现场总线系统设计规划与应用

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。

plc现场总线课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在让学生掌握PLC现场总线的基本原理、结构组成、工作方式及其在工业自动化中的应用。

通过本课程的学习，学生应能理解并应用PLC 现场总线的各项技术，具备分析和解决实际问题的能力。

1.掌握PLC现场总线的定义、分类及特点。

2.理解PLC现场总线的结构组成和工作原理。

3.熟悉PLC现场总线在工业自动化中的应用场景。

4.了解PLC现场总线的发展趋势。

5.能够分析PLC现场总线系统的组成和功能。

6.能够根据实际需求设计PLC现场总线系统。

7.能够对PLC现场总线系统进行调试和维护。

情感态度价值观目标：1.培养学生对新技术的敏感度和好奇心。

2.使学生认识到PLC现场总线在工业自动化中的重要性。

3.培养学生热爱科学、勇于创新的精神。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括PLC现场总线的原理、结构、应用和技术发展等方面。

具体教学大纲如下：1.PLC现场总线概述–PLC现场总线的定义–PLC现场总线的分类及特点–PLC现场总线的发展历程2.PLC现场总线的结构与原理–PLC现场总线的结构组成–PLC现场总线的工作原理–PLC现场总线的信息传递与通信协议3.PLC现场总线在工业自动化中的应用–PLC现场总线在工业自动化中的重要性–PLC现场总线在各领域的应用案例4.PLC现场总线技术的发展趋势–国内外PLC现场总线技术的研究动态–新型PLC现场总线技术的探讨5.实践操作与案例分析–PLC现场总线系统的调试与维护–PLC现场总线应用案例的分析与讨论三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：通过讲解PLC现场总线的原理、结构和应用，使学生掌握基本知识。

2.案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解PLC现场总线在工业自动化中的应用。

3.实验法：学生进行PLC现场总线系统的调试和维护，提高学生的实践能力。

4.讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。

现场总线网络课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握现场总线网络的基本概念、原理及分类；2. 了解现场总线网络在工业控制系统中的应用；3. 掌握现场总线网络的关键技术及其优缺点。

技能目标：1. 学会使用现场总线网络进行数据通信与设备控制；2. 能够分析现场总线网络在实际应用中遇到的问题，并提出解决方案；3. 培养学生运用所学知识进行现场总线网络设计与调试的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对现场总线网络技术的兴趣，激发他们学习自动化领域的热情；2. 培养学生的团队协作意识，提高他们沟通交流、解决问题的能力；3. 引导学生关注现场总线网络技术的发展趋势，增强他们的创新意识。

分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为自动化专业高年级学生开设，旨在让学生深入了解现场总线网络技术，为后续专业课程学习和工程实践打下基础。

课程性质具有较强的理论性和实践性。

学生已具备一定的自动化基础知识，具备一定的自学和动手能力。

教学要求注重理论与实践相结合，以培养学生的实际应用能力和创新能力为核心。

1. 熟悉现场总线网络的基本理论，为实际应用提供理论支持；2. 掌握现场总线网络的关键技术，为解决实际问题奠定基础；3. 提高团队协作、沟通交流和创新能力，为未来职业发展奠定基石。

二、教学内容1. 现场总线网络基本概念与原理- 现场总线网络定义、特点及分类- 现场总线网络的通信协议与标准2. 现场总线网络关键技术- 现场总线网络的拓扑结构- 数据传输与通信机制- 现场总线网络的设备控制与设备管理3. 现场总线网络在工业控制中的应用- 典型现场总线网络应用案例分析- 现场总线网络在工业控制系统中的优势与局限性4. 现场总线网络设计与实践- 现场总线网络设计与实施步骤- 现场总线网络调试与优化方法- 常用现场总线网络设备与工具的使用5. 现场总线网络发展趋势与新技术- 现场总线网络技术的发展趋势- 新型现场总线网络技术简介教学大纲安排与进度：第1周：现场总线网络基本概念与原理第2周：现场总线网络关键技术第3周：现场总线网络在工业控制中的应用第4周：现场总线网络设计与实践第5周：现场总线网络发展趋势与新技术教学内容与教材关联性：本章节内容紧密结合教材，按照课程目标选择和组织教学内容，保证科学性和系统性。

