现场总线-现场总线控制系统概述

现场总线控制系统的组成及特点一、现场总线控制系统的概念（FCS）现场总线控制是工业.aspx”title=“设备”style=“text-decoration:underline;color:blue”>设备自动化控制的一种计算机局域网络。

它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。

它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS 系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。

为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。

使得不同制造商的产品可以互连，是DCS 系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。

不同通信协议的现场总线控制系统一般通过工业PC 机内总线插槽的PC 接口板与现场总线网段连接。

二、现场总线控制系统的组成现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。

1、现场总线控制系统：它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。

首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。

通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。

在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。

优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

2、现场总线的测量系统：其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。

3、设备管理系统：可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设。

浅谈现场总线控制系统现场总线控制系统，是一种广泛应用于各种自动控制系统中的控制技术。

它以现场总线作为通信介质，实现了各种传感器、执行器和控制器之间的相互通信和协调，从而实现了自动化控制系统的高效运行。

现场总线控制系统已经成为工业控制领域中一种重要的控制技术，被广泛应用于工业生产、能源管理、楼宇自动化等领域。

本文将从现场总线控制系统的基本原理、特点和应用领域等方面进行浅谈。

一、现场总线控制系统的基本原理现场总线控制系统是一种基于数字通信技术的控制技术，它以现场总线作为通信介质，将各种传感器、执行器和控制器连接在一起，通过总线通信来实现各种设备之间的数据交换和控制指令传输。

现场总线控制系统主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：传感器用于采集各种环境参数和工艺数据，执行器用于控制各种执行元件的运行状态。

传感器和执行器是现场总线控制系统的“眼睛”和“手”，通过它们可以实现对系统各种状态的监测和控制。

2. 控制器：控制器是现场总线控制系统的核心部件，它通过采集传感器的数据和执行器的状态信息，实现对系统的自动控制。

控制器通常包括微处理器、控制算法和通信接口等部分，用于实现对系统的实时监测和控制。

通过以上部件的相互配合和协调运作，现场总线控制系统可以实现对各种设备的实时监测和控制，从而实现了自动化控制系统的高效运行。

现场总线控制系统具有以下几个显著的特点：1. 技术先进：现场总线控制系统采用了数字通信技术和计算机控制技术，具有高速传输、高精度控制和高可靠性的特点，能够满足各种复杂控制系统的需求。

2. 灵活性强：现场总线控制系统采用了分布式控制架构，能够实现多个设备之间的并行通信和协调运行，具有较强的通用性和灵活性。

3. 维护方便：现场总线控制系统的各个部件之间通过总线连接，维护和检修方便快捷，能够大大降低系统的维护成本。

4. 数据丰富：现场总线控制系统能够实现对各种传感器和执行器的数据采集和控制，能够提供丰富的数据支持，为系统的监测和控制提供了有力的支持。

第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继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）后的新一代控制系统。

由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。

一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。

信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步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（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。

1、什么是现场总线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。

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广泛的应用前景。

现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。

它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。

现场总线与现场总线控制系统编者语：正如电子技术是单元式组合仪表控制系统的关键技术，软件技术是数字化控制系统如DCS、PLC等的关键技术一样，网络技术将是FCS的关键技术。

可以说，一套简洁明了、高效可靠、标准化的网络通信规约将是FCS能否真正成为下一代控制系统的关键。

1 现场信号的通信将从模拟方式走向数字方式对于一个控制系统来说，其前端的测量和后端的控制是最基础的功能，执行测量、控制功能的设备也是控制系统中最为重要、不可或缺的组成部分。

完成测量功能的设备一般称作传感器和变送器，而完成控制功能的设备则称为执行器，这些设备又统称为现场设备，即直接与现场连接的设备，是控制系统与被控对象的接口。

现场设备要正常工作并完成系统赋予它的功能，必须要解决两大问题，一是现场设备本身的供电问题（某些传感器不需供电，如热电偶），另一个是系统与现场设备之间的信号传输问题。

供电的问题比较好理解，任何设备要正常工作，就必须由供电电源为其提供所需的能量；而信号的传输问题则比较复杂。

上面谈到，现场设备是控制系统与被控对象之间的接口，因此现场设备是一个“两面”的设备：一方面，现场设备需要与被控对象实现信号的传输，另一方面，现场设备还要与系统进行信号的传输。

这是由于被控对象所产生的测量信号和施加于被控对象的控制信号大多不是规范的电信号（电流、电压等），必须经过现场设备的转换，使其成为便于控制系统处理的、统一规格的电信号。

一般情况下，现场设备都会安装在现场，即被控对象一侧，与测量控制元件形成了一个一体化的设备，而控制系统则安装在集中控制室中。

因此现场设备与被控对象之间的信号连接往往不认为是传输问题，而只把现场设备与控制系统之间的信号连接看成是信号传输。

在以常规仪表组成的模拟控制系统（一般指电动单元组合仪表）中，现场设备通过标准的4-20mA电流来表示测量值，控制单元使用模拟技术进行控制运算并输出用4-20mA电流表示的控制值，现场设备使用这个控制值实施控制；而在以计算机为控制器的数字式控制系统（如DCS、PLC 等）中，系统首先要将现场设备的4-20mA测量值进行A/D转换，即进行数字化，经过计算机的运算后产生控制值，再经过D/A转换形成4-20mA 的控制值，由现场设备实施控制。

