下载文档原格式
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。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线（Fieldbus）是一种新型的工业通信技术，它是以数字化的方式将数据传输到工业现场设备和控制系统之间的通信总线。
现场总线的出现大大提高了工业自动化的可靠性、效率、安全和灵活性。
下面将介绍现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用和使用方法。
一、发展历程现场总线的发展可追溯到20世纪70年代，当时欧洲的一些机构开始研究数字控制系统。
80年代初，德国联邦教育研究部门的PLC工艺小组提出了“第三代工厂控制理论”，并提出了“现场总线”的概念。
90年代初，现场总线开始应用于工业自动化领域，并逐渐发展成为主流的工业通信技术。
二、特点及分类1. 特点（1）数字化传输：现场总线采用数字化通信方式，避免了模拟信号的干扰和失真，提高了数据的可靠性和准确性。
（2）灵活性：现场总线可以连接多种类型的设备和控制系统，实现设备之间的信息交换和协同工作。
（3）可扩展性：现场总线可以根据工业自动化系统的需求进行扩展和升级，具有很高的灵活性和适应性。
（4）实时性：现场总线可以实现实时数据传输和控制，提高了工业生产的效率和精度。
（5）安全性：现场总线支持加密和认证技术，保障了工业通信的安全性和可靠性。
2. 分类目前常用的现场总线主要有以下几种：（1）Profibus：是德国西门子公司研发的一种现场总线，可以实现高速数据传输和设备的实时控制。
（2）Modbus：是Modicon公司开发的一种现场总线，适用于数据采集和控制。
（3）CAN总线：是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的现场总线，具有高速、可靠、抗干扰等特点。
（4）DeviceNet：是美国罗克韦尔公司开发的一种现场总线，适用于工业设备之间的通信和控制。
三、主要应用现场总线广泛应用于各个工业领域，包括制造业、石化、水处理、电力等。
主要应用包括以下几个方面：（1）数据采集和监控：现场总线可以实现对工业设备的数据采集和监控，提高了生产过程的可靠性和效率。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法一、现场总线的发展历程现场总线(Fieldbus)技术起源于20世纪80年代，当时主要是为了解决工业控制系统中数据传输和设备互联的问题。
随着技术的不断发展，现场总线技术已经成为现代工业自动化领域的关键技术之一。
1. 20世纪80年代初期，现场总线技术的研究与应用逐渐兴起，主要应用于石油、化工、钢铁等行业的过程控制系统。
2. 20世纪90年代，随着工业控制系统的发展和技术的进步，现场总线技术得到了广泛应用，几乎涵盖了所有工业生产领域。
3. 21世纪初至今，现场总线技术已经成为工业自动化系统的核心技术，越来越多的企业使用现场总线技术实现设备互联和数据传输。
二、现场总线的特点1. 开放性：现场总线技术遵循统一的国际标准，实现了不同厂商设备之间的互通互联。
2. 高可靠性：现场总线技术采用数字通信技术，具有抗干扰能力强和数据传输可靠的特点。
3. 高效率：现场总线技术可以实现设备之间的直接通信，减少了传统集中控制方式中的数据处理环节，提高了系统的响应速度和工作效率。
4. 易扩展性：现场总线技术采用网络式结构，扩展设备非常方便，可以根据实际需要进行灵活配置。
5. 低成本：现场总线技术可以减少布线、降低系统复杂度，从而减轻了系统维护和运行成本。
三、现场总线的分类根据现场总线的应用领域、通信协议和传输速率等特点，现场总线主要分为以下几类：1. 过程自动化现场总线：如FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS PA 等，主要用于过程控制系统中，实现设备之间的数据传输和控制。
2. 工厂自动化现场总线：如PROFIBUS DP、DeviceNet、CANopen 等，主要用于工厂自动化系统中，实现设备之间的数据交换和通信。
3. 传感器/执行器现场总线：如AS-i、IO-Link等，主要用于传感器、执行器等设备之间的通信。
四、现场总线的主要应用现场总线技术广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、造纸、建材等工业领域，主要用于以下几个方面：1. 设备监控与控制：通过现场总线实现设备之间的实时数据采集、监控和控制。
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。
现场总线在国内电厂的应用【摘要】现场总线技术是一种在国内电厂广泛应用的通信协议，旨在实现设备之间的实时数据传输和通信。
本文首先介绍了现场总线技术的基本概念和特点，包括其在电厂中的应用优势和挑战。
然后通过具体案例分析，探讨了现场总线在电厂中的实际应用情况，并展望了其在未来的发展趋势。
结论部分指出，现场总线技术在国内电厂中具有巨大的潜力，将成为电厂自动化控制系统的重要组成部分，推动电厂智能化和高效化发展。
这些内容共同揭示了现场总线技术在国内电厂中的应用前景，为电厂行业的发展提供了有力支持和指导。
