工业现场总线体系介绍
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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。
工业数据通信和控制网络(现场总线)现场总线技术现场总线控制系统(简称FCS)其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构,成本低、可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构。
操作站LANH2H1服务器H1现场总线现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总线现场总线FCS控制层32现场设备原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT111LT112H1现场总线#2网段LT101Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT11019SC11124IP102IP104AIP104BCoolerSC11225SC1102320FT102AT10321TT104HeaterCV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822H1现场总线#1网段TT105现场总线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。
它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。
网络节点网络体系包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中的延伸现场总线的发展1996年到1998年,国际性组织FF(现场总线基金会)和PNO(Profibus国际组织)先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2(HSE)和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。
1999年底,包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效,除H1、HSE和PA外,还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。
Profibus较适合于工厂自动化,CAN适用于汽车工业,FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制现场总线的网络结构现场总线的星形网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbusIPC、PLC。
工业现场总线体系介绍工业现场总线(Industrial Fieldbus)是一种用于工业控制领域的通讯系统技术,它能够实现多个设备之间的数据交换和通信。
工业现场总线系统是由若干个节点组成的,每个节点可以连接一个或多个设备,包括传感器、执行器、PLC(可编程逻辑控制器)等。
总线系统可以实现设备之间的数据传输、控制指令传达等功能。
总线系统的主要作用是使各个设备之间可以实现信息的共享和集成。
传统的控制系统往往需要大量的硬件设备和复杂的布线,而总线系统可以通过一个统一的总线将各个设备连接在一起,大大减少了系统的复杂性和成本。
此外,总线系统还具有灵活性和可扩展性强的特点,可以根据实际需求对系统进行调整和升级。
工业现场总线的发展可以追溯到20世纪80年代初,当时的西门子公司首先提出了一种用于连接PLC的域总线系统,即PROFIBUS。
随后,其他公司也相继推出了自己的总线系统,如施耐德电气的Modbus、ABB的FieldBus和Yokogawa的HART等。
总线系统通常由以下几个组成部分构成:总线介质、节点、传输协议和应用软件。
总线介质是指传输信号的媒介,可以是电缆、光纤或无线信号。
不同的总线系统使用不同的总线介质,如PROFIBUS使用双绞线,而FOUNDATION Fieldbus使用双绞线或光纤。
节点是总线系统中的每个设备,每个节点都有唯一的地址。
节点可以是传感器、执行器、PLC等,它们通过总线与其他设备进行通信和数据交换。
节点可以发送和接收数据,根据命令进行相应的操作。
传输协议是总线系统中节点之间通信的规范和约定。
传输协议定义了数据的格式、传输速率、错误检测和纠正等功能。
不同的总线系统使用不同的传输协议,如PROFIBUS使用RS-485作为物理层协议,而FOUNDATION Fieldbus使用HART作为物理层协议。
应用软件是用于配置和管理总线系统的软件。
应用软件可以用于设置节点的地址、数据采集和监控、故障诊断等功能。
hse现场总线控制系统的体系结构
现场总线(Profibus)是一种国际标准的工业控制系统,其结构极其复杂,它涉及很多技术,从电子控制系统到国际通信协议,从通信层到数据层,从传感器到控制器,以及从通信支持到集成服务等。
现场总线结构是一个分层架构,它被称为“体系结构”。
下面将对现场总线控制系统的体系结构进行简单的概述介绍。
首先,任何现场总线系统都是由一系列“设备”所组成的,这些设备包括传感器、执行器、控制器和其他支持设备(如计算机、存储设备等)。
设备之间通过“物理层”相互连接,该层定义了现场总线系统的实体、介质、线路等信息。
其次是“数据层”,它定义了现场总线系统中所有设备之间进行数据传输的格式和协议。
数据层也定义了设备的功能、配置、通讯、诊断等机制。
接下来,是“应用层”,它定义了现场总线应用的软件结构,也是由一系列的软件、服务和应用程序构成的。
现场总线的应用层可支持传感器、执行器、控制器以及非现场总线设备之间的通讯。
最后,是“组态层”,它定义了现场总线系统的组态工具,它支持用户以及系统管理员为设备配置参数,进行控制参数配置以及进行通信管理,配置维护以及网络安全等工作。
总之,现场总线控制系统的体系结构十分复杂,它可以满足各种应用的需求,使得工厂自动化的设计和运行更加高效。
现场总线技术的发展事实上促进了工厂自动化的更为完善的实施,让企业能够更有
效地控制生产过程,从而获得更大的效率和收益。
现场总线技术概述现场总线技术(Fieldbus)是指在工业自动化系统中,用于连接现场设备和控制系统的一种通信协议和架构。
它通过将数据和控制命令从控制系统传输到现场设备,并将现场设备反馈的数据传输回控制系统,实现实时监控和控制。
