contact公司支持）
与SC65C的针锋相对、讨价还价相比，IEC17B的标准制订者们要“文明”多了。从1996年成立工作组开始，IEC17B制订的总线标准主要涉及设备层的现场总线，相关的标准有：IEC62026低压开关设备与控制设备：控制器与电器设备接口。
IEC62026-1第一部分总则第二部分操作器-传感器接口（AS-i）
第三部分Devicenet第五部分轻巧的分布式系统（SDS）
第六部分Seriplex（串行多任务控制总线）
其中，除第六部分尚处于CD文件阶段外，其余部分已成为FDIS文件，已于2000年6月进行投票表决，各成员国只能表示同意或不同意，不能对文件的某一部分提出修改要求。
IEC62026标准草案曾有过第四部分（Lontalk）和第七部分（WorldFIP）,因这两个协议不适宜作为设备层的通用协议目前暂被挪走。
IEC17B还有一个有关现场总线的标准草案，那就是IEC61915“低压开关设备与控制设备棗网络化工业设备的描述（Profiles for networked industrial devices）”。此文件还处于CD 文件阶段。
5.工业自动化网络与办公自动化网络的区别
现代分布式系统是大量的设备按照某种操作要求连接起来的，其涉及的领域非常广泛，例如工业自动化网络，楼宇自动化网络，办公和家庭自动化网络，智能车用系统，高级系统等。根据网络上交换信息的类型，这些网络可分为两种：控制网络和数据网络。一般来说，数据网络的特点是数据包大，发送频率相对比较低，经常是瞬间传送大量数据，要求以高数据传送速度来传输比较大的文件，数据网络对实时性没有苛刻的限制。相对地，控制网络往往在许多节点之间高频率的发送大量比较小的数据包来满足实时性的要求。因而，区分数据网络和控制网络的关键因素是看网络是否具有支持实时应用的能力。
另外，控制网络要求确定性和可重复性。确定性是指有限制的延迟和有保证的传送，也就是说一个报文能在可预测的时间成功的发送出去。从传感器到启动器的报文的不成功的传送或者不可接受的延迟都会影响网络的性能。可重复性是指网络的传输能力不受网络上节点的动态改变（增加节点或者删除节点）和网络负载的改变而影响。例如控制网是一种高速确
定性网络，采用令牌总线协议，用于对时间有苛刻要的应用场合的信息传输。它提供以下功能：对在同一链路上的Ｉ／Ｏ、实时互锁、对等通讯报文传送和编程操作均有相同的带宽；对于离散和连续过程控制应用场合均有确定性和可重复性的功能。
有许多网络协议都被提出来去满足控制网络的要求。这些协议有：以太网（Ethernet，IEEE802.3CSMA/CD），令牌总线（Token Bus,IEEE802.4）,令牌环（Token Ring,IEEE802.5）,控制器局部网（CAN,CSMA/AMP）。控制网络一般基于CAN协议（例如智能分布式系统,Smart Distributed System；设备网,Devicenet；CAN Kingdom）和令牌协议（例如过程现场总线，Profibus；制造自动化协议，Manufacturing Automation Protocol；控制网，Controlnet；分布式光纤数据接口，Fiber Distributed Data Interface）。
三种主要MAC工作方式简述如下：
CSMA/CD(IEEE802.3)为冲突检测载体监听多重访问，采用总线网络，其控制策略是竞争发送、广播式传输、载体监听、冲突检测、冲突后退和再试发送；
Token Bus(IEEE02.4)为令牌总线控制技术，总线上所有站形成一个逻辑环，令牌在总线网络上传送，收到令牌的站，决定是否发送或接收，然后再将令牌传给下一站；
Token Ring(IEEE802.5)为令牌环控制技术，令牌在环形网络上传送，收到令牌的站，决定是否发送或接收，然后再将令牌传给下一站。
自动化网络三层体系结构
控制系统的通讯中往往要考虑以下几个问题。