第20卷第3期电站系统工程V ol.20 No.3 2004年5月Power System Engineering May, 2004 文章编号：1005-006X(2004)03-0054-02现场总线技术在控制系统中的应用王晓东１ 白明友１ 张千里２　（１．哈尔滨理工大学，２．哈尔滨大电机研究所）　摘要：介绍了采用Fieldbus现场总线技术实现电气系统过程控制的步骤与方法，进而分析了现场总线技术在电气系统过程控制中应用的优势与特点。

详细介绍了系统的配置以及功能。

关键词：现场总线；水力机械试验台；控制系统中图分类号：TK323文献标识码：BApplication of Fieldbus Technology in Electrical Control SystemWANG Xiao-dong, BAI Ming-you, ZHANG Qian-liAbstract:The procedure, method and advantages of application of Fieldbus technology in electric control system are introduced. The configuration and functions of the system as well as its advantages are detailed.Key words: fieldbus; hydraulic test rig; control system某水力机械模型试验台由电气控制系统和测试系统两部分构成，其中电气控制系统的稳定性直接影响水力性能试验的研究。

电气控制系统以Profibus 为核心，以NaiS FP10SH PLC为主控制器，IPC（工业控制计算机）实现集中控制。

控制系统采用现场总线技术实现了先进的全数字控制方式，保证了系统的可靠性、安全性、易维护性。

针对此试验台电气控制系统的总体设计，分析了控制系统的设计要点，并详细介绍现场总线技术在该系统中的作用。

现场总线技术教学设计
简介
现场总线（Fieldbus）技术是自动化控制领域中的一个重要技术，被广泛应用于工业领域中的控制、监测和通信功能。

本教学设计旨在通过理论授课和实践操作的方式，使学生了解现场总线技术的基本概念、体系结构、通信协议和应用实现方法，并掌握如何使用总线配置工具和现场总线网络建立方法。

教学目标
1.掌握现场总线技术的基本概念、体系结构和通信协议；
2.熟悉现场总线网络建立方法和总线配置工具的使用；
3.理解现场总线技术在控制、监测和通信领域的应用场景和优劣势。

教学内容
理论授课
1. 现场总线技术概述
1.1 传统现场控制系统的不足之处 1.2 现场总线技术的概念和优势
2. 现场总线技术体系结构
2.1 现场设备、传感器和执行器 2.2 控制器和控制系统 2.3 总线通信和控制数据流
3. 现场总线通信协议
3.1 现场总线通信协议介绍 3.2 现场总线通信协议特点和优缺点
4. 现场总线网络建立方法
1。

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。

基于CAN总线的网络控制系统设计国内红绿灯交通控制系统中红绿灯切换时间广泛采用固定或者分时段变化的时间间隔，或者由交通指挥中心根据交通状况调整时间间隔，不能够根据实际的交通状况进行动态切换，也不能够根据道路状况预先干预，防止交通恶化。

在极端情况下，可能会出现有车的方向红灯禁行，没车的方向绿灯通行的现象。

这种方式低效、严重依赖于交管部门的工作效率，且一般只能在交通恶化后才可能介入，不能提前预防。

为此本文提出了一种基于CAN总线的红绿灯动态调整系统，它能够根据实际交通状况实时调整红绿灯时间，可以降低道路拥堵几率，保障交通畅通。

一、现场总线综述现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。

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，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。

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(FieldbusControl 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。

