现场总线设备及接口

一，工业总线三种基本类型*传感器级总线，即485总线网络*设备级总线，即HART总线网络*现场总线，即FieldBus现场总线网络现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网现场总线分为以下几种：下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。

1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。

该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。

基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。

FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。

后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。

FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。

2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。

CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。

CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。

CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。

已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。

worldfip现场总线的工作原理一、概述WorldFIP是一种高性能的工业自动化网络，主要用于连接自动化系统中的各种设备，如传感器、执行器、控制器等。

WorldFIP现场总线在工业自动化领域中具有广泛的应用，其工作原理是实现设备之间的数据传输和控制。

二、工作原理1.通信协议：WorldFIP现场总线采用标准的通信协议，如HDLC （双环四分组格式）和基于以太网的标准TCP/IP协议。

这种通信协议可以支持高速数据传输，提高通信效率。

2.数据传输：WorldFIP现场总线采用串行通信方式，通过双绞线、光纤或无线通信介质进行数据传输。

数据传输过程中，设备之间交换数据包，每个数据包包含一组特定的信息，如传感器读数、控制指令等。

3.设备接口：WorldFIP现场总线支持多种设备接口，如EtherCAT、Profinet、DeviceNet等。

这意味着不同的设备可以通过WorldFIP现场总线进行互连，实现数据的集中和分散控制。

4.数据交换：WorldFIP现场总线通过实时数据库进行数据交换，将采集到的实时数据存储到数据库中，方便用户查询和处理。

同时，用户还可以通过应用程序对数据进行处理和控制。

5.控制算法：WorldFIP现场总线支持多种控制算法，如PID控制、预测控制等。

这些算法可以根据实时数据对设备进行控制和调整，提高设备的运行效率和稳定性。

6.安全性：WorldFIP现场总线具有较高的安全性，采用加密技术、身份认证等措施，确保数据传输的安全性和可靠性。

三、应用场景WorldFIP现场总线适用于各种工业自动化场景，如生产线自动化、能源管理、物流控制等。

在生产线自动化中，WorldFIP现场总线可以将传感器采集到的实时数据传输到中央控制器，实现设备的集中控制和自动化运行。

在能源管理中，WorldFIP现场总线可以实时监测能源使用情况，提高能源利用效率。

在物流控制中，WorldFIP现场总线可以实现物料输送线的自动化控制，提高生产效率和降低人工成本。

现场总线考点1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。

2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分3.现场总线的基本定义？现场总线：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。

5.现场总线控制系统的技术特点。

1）开放性；2）全数字化；3）双向通信；4）互可操作性与互用性；5）现场设备的智能化与功能自治性；6）系统结构的高度分散性7）对现场环境的适应性6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？1）FCS实现全数字化通信2）FCS实现彻底的全分散式控制3）FCS实现不同厂商产品互联、互操作4）FCS增强系统的可靠性、可维护性5）FCS降低系统工程成本7.分析现场总线的现状，展望其发展前景。

组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。

硬件组态：根据系统的规模及控制要求进行硬件的选择，主要包括通信系统的选择、人机接口的选择、过程接口的选择、集散控制系统与PLC及上位机的通信接口的选择、电源系统的选择、上位机与可编程逻辑控制器的选择、集散控制系统控制单元的选择等。

软件组态：在系统硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能块用软件组态的方式连接起来，以达到过程控制的目的。

第二章数据通信基础与网络互联1.何谓现场总线的主设备、从设备？可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。

不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。

2.总线操作过程的内容是什么？总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”，或者叫做一次总线操作。

3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。

FF现场总线使用说明书1 引言FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益,而在1994年合并而成的。

1995年,WorldFip欧洲部分也加入了FF。

FF总线由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)两部分组成。

低速H1部分将ISO/OSI七层参考模型结构简化为物理层、数据链路层、应用层，再加上用户层,形成四层结构。

同时，为了适应以太网技术的发展，现场总线基金会放弃了其原来规划的H2高速总线标准,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范(HSE1.0版)。

HSE充分利用低成本的以太网技术，以100M bit/s到1G bit/s或更高的速度运行，它主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等高速的现场总线网段的互连。

本手册是组态实验室现场总线系统组态的使用说明书，内容包括了使用组态软件，组态一个典型的DEMO现场总线的详细过程。

2 实验室包含的现场总线设备本现场总线实验室是一个典型现场总线控制系统的配置，设备清单如表1所示：网关、网桥、现场总线接口和端子块等部件构成。

现场总线网络上连接的现场总线设备有两种:一种是总线供电式现场设备，它需要从总线上获取工作电源，总线供电电源就是为这种设备准备的；另一种是单独供电的现场设备，它不需要从总线上获取其工作电源。