现场总线技术的发展起源于20世纪80年代,旨在解决传统控制系统中布线复杂、成本高昂、可靠性低等问题。
与传统控制系统相比,现场总线技术具有可编程、分布式、开放性强等优点,是实现工业自动化和智能化的重要手段之一现场总线技术的核心是通信协议,常见的现场总线协议包括Profibus、Modbus、FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet等。
这些协议定义了数据格式、通信速度、错误检测和纠正等通信规范,保证了不同设备之间的互通性和稳定性。
现场总线技术的架构通常由控制层、总线层和现场设备层组成。
控制层包括控制器和上位机,负责发送控制命令和接收反馈数据;总线层是控制器与现场设备之间的通信介质,包括总线线缆、连接器和信号转换设备;现场设备层包括传感器、执行器等各种设备,负责感知和执行现场操作。
现场总线技术在工业自动化中的应用广泛,涵盖了各个行业和领域。
它可以实现对现场设备的远程监控和控制,提高了系统的可靠性和灵活性。
同时,现场总线技术还可以对现场设备进行参数配置和诊断,减少了故障排除时间和维护成本。
然而,现场总线技术也存在一些挑战和限制。
首先,不同的现场总线协议之间,通常不能直接互联互通,需要通过网关或转换器进行数据的转换和交换。
其次,现场总线技术对硬件设备的要求较高,需要选择与总线兼容的设备进行接入。
此外,现场总线技术的通信速度相对较慢,对于一些对实时性要求较高的应用场景可能不够满足。
总的来说,现场总线技术是工业自动化领域的重要技术和工具,具有广泛的应用和发展前景。
随着工业互联网的兴起,现场总线技术将继续推动工业自动化向智能化、高效化的方向发展。
现场总线(PROFIBUS)技术简介摘要:本文详细的介绍PROFIBUS的概念以及相关的基础知识。
内容:第一章:现场总线技术及PROFIBUS1.1 现场总线技术的由来1.1.1 CIMS体系结构及工业数据结构的层次划分根据工厂管理、生产过程及功能要求,CIMS体系结构可分为5层,即工厂级、车间级、单元级、工作站级和现场级。
简化的CIMS则分为3层,即工厂级、车间级和现场级。
在一个现代化工厂环境中,在大规模的工业生产过程控制中,工业数据结构同样分为这三个层次,与简化的网络层次相对应。
如图1-1所示。
图1-1:简化的CIMS网络体系结构1.1.2 现场级与车间级自动化监控及信息集成是工厂自动化及CIMS不可缺少的重要部分。
现场级与车间级自动化监控及信息集成系统主要完成底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能,保证现场设备高质量完成生产任务,并将现场设备生产及运行数据信息传送到工厂管理层,向工厂级MIS系统数据库提供数据。
同时也可接受工厂管理层下达的生产管理及调度命令并执行之。
因此,现场级与车间级监控及信息集成系统是实现工厂自动化及CIMS系统的基础。
1.1.3 传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统(包括:基于PC、PLC、DCS 产品的分布式控制系统),其主要特点之一是,现场层设备与控制器之间的连接是一对一(一个I/O点对设备的一个测控点)所谓I/O接线方式,信号传递4-20mA(传送模拟量信息)或24VDC(传送开关量信息)信号。
如图1-2所示:图1-2:传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统1.1.4 系统主要缺点(1)信息集成能力不强:控制器与现场设备之间靠I/O连线连接,传送4-20mA 模拟量信号或24VDC等开关量信号,并以此监控现场设备。
这样,控制器获取信息量有限,大量的数据如设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。
现场总线控制系统体系结构及技术特点《现场总线控制系统体系结构及技术特点:一场智能的“魔法”》嘿,朋友们!今天咱们来唠唠现场总线控制系统这一神奇的玩意儿,它的体系结构和技术特点就像一场智能大战中的“魔法”一样,充满着魅力和惊喜。
首先说说这现场总线控制系统的体系结构。
可以把它想象成一个超级有秩序的大家庭。
底层是那些形形色色的现场设备,就像这个家庭里的各路小人物,什么传感器啦、执行器啦,每个都有自己独特的小脾气(功能)。
而中间连接着大家的就是那现场总线,这可是个超级纽带,它就像家里的传声筒一样,信息就在上面跑来跑去。
比如说温度传感器检测到温度有点高,嗖的一下,这个消息就顺着现场总线传递出去,可不像以前那样还得拐好多复杂的弯。
然后顶层呢,就是控制站这一类的“大家长”啦,它可以根据传来的消息做出决策,指挥各个成员怎么干活。
再聊聊技术特点,这里面可就有不少让人啧啧称奇的地方。
它具有开放性,这就好比是家里欢迎各种亲戚朋友来串门,不管你是哪家的设备,只要符合标准,都可以来这个现场总线控制系统里凑个热闹。
要是不能开放性兼容呢,那岂不是守着自家门不让别人进,多没趣。
还有它的互操作性,这就很厉害啦。
打个比方,就好像是不同地方来的小伙伴,语言不通,但是在这个系统里却能默契配合工作。
各个设备就像不同国籍的厨师,都有自己擅长做的菜,但在这个兼容的“厨房”(现场总线控制系统)里,大家能一起做出大餐。
此外,现场总线控制系统还很智能环保呢。
智能在于它能够自我诊断错误。
就像一个有经验的老中医,设备哪有点不舒服(故障),它通过网络就能感知到毛病出在哪里,比我们自己瞎找要强多啦。
而且它的布线简洁多了,不像传统控制系统那样电线堆成一团,乱得像鸟巢,节省了资源,还让人看着舒心。
总之呀,现场总线控制系统的体系结构和技术特点给工业制造等领域带来了全新的改变,让一切都变得更高效、更简洁、更智能,不再是以前那种冗长复杂的模式啦。
真感觉它像是给设备们创造了一个现代化的智能乐园,大家在里面其乐融融地干活呢。
工控领域最流行的九大现场总线发布时间:2012-7-27 22:00 发布者:1770309616关键词:现场总线, 工业以太网, 工业通信现场总线(Fieldbus)是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的,用于现场总线技术过程自动化、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。
国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。