由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。

现场总线系统的作用随着电子技术与微处理器在低压电器中的应用，我国诞生了以修较麻烦，特别是设计修改带来的设备与线路更改十分困难。

而采DW45系列智能化框架断路器为代表的智能化低压电器。

但是，单一用总线系统后，将可通信低压控制电器安装在现场(被控制设备旁边)，智能化断路器不能充分发挥其智能化电器所具有的功能。

则可大大节省主回路电缆与二次回路电线，而且仍能实现集中据不完全统计，我国已有8万一1O万台DW45智能化框架断路器在低压配电系控制并具有四遥功能，特别是十分便于更改设计、增减控制对象带统中应用。

但是，95％甚至更大LL~,J的产品仍作为一般具有三段保来的开关设备减减及线路改变。

从发展趋势看，采用现场总线系统护特性的断路器使用。

后，低压控制柜，特别是马达控制中心有可能逐步取消。

对低要充分发挥框架断路器智能化功能必须与计算机联网。

而传电系统来说，采用总线监控系统，能有效对低压配电质量进行监控统的一对一通信网络系统，由于系统复杂，造价较贵，难以推广。

现提高配电质量，减少损耗。

同时，与中压配电监控系统容易联网，提场总线系统的诞生与推广使智能化低压电器功能得以充分发挥，为高配电可靠性。

采用现场总线配电系统的另一个特点是电器开关设智能化低压电器的发展与推广创造了良好条件。

备不仅与上位机双向通信，还可以实现开关设备之间通信。

因此，同现场总线系统是一个数字化通信系统，它用一根总线以串行连一区域电网中多台断路器便于实现区域连锁，实现配电保护自动化，接方式把开关设备与主控制器连接起来，进行双向通信。

可通信开进一步提高配电系统供电可靠性，减少停电区域，同时以极短关设备可以安装在带总线系统的开关柜内，也可以安装在现场，直间实现配电系统选择性保护。

降低开关设备与开关成套设备对短时接与总线连接实现遥控、遥信、遥测、遥调。

低压控制系统采用传耐受电流的要求，由此可带来明显经济效益和社会效益。

因此，低统的集中控制，主回路与二次回路耗费的电缆电线量很大，调试维压电器实现可通信网络化与现场总线技术的发展与应用有密切关系。

第四章 现场总线概述一、现场总线的定义按照国际电工委员会IEC61158标准的解释, 现场总线是应用在制造或过程区域现场装置与控制室内自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线.它也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络.二、现场总线控制系统的定义以现场总线为技术核心的工业控制系统,称为现场总线控制系统.简称FCS(Fieldbus Control System). 他把单个分散的过程控制设备变成智能控制节点(将微处理机嵌入到传统的过程控制仪表中,使之具备了数字处理和数字通信能力).采用简单连法的双绞线作为传输介质,把多个过程控制仪表连结成网络结构,使多个现场控制设备、现场智能仪表与过程监控计算机之间,实现数据传输与数据交换,形成各种适合实际需要的分布式自动控制系统.三、现场总线控制系统的由来20世纪50年代以前的气动控制仪表成为第一代控制仪表，到60年代的4-20mA 电动单元组合仪表为第二代仪表，到60年代-70年代中期，出现了DDC 系统，称为第三代控制系统，到70年代中期，出现了DCS,称为第四代控制系统，由于DCS 各生产厂商自成系统，许多软硬件产品不能互换，而且通信协议也各不相同，难以实现互换与互操作，组成大范围信息共享的网络系统，存在很多困难。

到了1982年欧洲首先提出现场总线的概念，随后于1984年美国仪表协会开始着手制订现场总线标准。

到1995年成立了国际性的组织，现场总线基金会，简称FF(Fieldbus Foundation)，并于2000年正式通过了7种现场总线国际标准，既IEC61158.四、现场总线标准现场总线标准是要求各个制造商和系统集成商共同遵守的一种通信协议技术标准。

2002年IEC61158共公布8种标准。

1、基金会现场总线 FFFF 的主要技术内容，主要包括FF 通信、用于完成OSI （开放式系统互连参考模型）的通信栈，用于描述设备特性的描述语言，设备描述字典，用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块，实现系统组合管理功能的系统软件以及构筑集成自动化系统，网络系统的系统集成技术。