产品怎样互联在一起？
系统中不同产品间要有可靠的互操作性及不同供货商的同类产品要有可互换性。
产品将要交换什么样类型的数据？是控制数据(如I/O等)还是信息数据。
系统需要什么样的吞吐量？产品怎样被组态？
系统能否在将来可以进一步扩充？
我们应该根据具体的应用需求来选择不同的网络，不同的应用需求对数据的要求是不同的。
（1）对数据量要求的不同。网络上要求传送的数据量可能以兆字节或字节或位来计算。负载量的变化对网络的带宽有不同要求。
（2）对数据类型要求不同。要求可能是I/O信息，状态改变的信息或显式报文（Explicit Messaging），程序的上载/下载，诊断信息等。
（3）对网络性能要求不同。可能要求网络主要处理高速离散量或者模拟量，对工业控制网络特别要求确定性和可重复性。
现在自动化领域上一般采用三层网络结构，即设备层、控制层和信息层的体系。在这个体系中，数据可以双向流通、层与层之间可以交换数据，对某一具体应用可以选择其中某层或某几层，而且每层之间可能存在层叠。我们的目的就是，采用一个开放的、扁平的、满足高性能系统需求的、降低整体系统费用的（包括提高网络/设备诊断能力、减少接线、安装、系统调试时间，提高纠错能力）的网络体系，如图1-4所示。
图1-4自动化网络三层体系机构
三层网络体系的特点是：
从底层到高层全部是开放的不需许可证，不用注册，没有任何限制
对任何人都是可用的技术产品的可靠的互操作性
扁平结构以最少层次的网络支持可从高层对以下各层的产品组态及监测所有层之间的完全桥接层之间通过网桥/网关连接
对设备可有增强的诊断能力将控制分散到整个体系
对每个特有的层只需关注一些关键的功能，例如：
信息层
使用以太网（Ethernet），它是一个开放的，全球公认的用于信息层互联的事实标准。
这一层网络关注的焦点：高速报文传送和高容量数据共享
控制层（例如，使用ControlNet）
此层网络要求是：
支持I/O信息，报文的传输和诊断功能
开放性技术能够设置信息的优先级一定能用到的带宽支持高数据的节点数
支持多主机、广播式和对等(Peer-to-Peer)的通讯方式此层网络关注焦点：
高速I/O信息和报文的传送有效地数据共享
确定性和可重复性(Determinism&Repeatability)设备层（例如，用Devicenet网）有类似于控制层的要求，但更强调降低安装费用、系统调试时间。
Devicenet概述1.DeviceNet概述
Devicenet是一种低成本的通讯总线。它将工业设备（如：限位开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器和操作员接口）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实现的。DeviceNet是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。图1-3是一个典型的DeviceNet控制系统示意图。
Devicenet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。
Devicenet是一个开放的网络标准。规范和协议都是开放的，供货商将设备连接到系统
时，无需为硬件，软件或授权付费。任何对DeviceNet技术感兴趣的组织或个人都可以从开放式DeciceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范，并可以加入ODVA，参加对DeviceNet规范进行增补的技术工作组。
Devicenet规范的购买者将得到无限制的、真正免费的开发DeviceNet产品的授权。寻求开发帮助的公司可以通过任何渠道购买使其工作简易化的样本源代码，开发工具包和各种开发服务。关键的硬件可以从世界上最大的半导体供货商那里获得.