常用的现场总线设备有温度变送器、压力(差压)变送器、流量变送器、液位变送器和调节阀等。

这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。

终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。

每个总线段上需要两个，而且只能有两个终端器。

终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。

有时，将终端器电路内置在电源、安全栅、PC接口卡和端子排内。

1、什么是现场总线？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称为现场总线。

现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络。

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。

现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系。

现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线。

现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。

由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。

2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。

（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，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。

（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，可实行点对点，一点对多点的数字通信。

而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

（3）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。

现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。

（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。

总线基本概念部分1、现场总线的概念P1：现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。

2、现场总线的5个发展阶段P2：》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》集散控制系统DCS》现场总线控制系统FCS3、现场总线分类P3：(目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。

高速现场总线主要应用于控制网内的互连,连接控制计算机、PLC 等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接,它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。

) 传感器总线和设备总线统称为现场总线；按通信帧的长短，把数据传输总线分为：传感器总线,设备总线和现场总线；ASI总线，传感器总线，位级数据总线；CAN总线，设备总线，字节级数据总线；ControlNet，PROFIBUS，Foundation Fieldbus总线，现场总线，数据块级数据总线；4、现场总线的技术特点P8:•1.系统的开放性•2.可操作性与互用性•3.现场设备的智能化与功能自治性•5。

对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势P9：优势：1.节省硬件数量与投资；2。

节省安装费用;3.节约维护开销；3.用户具有高度的系统集成主动权；4.提高了系统的准确性与可靠性劣势：网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等，都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，是的控制系统的分析和综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。

6、总线操作、总线仲裁概念P15总线操作：总线上数据发送者与接受者之间的连接-〉数据传送—〉脱开这一操作序列成为一次总线操作。

这里的连接指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定。

连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程，称为数据传送.而脱开则指完成一次或多次总线操作后，断开发送者与接受者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。

工业现场总线的概念工业现场总线的概念工业现场总线是指用于工业自动化领域中不同设备之间进行数据通信的一种通信协议。

它提供了一种统一的标准接口和通信协议，使得各种设备能够方便地进行数据交换和通信。

总线的定义总线是指在多个设备之间传输信息的一种通信方式。

它将多个设备连接在一条线上，通过这条线进行数据传输。

在工业现场，总线通常用于连接各种传感器、执行器、控制器等设备。

工业现场总线的优点•简化系统结构：工业现场总线能够将不同设备通过一条总线连接起来，避免了复杂的布线结构，减少了硬件成本和维护难度。

•提高设备之间的互操作性：工业现场总线定义了统一的通信协议和数据格式，使得不同厂家生产的设备可以进行有效的数据交换和通信。

•实时性能好：工业现场总线通常采用高速传输协议，可以实现实时性要求高的应用场景，如工业控制系统。

常用的工业现场总线协议1. ModbusModbus是一种常用的工业现场总线通信协议，广泛应用于工业自动化领域。

它采用了客户-服务器的通信模型，支持RS485、TCP/IP等传输介质，具有简单易用、开放性强的特点。

2. ProfibusProfibus是一种德国工业自动化领域常用的工业现场总线协议，被广泛应用于工业自动化设备之间的数据通信。

它支持RS485、光纤等传输介质，具有高速传输、可靠性高的特点。

3. Ethernet/IPEthernet/IP是一种基于以太网的工业现场总线协议，它结合了工业自动化领域的实时性要求和以太网的高带宽优势。

它采用了CIP （Common Industrial Protocol）作为通信协议，可以在以太网上实现实时性能好的数据通信。

4. CANopenCANopen是一种基于CAN总线的工业现场总线协议，主要应用于工业自动化领域中的灵活自动化系统。

它具有高实时性、可靠性强、支持多设备连接等特点。

结论工业现场总线是工业自动化领域中设备之间进行数据通信的一种重要方式。

它通过定义统一的通信协议和数据格式，实现了不同设备之间的互操作性和数据交换。

工控领域最流行的九大现场总线目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。

1、FF现场总线FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation 于1994年6月联合成立的，它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。

这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。

这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。

1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。

致力于这项技术在中国的推广应用。

FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。

但是正由于FF是 1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。

现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。

一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。

否则，这个协议的开放性就没有意义了。

在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规范。

新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。

该模块可以显示有线HART及无线HART设备。

此外，该规范还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接触HART设备进行配置和资产管理的理想方法。