一、现场总线控制系统的概念（FCS）现场总线控制是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。

它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。

它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。

为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。

使得不同制造商的产品可以互连，是DCS系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。

不同通信协议的现场总线控制系统一般通过工业PC机内总线插槽的PC接口板与现场总线网段连接。

图中所示为具有PC1接口卡的现场总线系统，每个接口板可带4条总线网段，为了系统可靠安全，冗余设置了两台相同的PC机。

图中PLC为用于联锁系统开关量控制的程序控制器。

二、现场总线控制系统的组成现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。

1、现场总线控制系统：它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。

首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。

通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。

在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。

优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。

2、现场总线的测量系统：其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。

3、设备管理系统：可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。

浅谈现场总线控制系统
现场总线控制系统是指将设备和仪器连接在一起，通过数据传输实现对生产过程进行
监测、控制和管理的系统。

它是一种新型的控制系统，具有以下特点：
1. 高效性：现场总线控制系统采用数字化技术，可以实时监控生产过程，及时传递
数据，从而提高生产效率。

2. 可靠性：现场总线控制系统具有自动故障诊断和自我纠正的功能，能够及时发现
并解决问题，保证生产的连续性。

3. 灵活性：现场总线控制系统采用模块化设计，可以方便地进行功能扩展和设备更新，满足不同生产需求。

4. 系统化：现场总线控制系统将不同的设备和仪器统一管理，实现了全面的生产调
控和自动化。

5. 安全性：现场总线控制系统采用加密技术和密码保护措施，保证了生产数据的安
全和可靠性。

现场总线控制系统主要由以下几个部分组成：
1.现场控制器（PLC）：负责控制现场的设备和仪器，并根据预设程序执行生产过程控制。

2.现场仪器和设备：如传感器、执行器、电机等，向PLC传输相关的生产数据，实现
生产过程的监测和控制。

3.现场总线：负责传送数据和指令，将PLC与现场仪器和设备连接在一起，实现生产
过程的自动化控制。

4.上位机和监控系统：负责接收和处理从现场总线传输过来的数据，可以实现远程监
测和控制等功能。

现场总线控制系统通过数字化技术的运用，实现了生产过程的自动化控制和高效管理。

它可以提高生产效率，减少人力成本，改善生产环境和增强生产安全等方面的成果。

现场总线控制系统7.1 现场总线概述7.1.1 现场总线的基本概念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。

现场总线的本质原理和技术特征可表现在以下六个方面：(1)现场网络通信(2)现场设备互连(3)互操作性(4)功能分散(5)通信线路供电(6)开放式互连网络7.1.2 现场总线技术发展概况1.现场总线的产生2.现场总线技术的现状(1)技术飞速发展，应用日益普及(2)寻求更强的发展和生存环境(3)多种总线共存，形成了既相互协作又相互竞争的局面(4)应用领域的调整和渗透并发(5)加大研究和开发力度3.现场总线技术的发展趋势(1)工程应用(2)发展方向7.1.3 几种典型的现场总线1.基金会现场总线2.Profibus 现场总线3.ControlNet 现场总线4.CAN总线5.DeviceNet 总线6.LonWorks 总线7.HART总线8.Modbus总线-Link总线7.2 现场总线控制系统构成原理7.2.1 现场总线控制系统的硬件构成现场总线控制系统的硬件主要由测量系统、控制系统、管理系统和通信系统等部分组成，系统结构如图7.1所示。

图7.1 现场总线控制系统体系结构现场总线控制系统将各种控制功能下放到现场，由现场仪表来实现测量、计算、控制和通信等功能，从而构成了一种彻底分散式的控制系统体系结构。

(1)智能变送器近年来，国际上著名的仪表厂商相继推出了一系列的智能变送器，有压力、差压、流量、物位、温度变送器等。

它们具有许多传统仪表所不具有的功能，如测量精度高，检测、变换、零点与增益校正和非线性补偿等，还经常嵌有PID 控制和各种运算功能。

(2)控制阀常用的现场总线控制阀有电动式和气动式两大类，主要是指带有智能阀门定位器或阀门控制器的控制阀。

它除具有驱动和执行两种基本功能外，还具有控制器输出特性补偿、PID 控制与运算以及对阀门的特性进行自诊断等功能。

(3)可编程控制器现代的可编程控制器（PLC）与其他现场仪表实现互操作，并可与监控计算机进行数据通信。

现场总线控制系统（FCS）随着复杂过程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换以及对精度、可靠性、管控一体化都提出了更新、更高的要求。

现有的DCS已不能满足这些要求；况且现有的DCS具有诸如控制不能彻底分散、故障相对集中、系统不彻底开放、成本较高等缺点。

于是通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信号系统，从而产生了新一代的控制系统FCS。

1、智能传感器和现场总线是组成FCS的两个重要部分FCS用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。

智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，使大量信息处理就地化，减少了现场仪表与主控站之间的信息往返，降低了对网络数据通信容量的要求。

经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理(主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等)，使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性和容偌能力。

这样FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能更好地体现DCS中的'信息集中，控制分散'的功能，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。

以现场总线技术为基础，以微处理器为核心，以数字化通信为传输方式的现场总线智能传感器与一般智能传感器相比，需有以下功能：共用一条总线传递信息，具有多种计算、数据处理及控制功能，从而减少主机的负担。

取代4-20mA模拟信号传输，实现传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力。

采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换。

系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性。

接口标准化，具有'即插即用'特性。

现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线组成FCS的两个重要部分，将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。