场总线的两种有代表性的定义。 (l)ISA SP50中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即场地级设备)之间以及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。 这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。 (2)根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：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、多分支结构的通讯网路。现场总线的本质含义表现在以下6个方面： a)现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。 b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。 c)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可以提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力，而希望选用各制造商性能价格比最优的产品，并将其集成在一起，实现“即接即用；用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成他所需要的控制回路。这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。 d)分散功能块：FCS废弃了DCS的输入／输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如，流量变送器不仅具有流量信号变换、
CAN总线协议解析 李玉丽 （吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院，吉林长春，130021 ） 摘要：现场总线的发展与应用引起了传统控制系统结构的改变。控制局域网（C AN）总线因其自身的特点被广泛应用于 自动控制领域。本文对C AN总线协议作了详尽解析。 关键词：C AN总线；隐性位；显性位；节点 中图分类号：T U 85 文献标识码：A CAN（Cont roll e r A rea N et work）是分布式实时控 制系统的串行通信局域网，称谓CAN总线。在数据 实时传输中，设计独特、低成本，具有高可靠性，得到 广泛应用。 本文着重解析C AN 技术规范2.0B 版的CAN 的分层结构规范和CAN 报文结构规范。重点在于 充分理解CAN总线协议精髓，有助于CAN总线的 局网设计、软件编程、局网维护。 一、C AN的分层结构 CAN 遵从O SI ( Ope n Syste m I nte rc onnec ti on Re fe re nce Mode l ) 模型，其分层结构由高到低如图1 所示。 图1 C AN的分层结构 对应OSI 模型为两层，实际为三层，即LLC、 MA C、PL S。由此而知，对应于CAN总线系统每个 节点都是三层结构。数据发送节点数据流为LLC→ MA C→P LS ，然后将数据发送到总线上；而对于挂在 总线上的所有节点（包括发送节点）的接收的数据流 为PL S→MA C→LLC。 这种分层结构的规范保证了CAN 总线的多主 方式工作模式，即不分主从，非破坏性的仲裁工作模 式。而LLC 层的报文滤波功能可实现点到点、一点 对多点、全局广播、多点对一点，多点对多点等数据 传递方式。 各分层主要功能如下： LLC 层：接收滤波、超载通知、恢复管理； MAC 层：控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出 错标定、故障界定。该层是CAN的核心； PL S 层：位编码/ 解码、位定时。 二、CAN总线的报文规范 CAN报文的传送有4 种不同类型的帧结构，数 据帧、远程帧、出错帧、超载帧。CA B2.0B 有4 种帧 格式。 （一）数据帧
现场总线CC-Link的组织、通信协议和应用
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现场总线CC-Link的组织、通信协议和应用 一、组织 1.1 CC-Link合作伙伴协会 CC-Link合作伙伴协会（CLPA）成立于2000年，当时三菱电机发布了CC-Link现场总线技术规范，作为一个开放的工业标准。从那时起，CLPA一直致力于在全球推动和使用这项技术。在过去的14年中，CLPA已经成为现场总线的全球最大组织之一，在全球拥有2000多名会员和270家公司，提供了支持CC-Link的 1300多种产品，这些产品都通过了严格的一致性测试，保证了兼容性。如今，CLPA继续为工业网络提供业界领先的技术；例如，开发出世界上第一个千兆工业以太网：CC-Link IE。 1.2亚洲市场的领导者 CC-Link在亚洲保持着市场的领先地位，已经成为很多行业开放网络的选择–这个领先地位已经由独立的市场研究公司– HIS所证实。 进一步支持这个重要位置的论据是HIS和ARC最近的调查结果：全球大约一半的自动化支出发生在亚洲。除了在亚洲的成功，CC-Link 也获得了世界范围的市场份额；事实上，一些成员公司在亚洲以外的
市场出售了很多的CC-Link兼容产品。这并不奇怪，因为在全球经济增长的同时，很多企业也希望打入亚洲市场，CC-Link是首选的网络技术。 两年前，为了帮助和支持美国与欧洲公司进入亚洲市场，CLPA 实施了一个名为通往中国（G2C）的营销计划。这项计划的目的是帮助企业制定和推动他们的CC-Link兼容设备在中国市场的推广。当时有22家企业参与了G2C活动。随着这项计划的成功，CLPA把这个计划移植到了亚洲，称为通向亚洲（G2A）。 CC-Link的增长和发展获得了许多知名北美公司的支持，如莫仕（Molex）、康耐视（Cognex）和3M公司，现在已经成为CLPA董事会成员。董事会成员在决定CC-Link未来方向和重要举措方面，如G2A 项目，将发挥更大作用。 1.3 什么是CC-Link？ “CC-Link”是一个通用术语，经常在CC-Link合作伙伴协会讨论开放网络技术推广时使用。简单地说，今天的CC-Link有两种技术可供选择：现场总线（CC-Link）和工业以太网（CC-Link IE）。这个“家族”的情况由后面的章节详细介绍。 自CLPA成立以来，CC-Link已经演变成一种开放自动化网络技术的综合体系。该技术提供的两个关键收益是效率和信息透明。效率是通过提供当今开放网络的最高性能来保证的，同时确保正常运行时间很少中断。同时，CC-Link也能满足工业4.0要求：企业的所有部门都能够共享和使用相同的信息，确保工厂以最高效率运行，同时仍
DeviceNet 现场总线协议讲解
