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河海大学计算机与信息学院（常州）课程总结报告题目现场总线课程总结专业、学号授课班号学生姓名指导教师完成时间2011年12月28第一章：概述一、现场总线基本概念1、现场总线的基本概念（原始思想）：用一个开放的、互可操作的、多点的数字通信系统代替已使用很久的4~20mA 标准。
（4-20mA信号是国际通用标准信号，是连接仪表、变送设备、控制设备、计算机采样设备的一种标准。
与此相对应的信号有：0－10mA、0－5V、0－10V等）2、现场总线的由来：1、数据采集与处理系统；2、直接数字控制系统；3、监督计算机控制系统；4、集散控制系统；5、现场总线控制系统（Field Control System）。
二、现场总线的定义1、现场总线的定义：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、双向、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（transducers）、执行器（actuators）和本地控制器（local controllers）之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
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，现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它应用于现场测量和/或控制目的。
2、现场总线的特点(1）、开放性；（2）、互可操作性与互换性；（3）、现场设备的智能化与功能自治性；（4）、系统结构的高度分散性；（5）、对现场环境的适应性；（6）、系统可靠性；(7)、信息一致性；(8)、经济性；(9)、易于安装维护。
3、现场总线与计算机网络区别（1）实时性;（2）环境适应性和安全性;（3）额外开销;（4）逻辑链路控制形式;（5）通信要求;三、现场总线的现状按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI）参考模型建立的。
第三章基金会现场总线第一节FF概述基金会现场总线，即Foudation Fieldbus，简称FF，是过程自动化领域（如化工、电力厂试验系统、废水处理和油田等行业）得到广泛支持和具有良好发展前景技术。
其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等150家公司制订WordFIP协议。
屈于用户压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一现场总线协议。
FF分为低速H1和高速HSE两部分，分别属于IEC标准中两个不同的子集。
H1传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m（可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。
HSE传输速率可为10Mbps和100Mbps两种。
物理传输介质支持双绞线、光缆、无线发射，其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。
开发和使用FF的目的和意义在于实现工业设备的互操作性和互替换性，用户只要根据系统功能上的需要便可从众多的设备供应商中选择性价比最高的产品。
国内FF H1总线电缆FF现场总线的构成单元第二节FF的主要技术(1)FF通信技术：包括FF通信模型、通信协议、通信控制器、通信网络与管理等。
(2)标准功能块（FB）与功能应用进程（FBAP ）：将控制功能的公共特征划分为标准功能块，由这些功能块构成现场设备的应用进程，便于系统组态、调度和管理等。
(3)设备描述（DD）与设备描述语言（DDL）：设备描述主要是解决互操作性问题，DD是设备驱动程序，DDL是进行DD的标准编程语言。
(4)FF通信与外设（如智能仪表）接口技术：通信控制芯片、通信栈软件、FF圆卡等都有多家供应商提供，根据需要便于功能集成，设计新产品。
(5)系统集成技术：包括网络系统与控制系统的集成。
(6)系统测试技术：包括产品一致性与互操作性测试；功能和性能测试；总线性能分析测试等。
现场总线网络课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握现场总线网络的基本概念、原理及分类；2. 了解现场总线网络在工业控制系统中的应用；3. 掌握现场总线网络的关键技术及其优缺点。
技能目标：1. 学会使用现场总线网络进行数据通信与设备控制；2. 能够分析现场总线网络在实际应用中遇到的问题，并提出解决方案；3. 培养学生运用所学知识进行现场总线网络设计与调试的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对现场总线网络技术的兴趣，激发他们学习自动化领域的热情；2. 培养学生的团队协作意识，提高他们沟通交流、解决问题的能力；3. 引导学生关注现场总线网络技术的发展趋势，增强他们的创新意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为自动化专业高年级学生开设，旨在让学生深入了解现场总线网络技术，为后续专业课程学习和工程实践打下基础。
课程性质具有较强的理论性和实践性。
学生已具备一定的自动化基础知识，具备一定的自学和动手能力。
教学要求注重理论与实践相结合，以培养学生的实际应用能力和创新能力为核心。
1. 熟悉现场总线网络的基本理论，为实际应用提供理论支持；2. 掌握现场总线网络的关键技术，为解决实际问题奠定基础；3. 提高团队协作、沟通交流和创新能力，为未来职业发展奠定基石。
二、教学内容1. 现场总线网络基本概念与原理- 现场总线网络定义、特点及分类- 现场总线网络的通信协议与标准2. 现场总线网络关键技术- 现场总线网络的拓扑结构- 数据传输与通信机制- 现场总线网络的设备控制与设备管理3. 现场总线网络在工业控制中的应用- 典型现场总线网络应用案例分析- 现场总线网络在工业控制系统中的优势与局限性4. 现场总线网络设计与实践- 现场总线网络设计与实施步骤- 现场总线网络调试与优化方法- 常用现场总线网络设备与工具的使用5. 现场总线网络发展趋势与新技术- 现场总线网络技术的发展趋势- 新型现场总线网络技术简介教学大纲安排与进度：第1周：现场总线网络基本概念与原理第2周：现场总线网络关键技术第3周：现场总线网络在工业控制中的应用第4周：现场总线网络设计与实践第5周：现场总线网络发展趋势与新技术教学内容与教材关联性：本章节内容紧密结合教材，按照课程目标选择和组织教学内容，保证科学性和系统性。
