现场总线及其应用技术

现场总线技术及应用
现场总线是应用生产现场、在微机化测控设备之间实现双向数字通信系统，是开放式、数字化、多点通信的低层控制网络。

现场总线是在20 世纪年代中期发展起来的。

现场总线技术是将专用的微处
理器植入传统的测控仪表，使其具备了数字计算和通信能力，采用连接简单的双绞线、同轴电缆、光纤等作为总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测控仪表之间、远程监控计算机之间实现数据共享，形成适应现场实际需要的控制系统。

它的出现改变了以往采用电流、电压模拟信号进行测控信号变化慢，信号传输抗干扰能力差的缺点，也改变了集中式控制可能造成的全线瘫痪的局面。

由于微处理器的使用，使得现场总线有了较高的测控能力，提高了信号的测控和传输精度，同时丰富了控制信息内容，为远程传送创造了条件。

现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，一出现便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普通遍关注。

现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统FCS（FieldbusControlSystem）。

一、现场总线的特点
现场总线系统打破了传统模拟控制系统采用的一对一的设备连线模式，而采用了总线通信方式，因而控制功能可不依赖控制室计算机直接在现场完成，实现了系统的分散控制，现场总线控制系统与传统的控制系统结构对经如图1 所示。

1、增强了现场级的信息采集能力。

总线基本概念部分1、现场总线的概念P1现场总线——应用于现场仪表与控制系统和控制室自动化系统之间的一种全分散、全数字化、双向、互联、多站的信息通信链路，实现相互操作以及数据共享。

2、现场总线的5个发展阶段P2a.基地式气动仪表控制系统、b.电动单元组合式模拟仪表控制系统、c.集中式数字控制系统、d.集散控制系统DCS、e.现场总线控制系统FCS。

3、现场总线分类P3Foundation Fieldbus、ControlNet、PROFIBUS(传感器总线：ASI；设备总线：CAN)4、现场总线的技术特点P8a.系统的开放性b.互可操作性c.通信的实时性与确定性d.现场设备的智能与功能自主性e.对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势P9a.优势：节省硬件数量与投资、节省安装费用、节约维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高了系统的准确性与可靠性b.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，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。

6、总线操作、总线仲裁概念P15a.总线操作：总线上数据发送者与接收者之间的连接→数据传送→脱开这一操作序列称为一次总线操作。

b.总线仲裁：对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一个时刻具有总线占有权的设备。

7、信道容量香农公式P24W：信道带宽S/N：信噪比8、模拟数据编码P25模拟数据编码：采用用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0，1状态9、数据传输方式分类P26-29a.按数据流的组织方式分：并行通信，串行通信。

b.按信息同时传输的方向分：单工通信，半双工通信，全双工通信。

c.按传输信号的频率范围分：基带传输，宽带传输。

d.按通信的同步方式分：同步通信，异步通信10、传输差错的检测方法P30-31a.冗余：如对每个字符都传输两次。

智能电厂现场总线技术及其应用摘要：作为下一代控制系统，现场总线技术(FCS)克服了DCS专用通信网络的缺点，将DCS集中分散的结构升级为新的全分布式结构，同时将控制功能完全卸载到现场。

开放、分散和数字通信是现场总线系统的最显着特点。

现场总线技术是实现现场设备数字化和联网的一种新的分散、完全开放和完全数字化的控制手段，其基本目标是实现设备整个技术过程的信息数字化，特别是来自基本控制级别的信息，这些信息通过现场总线大量地传送至控制室，从而实现现场设备的在线故障预测和在线维护。

大量的现场设备实时信息也为操作决策提供了参考和依据。

关键词：现场总线技术；智能电厂；设备智能化引言现场总线也称为第五代控制系统，是近年来电气工程和自动化科学技术领域最常用的工业数据总线。

它通常用于解决智能仪表、控制器、执行器等控制设备之间的数字通信。

在现代工业中，作为通讯系统，它使用一类传输介质(如双绞线、光纤等)，用比特串传输，将分散的现场设备(如传感器、执行机构、驱动器、变送器等)连线到中央控制或管理系统。

现场总线具有方便性、可靠性和高性价比等诸多优点，得到了大多数发电企业的好评。

1现场总线技术根据现场总线基金会的定义，“现场总线（PROFIBUS）是连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支结构的通信链路，它是用于工业自动化领域的许多局域网之一”。

