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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。
简述现场总线的技术特点
现场总线技术特点
1、低成本、节能：现场总线是一种低功耗、高效率的总线技术，大大降低了控制技术系统的总体成本，帮助企业节省能源，减少投资成本。
2、高速可靠：现场总线具有高速传输、可靠性高、体积小、重量轻等优点，可以将工业自动化设备的控制信息以高速传输的方式进行传输，满足现代工业自动化系统的需求。
3、灵活性强：现场总线可以通过以太网、WLAN等网络连接，能建立起一个灵活的工业自动化网络系统，为工业自动化控制信息传输提供更加方便、可靠的体系。
4、安全性能好：现场总线使用了多种安全机制，保证了控制信息的有效性和安全性，能够有效防止恶意攻击及病毒的侵入，提高系统的安全性能。
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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。
什么是现场总线?什么是现场总线把握系统?它的技术特点是什么? - 现场总线现场总线把握系统（FCS:Fieldbus Control System)是继集散把握系统（dcs)后的新一代把握系统，它是电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的进展成果。
现场总线使得现场仪表、执行机构、把握室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多参数的数字通信，为把握系统的全分布和全数字化运行奠定了基础。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量把握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、多点通信的底层把握网络。
它在制造业、过程工业、交通等方面的自动过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把握仪表，使它们各自都具有数字计算和数字通信的力量，接受可进行简洁连接的双绞线等作为总线，把多个测量把握仪表连接成网络系统，并公开规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量把握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化把握系统。
简而言之，它把单个分散的测量把握设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成把握任务的网络系统和把握系统。
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。
现场总线则使自控系统与设备具有通信力量，把它们连结成网络系统，加入到信息网络的行列。
因此把现场总线技术说成是一个把握技术新时代的开端并不过分。
现场总线是20世纪80年月中期在国际上进展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增加和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到快速进展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使每个自动化系统成为“信息孤岛”。
要实现整个企业的信息集成，要实现综合自动化，就必需设计出一种能在工业现场环境运行、性能牢靠、造价低廉的通信系统，形成工场底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
一章1、现场总线：应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的技术。
2、现场总线技术特点：系统的开放性、互可操作性、通信的实时性和确定性、现场设备的智能与功能自治性、对现场环境的适应性。
3、现场总线的优越性：节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有系统集成主动权、提高系统的准确性与可靠性。
4、企业网络系统按功能结构划分为：企业资源规划层ERP、制造执行层MES、现场控制层FCS。
二章1、总线协议：总线上的设备如何使用总线的一套规划。
2、总线主设备：有能力在总线上发起通信的设备。
3、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。
有集中仲裁和分布式仲裁两种。
4、数据通信系统中，无线传输媒体：电磁波、红外线。
有线媒体：双绞线、电缆、电力线、光缆。
5、工业数据通信中常用数据传输速率9600b/s、31.25kb/s、500kb/s、1mb/s、2.5mb/s、10mb/s、100mb/s。
6、误码率pe：数字通信中二进制码元出现传输出错的概率。
用处：7、增加带宽w并不能无限制地是信道容量增大。
8、模拟数据编码：采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。