现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层,作为工厂设备级基础通讯网络,要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点:具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定,多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。
由于上述特点,现场总线系统从网络结构到通讯技术,都具有不同上层高速数据通信网的特色。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统,也称作FCS——现场总线控制系统。
人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代,把4~20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代,把数字计算机集中式控制系统称为第三代,而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。
现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统,一方面,突破了DCS系统采用通信专用网络的局限,采用了基于公开化、标准化的解决方案,克服了封闭系统所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构,变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。
可以说,开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
现场总线技术展望与发展趋势现场总线技术的发展应体现为两个方面:一个是低速现场总线领域的继续发展和完善;另一个是高速现场总线技术的发展。
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。
现场总线的原理与应用1. 引言现场总线(Fieldbus)是指用于工业自动化领域的数字通信总线技术,广泛应用于工厂自动化控制系统中。
现场总线连接了各种感应器、执行器和控制设备,实现数据传输、实时控制和监测功能。
本文将介绍现场总线的原理和应用。
2. 现场总线的原理现场总线通过将数据进行数字化和通信,实现了系统的联网和集成化。
其原理主要包括以下几个方面:2.1 数据传输方式现场总线采用异步传输方式进行数据的传输,每个节点都具有唯一的地址。
数据传输可以是双向的,节点可以发送和接收数据。
现场总线支持点对点或多点通信方式,节点之间可以直接进行数据交互。
2.2 数据传输协议现场总线使用特定的数据传输协议,确保数据的可靠传输和完整性。
常见的现场总线协议包括Profibus、Foundation Fieldbus、Modbus等。
这些协议定义了数据的格式、传输速率、校验等参数。
2.3 总线拓扑结构现场总线可以采用不同的拓扑结构,常见的有星型、环型、总线型等。
选择合适的拓扑结构可以根据系统需求和通信距离来确定。
拓扑结构的选择影响了总线的可靠性和性能。
3. 现场总线的应用现场总线在工业自动化领域有广泛的应用,以下列举了一些常见的应用场景:3.1 工厂自动化控制系统现场总线可以应用于工厂自动化控制系统中,连接和控制各种设备,如传感器、执行器、PLC等。
通过现场总线,可以实现实时数据的采集、设备的控制和监测,提高工厂的自动化程度和生产效率。
3.2 智能建筑系统现场总线可以用于智能建筑系统中,连接和控制照明、空调、安防等设备。
通过现场总线,可以实现对设备的集中控制和监测,提高建筑的能耗管理和智能化水平。
3.3 交通信号控制系统现场总线可以用于交通信号控制系统中,连接和控制交通信号灯、指示器等设备。
通过现场总线,可以实现实时的信号控制和交通流量的监测,提高交通效率和安全性。
3.4 水处理控制系统现场总线可以应用于水处理控制系统中,连接和控制水泵、阀门等设备。
工业现场总线技术现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术。
这是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可用一条电缆将现场设备(智能化、带有通信接口)连接,使用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号,完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
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接,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。
基于现场总线的自动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,成为企业信息网络底层,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。
现场总线技术可概括如下:1.制定出国际现场总线通信及技术标准。
2.自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品,包括控制器、传感器、执行机构、驱动装置及控制软件。
3.实际应用中,使用一根通信电缆,将所有现场设备连接到控制器,形成设备及车间级的数字化通信网络。
在现场级(Field Level),即金字塔形的自动化层次模型的最底层所进行的串行数据传输通讯系统称为现场总线系统(Fieldbus Systems)。
基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点:1.增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息,能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。
现场总线是数字化通信网络,它不单纯取代4-20mA信号,还可实现设备状态、故障、参数信息传送。
系统除完成远程控制,还可完成远程参数化工作。
2.开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准,就具有互操作性、互换性,因此设备具有很好的可集成性。
系统为开放式,允许其它厂商将自已专长的控制技术,如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去,因此,市场上将有许多面向行业特点的监控系统。