常见的现场总线有PROFIBUS、 MODBUS、FF、CONTROL NET等几种。

我们现场使用的是基于PROFIBUS的现场总线。

PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。

PROFIBUS传送速度可在9.6kbit/s～12Mbit/s范围内选择，且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。

广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。

PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。

现场总线及其应用技术一、引言现场总线（Fieldbus）是指在工业自动化控制系统中，用于连接现场设备的一种通信总线技术。

它通过集成控制器和现场设备之间的数据交换，实现工业自动化系统的控制与监测。

本文将介绍现场总线的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些技术。

二、现场总线的基本概念现场总线是一种将传感器、执行器等现场设备与控制器相连的通信系统。

它能够提供双向通信、实时数据传输和分布式控制等功能，极大地简化了工业自动化系统的布线和维护工作。

常见的现场总线包括Profibus、Modbus、CAN等。

三、现场总线的工作原理现场总线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 传感器或执行器将采集到的数据通过现场总线发送给控制器。

2. 控制器接收到数据后，进行处理并发送相应的控制指令给现场设备。

3. 现场设备接收到控制指令后，执行相应的动作，并将执行结果反馈给控制器。

四、现场总线的应用技术1. 实时性技术现场总线要求具有较高的实时性，能够在短时间内完成数据的传输和处理。

为了提高实时性，现场总线采用了一系列技术，如时间触发、通信速率调整和数据压缩等。

2. 安全性技术现场总线在工业自动化系统中承担着重要的控制和监测任务，因此安全性是其应用中的重要考虑因素。

现场总线采用了多种安全技术，如数据加密、身份认证和访问控制等，保障系统的安全运行。

3. 故障诊断技术现场总线能够实时监测现场设备的状态，并提供故障诊断功能。

通过采集设备的运行数据和故障信息，现场总线可以及时判断设备的工作状态，并进行故障定位和排除。

4. 网络管理技术现场总线通常由多个设备组成一个网络，因此需要进行网络管理。

网络管理技术包括网络拓扑结构的设计、数据包的路由和转发、网络性能的监测和调优等，保证网络的稳定和可靠运行。

5. 数据采集与处理技术现场总线能够实时采集大量的数据，并进行处理和分析。

数据采集与处理技术包括数据采样、滤波、数据压缩和数据存储等，为后续的控制和决策提供可靠的数据支持。

现场总线技术及其应用教学设计前言现场总线技术是当今工业自动化领域的关键技术之一，它在工业控制系统、机器人控制、智能制造等领域都得到了广泛应用。

因此，在工科相关专业的教学中，对现场总线技术的教学也显得尤为重要。

本文旨在探讨如何进行现场总线技术的应用教学设计。

课程目标知识要点•现场总线技术原理及其应用；•常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；•现场总线参数配置；•软件工具的使用，如STEP 7、PROFIBUS DP Configurator等。

能力目标•能够选用合适的现场总线协议，搭建现场总线网络，完成数据采集和控制任务；•能够进行现场总线设备的参数配置；•能够使用相应的软件工具进行编程和调试。

教学内容理论教学1.现场总线技术原理及其应用；2.常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；3.现场总线参数配置。

1.搭建现场总线网络；2.完成数据采集和控制任务；3.进行现场总线设备的参数配置；4.编程和调试。

教学方法1.理论教学采用讲授、提问及分组讨论等教学方法；2.实践教学采用“理论结合实践”的教学方法，以项目为主线，分阶段开展实践操作；3.教学实践和纸上演练相结合，通过模拟实验、实验指导和实验报告等形式，逐步提高学生的实际操作能力。

教学过程理论教学1.现场总线技术原理及其应用–现场总线技术的发展历程；–现场总线技术的基本概念及其应用领域；–现场总线技术的基本原理。

2.常见的现场总线协议–常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；–不同现场总线协议的特点和应用场景。

3.现场总线参数配置–现场总线设备的参数配置；–现场总线网络配置；–现场总线故障排除。

1.搭建现场总线网络–确定现场总线网络的拓扑结构；–配置现场总线网络物理层和数据链路层参数。

2.完成数据采集和控制任务–完成数据采集和控制任务，如温度、湿度、压力等数据的采集、开关量的控制。