数字数据编码：用低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态。
9、模拟数据编码的三种编码方法：幅值键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。
10、曼彻斯特编码定义：数据通信中最常用的一种基带信号编码。
好处：在一个位时间内，其中间点总有一次信号电平的变化，这一信号电平的变化可用来作为节点间的同步信息，无需另外传送同步信息。
11、串行传输：数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输。
并行传输：将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上传输。
12、同步传输和异步传输是指通信处理中使用时钟信号的不同方式。
13、同步原因：接收方为了能正确恢复位串序列，必须能正确区分出信号中的每一位，区分出每个字符的起始与结束位置，区分出报文帧的起始与结束位置。
第五章现场总线(Field Bus)§5.1 概述一、现场总线的定义与发展与发展：：安装在生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置间的数字式装置间的数字式、、串行和多点通信的数据总线串行和多点通信的数据总线。
1. 初始想法初始想法：：现场设备智能化2. 关键问题关键问题：：统一标准3. DCS FCS传统DCS 结构:二、现场总线的特点和优点（1）实时性实时性：：具有较高的数据传输率具有较高的数据传输率，，合理分配总线资源合理分配总线资源，，每个节点都能及时收发信息（2）互操作性互操作性：：实现互连设备间实现互连设备间、、系统间的信息传送与沟通（3）互换性互换性：：要求不同制造商生产的性能类似的设备可进行互换（4）开放性开放性：：协议公开协议公开，，不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换（5）现场设备的智能化与功能自治性（6）经济性经济性：：节点价格低节点价格低，，传输介质较廉价传输介质较廉价，，减少线缆（7）安全性安全性：：解决防爆问题（8）可靠性可靠性：：解决环境适应性问题解决环境适应性问题，，具有较强的抗干扰能力使得控制系统的设计使得控制系统的设计、、安装安装、、投运投运、、正常生产运行及检修维护都得到了优化现场总线仪表是指连接在现场总线上的各种仪表或设备或设备，，按功能可分为六类按功能可分为六类：：–变送器类变送器类：：压力变送器压力变送器、、温度变送器等温度变送器等；；–执行器类执行器类：：气动执行器气动执行器、、电动执行器等电动执行器等；；–转换器类转换器类：：现场总线/电流转换器电流转换器、、现场总线/气压转换器等换器等；；–接口类接口类：：计算机和控制器与现场总线之间的接口仪表或设备或设备；；–电源类电源类：：现场总线仪表供电电源现场总线仪表供电电源；；–附件类附件类：：总线连接器(网桥)、终端器终端器、、中继器等中继器等。
现场总线仪表的特点:全数字性全数字性；；精度高精度高；；抗干扰能力强抗干扰能力强；；内嵌控制功能内嵌控制功能；；高速通信；多变量测量和传输多变量测量和传输；；系统综合成本低系统综合成本低；；真正的可互操作性；真正的分散控制本质安全型(Intrinsic safety)仪表又叫安全火花型仪表又叫安全火花型仪表。
一、实验目的1. 理解现场总线的基本概念和原理。
2. 掌握现场总线的硬件连接和软件配置方法。
3. 学习使用现场总线进行数据传输和设备控制。
4. 分析现场总线在实际应用中的优缺点。
二、实验原理现场总线（Field Bus）是一种用于工业自动化领域的通信网络，主要用于连接现场设备和控制系统。
它具有以下特点：1. 串行通信：现场总线采用串行通信方式，可以实现多节点之间的数据传输。
2. 多点通信：现场总线支持多点通信，可以实现多个设备之间的数据交换。
3. 抗干扰能力强：现场总线具有较好的抗干扰能力，可以在恶劣的工业环境中稳定运行。
本实验采用CAN总线（Controller Area Network）作为现场总线的通信协议，其基本原理如下：1. CAN总线采用双绞线作为传输介质，具有较高的抗干扰能力。
2. CAN总线采用多主从通信方式，任何一个节点都可以主动发送数据。
3. CAN总线采用帧结构进行数据传输，包括标识符、数据、校验和等字段。
三、实验内容1. 硬件连接（1）连接CAN总线模块和单片机开发板。
（2）连接电源线和地线。
（3）连接杜邦线，将CAN模块的TXD、RXD、GND等引脚与单片机开发板的相应引脚连接。
2. 软件配置（1）编写单片机程序，初始化CAN控制器，配置波特率、消息ID、接收滤波器等参数。
（2）编写数据发送和接收程序，实现节点之间的数据传输。
3. 实验步骤（1）启动单片机程序，初始化CAN控制器。
（2）发送数据：在主节点上编写发送程序，发送一个数据帧。
（3）接收数据：在从节点上编写接收程序，接收主节点发送的数据帧。
（4）分析接收到的数据，验证数据传输的正确性。
四、实验结果与分析1. 数据传输成功通过实验，成功实现了主从节点之间的数据传输。
发送的数据帧被从节点正确接收，验证了现场总线通信的正确性。
2. 波特率设置实验中，根据实际需求设置了不同的波特率。