1.现场总线概述现场总线(Field bus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线,它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。
由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点,因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
它是一种工业数据总线,是自动化领域中底层数据通信网络。
简单说,现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
现场总线应用行业:现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用,对国民经济的增长有着非常重要的影响。
现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。
现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式.全数字化.多点通信的底层控制网络。
①现场总线的定义:现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化,双向.多变量,多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面:现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络②现场总线的优点:实现了全数字化通信,不同厂家产品互操作;实现了真正的分布式控制(分散式控制):可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送,可以产生最先进的现场仪表,多变量变送器;提高了测试精度;增强了系统的自治性。
现场总线特征(1) 全数字化通信(2) 开放型的互联网络(3) 互可操作性与互用性(4) 现场设备的智能化(5) 系统结构的高度分散性(6) 对现场环境的适应性现场总线特点及缺陷现场控制设备具有通信功能,便于构成工厂底层控制网络。
通信标准的公开、一致,使系统具备开放性,设备间具有互可操作性。
功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。
控制功能下放到现场,使控制系统结构具备高度的分散性。
现场总线总线优点现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列,为其应用开拓了更为广阔的领域;一对双绞线上可挂接多个控制设备,便于节省安装费用;节省维护开销;提高了系统的可靠性;为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。
现场总线总线缺点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,使得控制系统的分析与综合变得更复杂,使控制系统的性能受到负面影响。
现场总线总线本质不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义,不过通常情况下,大家公认在以下六个方面:现场总线通信网络用于过程自动化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。
现场总线设备互联依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。
现场总线互操作性用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路,从而可以自由地集成FCS。
现场总线分散功能块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,彻底地实现了分散控制。
现场总线通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量, 这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表, 与其配套的还有安全栅。
现场总线开放式互联网现场总线为开放式互联网络,既可以与同层网络互联,也可与不同层网络互联,还可以实现网络数据库的共享。
从以上内容我们可以看到,现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点,而这些正是DCS系统的缺点。
DCS通常是一对一单独传送信号,其所采用的模拟信号精度低,易受干扰,位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障,处于“失控”状态,很多的仪表厂商自定标准,互换性差,仪表的功能也较单一,难以满足现代的要求,而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。
FCS 则采取一对多双向传输信号,采用的数字信号精度高、可靠性强,设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态,用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联,智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能,而且控制功能分散到各个智能仪表中去。
由此我们可以看到FCS相对于DCS的巨大进步。
也正是由于FCS的以上特点使得其在设计、安装、投运到正常生产都具有很大的优越性:首先由于分散在前端的智能设备能执行较为复杂的任务,不再需要单独的控制器、计算单元等,节省了硬件投资和使用面积;FCS的接线较为简单,而且一条传输线可以挂接多个设备,大大节约了安装费用;由于现场控制设备往往具有自诊断功能,并能将故障信息发送至控制室,减轻了维护工作;同时,由于用户拥有高度的系统集成自主权,可以通过比较灵活选择合适的厂家产品;整体系统的可靠性和准确性也大为提高。
这一切都帮助用户实现了减低安装、使用、维护的成本,最终达到增加利润的目的。
现场总线发展趋势从现场总线技术本身来分析,它有两个明显的发展趋势:一、是寻求统一的现场总线国际标准。
二、是Industrial Ethernet走向工业控制网络。
EPA即以太网过程自动化技术。