Devicenet 简介: DeviceNet 是由美国 Rockwell 公司在 CAN 基础 上推出的一种低成本的通信链接， 是一种低端网络系统。 它将基 本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。 DeviceNet 是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部 件间的可互换性的同量， 减少了配线和安装工业自动化设备的成 本和时间。DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信， 而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。 现场总线系统的结构和技术特点 1. 现场总线的历史和发展 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急剧下降， 计算机与 计算机网络系统得到迅速发展， 而处于生产过程底层的测控自动 化系统，采用一对一联机，用电压、电流的模拟信号进行测量控 制， 或采用自封闭式的集散系统， 难以实现设备之间以及系统与 外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整 个企业的信息集成， 要实施综合自动化， 就必须设计出一种能在 工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通讯系统，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讯， 实现底
层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。 现场总线就是 在这种实际需求的驱动下应运产生的。 它作为过程自动化、 制造 自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络， 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网络 之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。 由于标准实质上并未统一， 所以对现场总线的定义也是各有 各的定义。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。 (l) ISA SP50 中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的 数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即 场地级设备)之间以及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。 这里的现场设备指最底层的控制监测、 执行和计算设备， 包 括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪 表产品。 (2)根据国际电工委员会 IEC 标准和现场总线基金会 FF 的 定义： 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、 多分支结构的通讯网路。 现场总线的本质含义表现在以 下 6 个方面： a)现场通讯网路： 用于过程以及制造自动化的现场设备或现 场仪表互连的通讯网路。 b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器
+接口+协议+规范工业自动化领域各种总线 工业自动化总标识特点简介 ASI 用于下位控制级的传感器/执行器总线【整理】ASI接口/协议 /规范用于将传感器和执行器连接AS-interface AS 至上位控制层，布线简单、经济。IEC EN 50295 符合国际标准和interface 标准。62026-2 传感器接执行器/AS-i = AS-Interface（口）是用于连接执行器和传感器的现 场总线通讯方案。BACnet==楼【整理】工业自动Building Automation Control Network 化之楼宇自动化之宇自动控制网．
用于执行器/传感器领域的多主站总线 对总线带宽的有效利用使得CANopen能 够在数据传输速率相对较低的情况下实现较短的系统响应时间。CAN 总线的主 要优点有：数据安全性高，能够保留多主站能力。 CC-Link 主要针对亚洲市场的现场总线 CC-Link（Control & Communication
Link，控制与通信链路）是一种开放式总线系统，用于控制级和现场总线级之间的通讯，应用范围主要为亚洲地区。 ControlNet 标准化现场总线 ControlNet 是一种开放式标准现场总线系统。该总线协议允许循环数据和非循 DALI 楼宇自动化领域的通讯标准【整理】工业自动）是一种跨越厂商标准 （IEC60929DALI 化总线之楼宇自动化之照明接口：的协议，其目的是在照明应用中确保电子DALI1-镇流器的互用性。这个新标准用于替代调光器接口。10VDigital ，数字可寻址照明接口（DALI）是一种楼Addressable Lighting Interface化
Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 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。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。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.doczj.com/doc/153587793.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于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。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (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， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通
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
现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是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。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统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 年代现场总线控制系统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。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）
现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势