控制网络与现场总线控制网络与现场总线第一章绪论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CAN 总线是一种现场总线，它在工业控制领域中占有重要的地位，并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、三表系统及楼宇自控系统等领域。
而以太网具有结构简单，工作可靠，传输速率高等特点，目前以它作企业的为上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。
这样就形成了以CAN 为低层控制网络，由以太网组成上层管理网络的局面。
然而企业生产需要下层与上层的信息交换，而异构网络是不能直接进行信息交换的，如何有效的实现这种信息交换，成为目前的一个热点问题。
1.1 研究背景及意义1.1.1 现场总线控制系统现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点和双向通信的数据总线。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间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。
现场总线的出现正符合了现代工业生产领域中的测控系统的需求，即通过测控仪器或系统从生产现场获得各种参数，通过自控手段，使生产各环节得到优化。
1.1.2 以太网技术近年来，以太网在工业控制领域的应用逐渐的广泛起来，它具有通信速率高、软硬件产品丰富和应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了一定程度的应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。
但是由于普通以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的，而未针对较恶劣的工业现场环境来设计（如冗余直流电源输入、高温、低温和防尘等），故商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中。
测控网络与现场总线相关综述一、网络测控与现场总线的关系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分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的通信系统，可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全符合环境保护要求、造价低廉、维护成本是现场总线的特点。
从狭义上说，现场总线就是一种数字式、串行、多点通信的数据总线，应用在制造或生产过程区域现场装置与控制室内自动控制装置之间。
广义上可以说，现场线是一种底层网络，在现场的仪表和控制系统，与控制室之间实现互联通信。
网络测控则是指在测控系统中加入计算机、工作站和智能仪器仪表，将监测控制系统智能化、远程化、网络化。
测控系统中使用的网络通信技术有RS-232接口、RS-422/RS485接口、USB技术、FireWire（火线）、现场总线、工业以太网、以太网与现场总线的整合等。
由此可见，现场总线只是网络测控系统中通信的一部分，是在现场与控制室之间传输、处理数据，网络测控还可以将控制室的数据接入以太网，使在数据总线通信距离之外的办公厅中也可远程监控工厂里的现场设备状况，甚至可对整个工厂的运作情况进行分析管理。
现场总线是实现测控系统的网络化的基础。
二、物联网和测控网的区别与联系“物联网（The Internet of things）,就是“物物相连的互联网”，实现随时、随地、随物的连接。
物联网定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。
物联网不仅使用传感器获得物体的物理特征值（即测控网中的测量系统实现的功能），还能够识别、定位、跟踪物体，物体之间能够自发进行信息交换和相互操作（就像人与人之间使用语言文字、图画旋律、行为动作等进行交流），这些信息通过测控网络、移动通信网络、无线网络等接入互联网，实现万事万物的相连相知。
1.现场总线定义按照国际电工委员会IEC标准的定义：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。
2.现场总线的本质含义表现在几个方面1.现场通信网络。
现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到生产现场中的现场设备，是过去采用点到点式的模拟量信号传输或开关量信号的单点并行传输变为多点一线的双向串行数字传输。
2.现场设备互联。
现场设备是指位于生产现场的传感器、变送器和执行器等。
这些现场设备可以通过现场总线直接在现场实现互联，相互交换信息。
在DCS中，现场设备之间是不能直接交换信息的。
3.互操作性。
互操作性指来自不同厂家的设备可以互相通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。
它体现在用户可以自由的选择设备，而这种选择独立于供应商、控制系统和通信协议；制造上具有增加新的、有用功能的能力，不需要专用协议和特殊定制驱动软件和升级软件。
4.分散功能块。
现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行，因此可以取消传统DCS的过程控制站。
例如现场总线变送器还可以运行PID控制功能块，现场总线执行器还可以运行PID控制功能块和输出特性补偿块还可以实现阀门特性自校验和阀门故障自诊断功能。
5.现场总线供电。
现场总线完成为现场设备供电的功能。
总线供电不仅简化了系统的安装布线，而且可以通过配套的安全栅实现本质安全系统，为现场总线控制系统在易燃易爆环境中的应用奠定了基础。
6.开放式互联网络。
现场总线为开放式互联网络，即可于同层网络互连，也可与不同层网络互联。
现场总线协议是一个完全开放的协议，它不像DCS那样采用封闭的、专用的通信协议，而是采用公开化、标准化、规范化的通信协议。
这就意味着来自不同厂家的现场总线设备，只要符合现场总线协议，就可以通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化。
3.现场总线通信系统组成由数据发送设备、接收设备、传输介质、传输报文和通信协议等部分组成。
4.几种典型的现场总线（考名词解释）CAN控制局域网络；PROFIBUS过程现场总线；WorldFIP世界工厂仪表协议；HART是可寻址远程传感器数据通路；ControlNet是IEC标准类型2，主要用于PLC与计算机之间的通信网络，也可在逻辑控制或过程控制系统中用于连接串行、并行的I／O设备，人机接口等；DeviceNet是一种基于CAN技术的开放型通信网络，主要用于构建底层控制网络，其节点由嵌入了CAN通信控制器芯片的设备组成；ASI执行器或传感器接口，它是一种用在控制器和传感器/执行器之间双向交换信息的总线网络，属于底层自控设备的工业数据通信网络；FF 现场总线基金会。