【关键词】现场总线、国内电厂、应用案例分析、优势、挑战、未来发展、应用前景、潜力、自动化控制系统、智能化、高效化。
1. 引言1.1 现场总线在国内电厂的应用现场总线技术是一种常用于工业控制系统中的通讯技术，它将传感器、执行器以及控制器连接在一起，实现实时数据的传输和通讯。
在国内电厂中，现场总线技术已经得到广泛应用，并取得了显著的成效。
现场总线技术在国内电厂中的应用案例分析表明，它能够实现设备之间的实时监测和控制，提高了电厂的生产效率和运行安全性。
通过现场总线技术，电厂可以实现设备的远程监控和智能化控制，减少人工干预，提高生产效率。
现场总线技术在电厂中具有诸多优势。
它能够减少布线成本、提高系统可靠性、简化系统维护等，进一步促进了电厂的智能化和自动化程度。
现场总线技术也面临挑战，如通讯安全性、兼容性等问题，需要不断加强研究和改进。
未来，现场总线技术在国内电厂中的应用前景展望非常广阔。
随着工业互联网的发展和电力行业的智能化趋势，现场总线技术将成为电厂自动化控制系统中不可或缺的一部分，为电厂的智能化、高效化提供强有力支持。
现场总线技术在国内电厂中具有巨大的潜力，将成为电厂未来发展的重要方向之一。
2. 正文2.1 现场总线技术的介绍现场总线技术是一种用于工业自动化控制系统的通信网络技术，它可以实现各种现场设备和控制器之间的数据交换和通信。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线是一种工业控制系统中的通信方式，它的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
在当时，传统的工业控制系统大多采用分散控制模式，每个设备都有自己的控制器和传感器，相互之间难以进行信息共享和协作。
这种模式不仅效率低下，而且难以应对复杂的生产需求。
因此，人们开始探索一种全新的工业控制通信方式，即现场总线。
现场总线的主要特点是将所有的控制设备和传感器连接在一条通信线路上，实现数据共享和信息协作。
这种方式不仅提高了生产效率，而且降低了系统成本。
目前，现场总线已经成为工业自动化控制的重要通信方式之一。
现场总线可以分为不同的类型，如CAN总线、Profibus、Modbus、DeviceNet等。
这些总线在物理层和通信协议上有所不同，但它们的基本原理都是相同的，即将所有的设备连接在同一条通信线上，实现数据共享和控制协作。
现场总线的主要应用包括工厂自动化、过程控制、机器人控制、交通系统、能源管理等领域。
其中，工厂自动化是现场总线应用最广泛的领域之一。
现场总线的使用方法主要包括总线拓扑结构的设计、通信协议的选择和设备的配置等方面。
总线拓扑结构的设计是现场总线应用的关键，它直接影响到通信效率和系统稳定性。
通信协议的选择也是很重要的，不同的协议适用于不同的应用场景。
设备的配置方面，需要根据具体的需求选择不同的传感器和控制器，保证系统的稳定性和可靠性。
总之，现场总线是工业控制系统中不可或缺的通信方式，它的发展历程和特点值得深入学习和研究。
在实际应用中要注意总线拓扑结构的设计、通信协议的选择和设备的配置，以保证系统的稳定性和可靠性。
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）类型5 FF HSE（即原FF H2，美国Fisher Rosemount 公司支持）类型6 Swift Net（美国波音公司支持）类型7 WorldFip（法国Alstom公司支持）类型8 Interbus（德国Phoenix contact公司支持）目前61158的基本原则是不改变原来61158的内容，作为类型1不改变各个子集的行规，作为其他类型，并对类型1提供接口2. 关于IEC62026的情况IEC62026的情况就没有那么复杂，它的构成如下：IEC62026 －1一般要求General Rules(in preparation)IEC62026 －2电器网络Device Network(DN)IEC62026 －3操动器传感器接口Actuator sensor interface(ASI)IEC62026 －4协议（规约）LontalkIEC62026 －5灵巧配电系统Smart distributed system(SDS)IEC62026 －6多路串行控制总线。
Serial Multiplexed Control Bus(SMCB)另外IEC17B又发出一个NP文件“《Device Word FIP》电器网络“1998年4月投票失败尚未成为IEC62026系列的CD文件。
而Interbus努力成为第7 部分。
2000年6月以下文件将进入最后一轮投票，并通过，（即将出版）IEC62026 －1一般要求General Rules(in preparation)IEC62026 －2电器网络Device Network(DN)IEC62026 －3操动器传感器接口Actuator sensor interface(ASI)IEC62026 －5灵巧配电系统Smart distributed system(SDS)3. ISO11898现场总线领域中，在IEC61158和62026之前，CAN是唯一被批准为国际标准的现场总线。
CAN由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准ISO11898（通信速率＜1Mbps）和ISO11519（通信速率≤125Kbps）。