统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术,过去一直认为,Ethernet(以太网)是为IT领域应用而开发的,它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距,在工业自动化领域只能得到有限应用。
事实上,这些问题正在迅速得到解决,国内对EPA技术(Ethernet for Process Automation)也取得了很大的进展。
随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用,可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。
国际上形成的工业以太网技术的四大阵营:主要用于离散制造控制系统的是:1)Modbus-IDA工业以太网2)Ethernet/IP工业以太网3)PROFInet工业以太网主要用于过程控制系统的是:4)Foundation Fieldbus HSE工业以太网随着科学技术的快速发展,过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。
150多年前出现的基于5-13psi的气动信号标准(PCS,Pneumatic Control System气动控制系统),标志着控制理论初步形成,但此时尚未有控制室的概念;20世纪50年代,随着基于0-5V或4-20mA的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用,标志了电气自动控制时代的到来,三大控制论的确立奠定了现代控制的基础,设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今;20世纪70年代,随着数字计算机的介入,产生了“集中控制”的中央控制计算机系统,而信号传输系统大部分是依然沿用4-20mA的模拟信号,不久人们也发现了伴随着“集中控制”,该系统存在着易失控、可靠性低的缺点,并很快将其发展为分布式控制系统(DCS,Distributed Control System分布式控制系统);微处理器的普遍应用和计算机可靠性的提高,使分布式控制系统得到了广泛的应用,由多台计算机和一些智能仪表以及智能部件实现的分布式控制是其最主要的特征,而数字传输信号也在逐步取代模拟传输信号。
随着微处理器的快速发展和广泛的应用,数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能,产生了以微处理器为核心,使用集成电路代替常规电子线路,实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。
设备之间彼此通信、控制,在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。
由此,导致了现场总线的产生。
2.国际标准发展历程1984年美国Inter公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线(BITBUS),它主要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机总线多(MULTIBUS)分离,形成了现场总线的最初概念。
80年代中期,美国Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感器(HART)通信协议。
采用在4~20mA模拟量叠加了一种频率信号,用双绞线实现数字信号传输。
HART协议已是现场总线的雏形。
1985年由Honeywell和Bailey等大公司发起,成立了World FIP制定了FIP协议。
1987年,以Siemens,Rosemount,横河等几家著名公司为首也成立了一个专门委员会互操作系统协议(ISP)并制定了PROFIBUS协议。
后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISA SP50。
随着时间的推移,世界逐渐形成了两个针锋相对的互相竞争的现场总线集团:一个是以Siemens、Rosemount,横河为首的ISP集团;另一个是由Honeywell、Bailey等公司牵头的WorldFIP集团。
1994年,两大集团宣布合并,融合成现场总线基金会(Fieldbus Foundation)简称FF。
对于现场总线的技术发展和制定标准,基金委员会取得以下共识:共同制定遵循IEC/ISA SP50协议标准;商定现场总线技术发展阶段。
1999年底IEC TC65(负责工业测量和控制的第65标准化委员会)通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。
2003年4月,IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准,规定10种类型的现场总线:TS61158现场总线、ControlNet和Ethernet/IP现场总线、Profibus现场总线、P-NET现场总线、FF HSE现场总线、SwiftNet现场总线、 World FIP现场总线、 Interbus现场总线、FF H1现场总线、PROFInet 现场总线。
国内工业总线EPA,G-link,Symotion与NCUC-BUS现场总线总线现状由于各个国家各个公司的利益之争,虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就着手开始制定现场总线的标准,至今统一的标准仍未完成。
很多公司也推出其各自的现场总线技术,但彼此的开放性和互操作性还难以统一。
现场总线总线并存世界上存在着大约四十余种现场总线,如法国的FIP,英国的ERA,德国西门子公司Siemens的ProfiBus,挪威的FINT,Echelon公司的LONWorks,PhenixContact公司的InterBus,RoberBosch公司的CAN,Rosemount公司的HART,CarloGavazzi公司的Dupline,丹麦ProcessData公司的P-net,PeterHans 公司的F-Mux,以及ASI(ActraturSensorInterface),MODBus,SDS,Arcnet,国际标准组织-基金会现场总线FF:FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美国的DeviceNet与ControlNet等等。