结果表明，在不同波特率下，数据传输仍然稳定可靠。
电气现场总线控制系统的特点和配置
电气现场总线控制系统的特点
2.1 电气参数变化快电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开
关状态、保护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。
2.2 电气设备的智能化程度高电气系统的发电机-变压器组保护、起动-备用变压器保护、
自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。
另外，电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求，电气设备的控制逻辑简单。
2.3 电气设备的控制频度较低除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切
换操作外，在机组正常运行时电气设备一般不需要操作。
在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行用电源切换。
且电气设备具有良好的可控性，这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。
2.4 电气设备的安装环境较好且布置相对集中电气设备大多集中布置在电气继电器室和各
电气配电设备间内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制设备就地布置提供了有利条件。
电气现场总线控制系统配置
每台机组配置现场总线控制系统(fieldbusco nt rol sys-tem，FCS)，将机组电气系统的发电机-变压器组、单元机组厂用电系统和公用厂用电系统都纳入FCS，FCS作为DCS的一个子系统，在DCS操作员站实现对电气系统的监控，并通过冗余配置的通信服务器在站控层与DCS进行连接。
3.1 网络结构电气FCS采用分层、分布式计算机控制系统，在系统功能上分层，设备布置上分散。
网络结构为3层设备2层网方式，3层设备指监控主站层、通信子站层和间隔层，2层网指连接监控主站层与通信子站层的以太网以及连接通信子站层与间隔层的现场总线网。
监控主站层由双冗余的系统主机、工程师站、网络交换机和负责与DCS及厂级监控系统(SIS)通信的双冗余通信服务器等组成，通信子站层主要由安装于电气继电器室的多串口
通信服务器和安装在各配电室的通信管理机组成，间隔层设备主要包括安装在电气继电器室、6kV开关柜和380V开关柜的智能测控装置、综合保护测控装置、电动机控制器和智能仪表等。
通信管理机与监控主站采用双冗余的光纤以太网连接，与间隔层设备可根据设备情况采用Profibus，LON，CAN，工业以太网或其它现场总线进行连接，其主要功能除完成对各
综合智能测控单元的数据进行管理外，还完成实时数据的加工和分布式数据库的管理工作。
公用厂用电系统的站控层以太网独立组网，通过通信网关分别与机组自动化系统以太网连接，
共用单元机组的工程师站，并通过软、硬件闭锁手段只能接受一台机组控制系统的操作指令。
3.2 数据采集对发电机-变压器组、高压厂用变压器及起动-备用变压器，除少量模拟量信号、高压侧断路器、隔离开关、接地开关位置信号、控制回路断线及允许远方操作信号、发电机-变压器组及起动-备用变压器所有控制量信号采用硬接线直接与DCS连接外，其它监测信号均通过专设的测控装置接入FCS，再以通信方式送DCS。
电气专用装置如发电机-变压器组及起动-备用变压器保护、电压自动调整装置(AVR)、同期装置、故障录波、厂用电快速切换、柴油机、直流系统以及交(直)流不停电电源(UPS)系统等均设有通信接口，通过多串口通信服务器接入FCS。
电厂厂用电源分高压厂用工作及备用电源、主厂房低压厂用电源系统和辅助车间低压厂用电源系统，主厂房低压厂用电源包括低压厂用工作和公用变压器、照明变压器、检修变压器和除尘变压器及其380V配电装置等，辅助车间低压厂用电源包括输煤系统、工业废水处理站、翻车机、循环水系统、补给水系统变压器及其380V配电装置等。
为与本工程水、煤、灰辅助系统集中控制的思路相适应，辅助车间厂用电源系统均纳入机组DCS监控。
针对热控水、煤、灰单独设置控制点的方案，辅助车间380V电源系统也可纳入相应可编程序控制器(PLC)控制。
为使控制系统接线更加简单，对主厂房重要厂用电源如6kV厂用电系统及锅炉、汽轮机、主厂房公用系统等，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，即重要DI信号(如断路器合闸位置、断路器跳闸位置、允许操作、故障)和DO信号(如断路器合闸指令、断路器跳闸指令等)保留硬接线，回路其它所有信息均通过现场总线以通信方式送入FCS及DCS；而对机组不重要厂用电源如检修、照明、电除尘及辅助车间厂用电系统等，取消厂用电电源系统全部的硬接线，完全采用通信方式进行监视和控制。
对单元机组电动机，由于与机组热工系统联系紧密，采用硬接线和现场总线相结合的采集方式，同时，要保留和监控逻辑有关的重要信息，采用硬接线的方式，接入DCS中进行监控。
FCS采集的供电气系统分析管理的信息如各保护整定值、故障时电流和电压波形等数据，送入FCS的工程师站进行分析处理，不送入DCS，但可以通过独立的通信接口送入SIS和管理信息系统(MIS)。