第一章绪论 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。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 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。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制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，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、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"，严重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采用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，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。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伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、
工业现场总线协议解析 工业网络通常采用现场总线协议，通过实时和可靠的分布式控制功能来连接生产车间中的仪器仪表和机械设备，比较容易并且可靠的控制所实现的系统。现场总线标准应用非常广泛，大量已经安装的设备都采用了现场总线。但是，大部分这些现场总线标准都是基于(已有的)串行通信协议标准(与RS485或者RS232相似)，没有充分发挥应用广泛的以太网技术的优势。 随着系统复杂程度的增加，大部分现场总线难以满足平台通用性和系统性能的要求。这促使设备生产商转向采用基于以太网的通信技术，实现高性能、低成本和很好的通用性。很多现场总线标准都已经集成到工业以太网协议中，采用很少的控制功能，实现实时通信和工业互联，同时保护了在现场总线软件和已有设备上的投入。 控制区域网(CAN)是一种广播、差分串行总线标准，工作在干扰较大的电力机械(噪声)环境中。CANopen建立在自动化应用CAN (例如，数据链路层和物理层)基础上，能够实现百分之百的数据完整性，而采用以太网无法满足这一要求。 DeviceNet是设备级网络，为工业自动化提供可靠、高效的数据处理功能。ControlNet是一种实时、确定性、可重
构的控制层网络，适用于数据和消息的高速传送。DeviceNet 和ControlNet的应用层基于公共工业协议(CIP)层，它也用于Ethernet/IP中。这些协议目前由独立开放设备供应商协会(ODV A)管理。 LonWorks是用于开发照明和HV AC等自动化/控制应用的流行协议标准。LonWorks网络设备可使用各种介质，包括双绞线、电源线、以太网、光纤和RF等。 Modbus是为可编程逻辑控制器(PLC)应用开发的免版税开放串行通信协议。Modbus支持很多设备连接在同一网络上，例如监控以及数据采集(SCADA)系统中管理计算机和远端单元(RTU)的连接等。Modbus基本结构由Modbus/IDA进行管理，这一自动设备独立用户和供应商组织希望能够推动这一协议标准的广泛应用。 过程现场总线(PROFIBUS)是一种现场总线协议。对于分散外围设备和过程自动化(DP和PA)这两种PROFIBUS，在分散生产和过程控制中，PROFIBUS DP一般通过中央控制器对传感器和激励器进行控制。应用较少的PA主要用于监视测量设备。经过多年的应用，PROFIBUS在生产和过程自动化方面都得到了广泛认可。Profibus国际组织(PI)不断完善并推进PROFIBUS技术的应用。 串行实时通信系统(SERCOS)接口为运动控制、数字伺服驱动和输入/输出(I/O)设备提供标准、实时、高性能通信链接。
DeviceNet 现场总线协议讲解 Devicenet 简介: DeviceNet 是由美国Rockwell 公司在CAN 基础上推出的一种低成本的通信链接，是一种低端网络系统。它将基本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。DeviceNet 是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同量，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。现场总线系统的结构和技术特点 1. 现场总线的历史和发展 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急剧下降，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一联机，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就
必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通讯系统，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讯，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运产生的。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，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网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。 由于标准实质上并未统一，所以对现场总线的定义也是各有各的定义。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。 （l） ISA SP50 中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备（即场地级设备）之间以及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。 这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备， 包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。 （2）根据国际电工委员会IEC 标准和现场总线基金会FF 的定义：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、多分支结构的通讯网路。现场总线的本质含义表现在以下6 个方面： a）现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或
常熟理工学院电气与自动化工程学院 《现场总线技术》课程论文题目：现场总线协议及应用 姓名： 学号： 班级： 指导教师： 日期：