CAN总线得到了计算机芯片商的广泛支持，它们纷纷推出直接带有CAN接口的微处理器（MCU）芯片。
带有CAN的MCU芯片总量已经达到130,000,000片（不一定全部用于CAN总线）；因此在接口芯片技术方面CAN已经遥遥领先于其他所有现场总线。
需要指出的是CAN总线同时是IEC62026 －2电器网络Device Network(DN) 和IEC62026 －5灵巧配电系统Smart distributed system(SDS) 的物理层，因此它是IEC62026最主要的技术基础。
三．几种典型的现场总线介绍1．ProfibusPROFIBUS是1987年，德国联邦科技部集中了13家公司的5个研究所的力量，按ISO/OSI参考模型制订的现场总线的德国国家标准，其主要支持者是德国西门子公司，并于1991年4月在DIN19245中发表，正式成为德国标准。
开始只有PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS，1994年又推出了PROFIBUS－PA，它引用了IEC标准的物理层（IEC1158－2,1993年通过），从而可以在有爆炸危险的区域（EX）内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使PROFIBUS更加完善。
PROFIBUS已于1996年3月15日批准为欧洲标准EN50170的第2卷。
①组成：PROFIBUS有三个部分组成：PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）主要是用来解决车间级通用性通讯任务。
可用于大范围和复杂的通讯。
总线周期一般小于100ms。
PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）这是一种经过优化的高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与分散的I/O设备级之间进行通信使用的。
总线周期一般小于10ms。
,Profibus-PA（Process Automation）是专门为过程自动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线上，甚至在本质安全领域也可接上。
根据IEC1158－2标准，PROFIBUS-PA用双线进行总线供电和数据通信。
②协议结构Profibus协议结构是根据ISO7498国际标准以OSI作为参考模型的。
但省略了3～6层，同时又增加了服务层。
PROFIBUS－DP使用了第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口，第三层到第七层未加以描述。
这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，直接数据链路映象（DDLM）为用户接口易于进入第二层。
用户接口规定了用户系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS －DP设备的设备行为，还提供了传输用的RS485传输技术或光纤传输技术。
PROFIBUS－FMS：对第一层、第二层和第七层（应用层）均加以定义。
PROFIBUS－PA：采用了扩展的DP协议。
另外还使用了描述现场设备行为的PA规约。
根据IEC1158－2标准，这种传输技术可确保其本质的安全性并通过总线给现场设备供电。
使用分段式耦合器，PROFIBUS－PA设备能很方便地集成到PROFIBUS－DP网络上。
PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而这二套系统可在同一根电缆上同时操作。
③传输技术PROFIBUS提供了三种类型的传输：用于DP和FMS的RS485传输用于PA和IEC1158－2传输·光纤（FO）A. RS485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，这种技术通常称为H2。
采用屏蔽双绞铜线，共用一根导线对。
线性总线结构允许站点增加或减少，而且系统的分步投入也不会影响到其它站点的操作。
后增加的站点对已投入运行的站点没有任务影响。
传输速率可选：9.6Kbps和12Mbps之间。
站点数：每分段32个站，不带中继器；带中继器可多达127个站传输距离：B. IEC1158－2传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。
传输速率：31.25Kbps，电压式。
站点数：每段最多为32个，总数最多为126个。
距离：采用双绞线电缆，传输距离可达1900m。
C. Profibus系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体以增加高速传输的最大距离。
许多厂商提供专用总线插头，可将RS485信号转换成光信号和光信号转换成RS485信号，这样就为RS485和光纤传输技术在同一系统上使用提供了一套开关控制的十分简便的方法。
④应用情况PROFIBUS的应用包括了加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。