1.现场总线的概念 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自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，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。它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。现场总线技术以其鲜明的特点和优点很快进入各个领域 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，它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。现场总线控制模式具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点，是工业自动化发展的趋势。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，较著名的有基金年现场总线FF、CAN现场总线、PROFIBUS现场总线、HART现场总线、LONWORKS现场总线等。 3.现场总线协议 （1）基金会总线（FF) FF现场总线基金会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。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。完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，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。 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。
竭诚为您提供优质文档/双击可除 fieldbus协议 篇一：几种主要现场总线协议的特点 几种主要现场总线协议的特点 绿洲驿站20xx-3-119:36:35 现场总线在发展的最初，各个公司都提出自己的现场总线的协议，如ab公司的 devicenet,tuRck公司的sensoplex,honeywell公司的sds，phoenix公司的interbus-s，以及seriplex,asi等。经过十几年的发展，现场总线的协议逐渐趋于统一，针对制造业自动化，devicenet在北美和日本用的比较普遍，pRoFibus-dp在欧洲用的比较普遍。针对过程自动化，pRoFibus-pa和FoundationFieldbus占据大部分市场。其他的总线协议如asi、interbus-s、sensoplex在某些特殊的领域也有一些市场，下面分别介绍各种总线的一些特点。 1、pRoFibus，最快的总线，世界范围的标准。 pRoFibus是在1987年，由德国科技部集中了13家公司和5家科研机构的力量，按照iso/osi参照模型制订的现场总线的德国国家标准。最近，在欧洲通过投票，成为欧洲的
标准en50170。主要由拥有400多个公司成员的pRoFibus用户组织（pno）进行管理。 pRoFibus由三部分组成，即pRoFibus-Fms，pRoFibus-dp 及pRoFibus-pa。其中，Fms主要用于非控制信息的传输，pa主要用于过程自动化的信号采集及控制。pRoFibus-dp是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通讯的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个i/o点的时间少于1ms。 pRoFibus是世界范围的标准，取得了很大的成功：至少1，000，000套设备投入运行，超过600家成员公司，超过1100种pRoFibus产品。 2、devicenet通用型、低价位的总线 devicenet（设备网）是一种低价位的总线，它可连接自动化生产系统中广泛的工业设备。在制造业领域，设备网遍及全球，尤其是北美和日本。最初是由ab公司设计，现在已经发展成为一种开放式的现场总线的协议，其管理组织odVa由全球多家公司组成，提供设备网的产品，支持设备网规范的进一步开发。devicenet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、插件、站等产品进行长距离通讯。并且能够提高设备级的诊断能力。相对于pRoFibus-dp，devicenet具有更强大的通讯功能，支持除了主-从方式之外的，多种通讯方式，
现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：+++ 班级：电气112 班 学号：11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年11 月17 日
现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 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。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/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，施工和维护都十分不便。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称为了总线，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的总线，简称现场总线。 1.2现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时
Devicenet现场总线的普及知识终端电阻在通信中的作用 终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射在通信过程中，有两种信号因导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。 阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨接一个同样大小的终端电阻。 引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方式时，整个网络数据混乱。 要减弱反射信号对通讯线路的影响，通常采用噪声抑制和加偏置电阻的方法。在实际应用中，对于比较小的反射信号，为简单方便，经常采用加偏置电阻的方法 DeviceNet 网络的使用体会。 （１）DeviceNet现场总线可以节省大量费用。 从安装阶段来看，只通过一根通讯缆，就实现了对整个网上各站点供电及通讯，相对于点对点的控制方式，节省大量的电缆,桥架等。不但缩短了安装时间，而且降低了安装费用。 从控制上来看：利用网络通讯及“软”Ｉ／Ｏ方式，也节约了I/O模块和大笔资金。 如对变频器工作站，启动/停止，加速/减速等命令；电压、电流、温度等参数，都可从DeviceNet网络通讯实现，节约了I/O模块，尤其是模拟I/O模块，费用相当昂贵。 （２）设备故障率大大降低，且诊断方便，排除迅速。 DeviceNet由于仅用一条通讯电缆控制整个设备网络，使设备故障率大大降低；各站点通讯端子支持带电热插拔，若某一站点出现问题及故障排除，不影响网上其他站点正常工作。 采用数据通讯方式来控制各站，不但极大减少了传统点对点方式的电缆数量，也使故障环节大大减少，系统稳定性进一步提高。 通过设备网使MCC的集中控制的形式十分有效，极大方便了设备故障的诊断。例如对变频器的控制，由于采用MCC及网络控制方式，一百余台变频器仅有五种典型控制电路，便于记忆及故障查找。当某台变频器发生故障时，不但可以从总控室看到报警信息，还可以从网络扫描器或变频器的人
几种主要现场总线协议的特点 现场总线在发展的最初，各个公司都提出自己的现场总线的协议，如AB公司的DeviceNet,TURCK公司的Sensoplex,Honeywell公司的SDS，Phoenix公司的InterBus-S，以及Seriplex,ASI等。经过十几年的发展，现场总线的协议逐渐趋于统一，针对制造业自动化，DeviceNet在北美和日本用的比较普遍，PROFIBUS-DP在欧洲用的比较普遍。针对过程自动化，PROFIBUS-PA和Foundation Fieldbus占据大部分市场。其他的总线协议如ASI、InterBus-S、Sensoplex在某些特殊的领域也有一些市场，下面分别介绍各种总线的一些特点。 1、PROFIBUS，最快的总线，世界范围的标准。 PROFIBUS是在1987年，由德国科技部集中了13家公司和5家科研机构的力量，按照ISO/OSI 参照模型制订的现场总线的德国国家标准。最近，在欧洲通过投票，成为欧洲的标准EN50170。主要由拥有400多个公司成员的PROFIBUS用户组织（PNO）进行管理。 PROFIBUS由三部分组成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA。其中，FMS 主要用于非控制信息的传输，PA主要用于过程自动化的信号采集及控制。PROFIBUS-DP是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通讯的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时间少于1ms。 PROFIBUS是世界范围的标准，取得了很大的成功：至少1，000，000套设备投入运行，超过600家成员公司，超过1100种PROFIBUS产品。 2、DeviceNet通用型、低价位的总线 DeviceNet（设备网）是一种低价位的总线，它可连接自动化生产系统中广泛的工业设备。在制造业领域，设备网遍及全球，尤其是北美和日本。最初是由AB公司设计，现在已经发展成为一种开放式的现场总线的协议，其管理组织ODVA由全球多家公司组成，提供设备网的产品，支持设备网规范的进一步开发。DeviceNet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、插件、站等产品进行长距离通讯。并且能够提高设备级的诊断能力。相对于PROFIBUS-DP，DeviceNet具有更强大的通讯功能，支持除了主-从方式之外的，多种通讯方式，可以更灵活地应用于控制系统中。 3、Foundation Fieldbus
专题讲座 Device N et现场总线 讲座 [编者按] 现场总线的出现将对传统的工业自动化带来革命,从而开创工业自动控制的新纪元。目前,现场总线受到了国内外自动化设备制造商和用户的广泛关注,并成为自动化技术发展的一个热点。现场总线技术发展很快,在世界范围内,目前已获得应用的现场总线已达数十种之多。其中,DeviceNet现场总线具有开放、高效和低价等特点,特别适合于制造业、工业控制和电力系统等应用,对于低压开关设备和控制设备,具有非常广润的发展前景。为普及和推广现场总线的知识和应用,本编辑部与ODVA China合作,共同开辟《DeviceNet现场总线讲座》专栏,邀请国内外资深专家撰稿,系统介绍现场总线的发展概况、DeviceNet现场总线的技术特点、产品、标准及应用。本专栏也是一个技术论坛,我们热忱欢迎大家踊跃投稿,参加论讨与交流,以进一步促进我国现场总线技术的发展 第一讲 现场总线发展概况 与Device N et进入中国 蔡忠勇 高 涵 上海电器科学研究所(200063) 摘 要 现场总线是一个发展热点,但众多的现场总线往往使生产者和用户无所适从。是否已纳入IEC 标准、系统的开放性、技术能否得到有力的支持、价格是否有竞争力等已成为人们选用何种总线的主要依据。DeviceNet已成为欧洲标准,即将成为IEC标准。DeviceNet采用全球销售量最大的CAN芯片,大规模的生产必将降低成本。ODVA China亦将提供优质的技术服务。 叙 词:现场总线 开放式 网络 自动化 G eneral Situation of Fieldbus and Introducing of Device N et into China CA I Zhongyong GA O Han Shanghai Electrical Apparatus Research Institute(200063) Abstract:Fieldbus is the hotspot we are talking about and developing recently.But several kinds of the fieldbus often have baffled the device manufacturers and the users for fieldbus selection.Whether it is IEC standard,open, under available technical support and competitive or not is the major base on which to select the kinds of fieldbus. DeviceNet using CAN chip with the large scale over the world have been the European Standard and will be the IEC standard.The large scale manufacture consequentially result in the cost decreasing and ODVA China is avaiable to supply the high2quality technical service as well. K ey w ords:f ieldbus open netw ork autom ation 1 现场总线发展概况 现场总线是目前自动化技术中的一个热点,备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。现场总线是当今3C技术,即计算机(Computer)、通信(Communication)与控制(Control)技术的发展汇聚成的结合点。根据国际电工委员会IEC61158标准定义,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控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。 IEC61158标准从1984年开始制订,但现场总线技术的真正发展始于80年代末90年代初。至今正在应用的现场总线已达数十种之多,其中有10多种已被纳入了IEC标准,主要归类在两个标准簇。一个为IEC SC65C的IEC61158标准,另一个为IEC17B的62026标准。 IEC61158是迄今为止制订时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。它的制 — 9 5 — 现场总线发展概况与Device N et进入中国低压电器(2000№2)