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远程I／O与现场总线的分析摘要：智能远程I／O和现场总线技术资讯由出色的流量计和先进的流量仪报价厂家为您提供。
随着计算机网络高速度和高质量的发展，工业自动化控制体系结构较之以往发生了明显的变化，一方面传统的4~20 mA模拟信号的固有地位被双向数字通讯现场总线制所占据，另一方面模／数型的DCS系统摇身一变为全数。
关键词：远程I／O；现场总线；分析在计算机网络大发展、大繁荣的背景下，工业自动化控制体系结构较之以往发生了明显的变化，一方面传统的4~20 mA模拟信号的固有地位被双向数字通讯现场总线制所占据，模／数型的DCS系统经过一系列发展转变为全数字型的现场总线控制系统。
一、远程智能I／O由于远程智能I／O的使用，因此，可以实现对过程信号的就地数字化处理，推动系统测控精度进一步提升。
同时，不仅抗干扰能力显著增强，而且可靠性以及环境适应性等性能也随之提升，这不仅有助于现场总线的持续发展，而且能够加速现场一次元件的数字化与智能化进程。
此外，就智能变送器而言，其指的是远程智能I／O与现场一次元件相互渗透和融合的结晶。
1．远程智能I／O的组成及工作原理从远程智能I／O设计的角度来看，其指的是将DCS的网络通信技术等作为现场处理控制技术，一方面达到DCS系统分散的效果，另一方面达成过程I／O远程化和智能化的目的。
就远程智能I／O系统而言：（1）在现场的智能前端上；（2）通讯总线；（3）计算机适配器。
同时，智能前端的通道数量基本在15个以上20个以下。
远程智能I／O的工作原理为：首先由智能前端机进行现场信号的采集以及处理，接着在数字通信方式的灵活使用下，让计算机第一时间接收到经由经网络总线和适配器传送的处理结果，然后通过综合系统的运算，从而达到直观显示、科学分析和严格控制的效果。
同时，在计算机全面处理后，要在适配器和网络总线的帮助下将数据传送到现场控制前端机，再根据预先设定的模式将调节信号发送到现场设备上，从而完成对工业过程和设备的数据采集及控制任务。
什么是现场总线？随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统（DistributedControlSystem DCS）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FC S），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种工业控制技术。
通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同于计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网1．1、现场总线的特点根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)对现场总线的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、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，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：（1）同一数据链上过程控制单元（PCU）、PLC等与数字1/0设备互连；（2）现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；（3）通信媒体安装费用较低。
SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是：●星型总线用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线●总线型总线数据传输距离长、速率高，采用点对点、点对多点和广播式通信方式2．2、现场总线技术特征现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。
（1）现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绘线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连；（2）网络数据通信采用基带传输（即数字数据数字传输），数据传输速率高（为Mbit/s或10Mbit/s级），实时性好，抗干扰能力强；（3）废气了集散控制系统（DCS）中的I/O控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；（4）分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；（5）开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；（6）互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络。
基于现场总线的开关量I/O 模块的设计随着信息技术的发展，智能化、信息化、网络化成为现代工业控制的发展潮流。
20世纪80年代以来，开放的工业控制总线迅速发展，彻底改变了世界的技术面貌，在此基础上通过网络连接到分散控制和嵌入式设备的控制技术逐步发展成熟，远程I/O就是在这种条件下发展的一类产品，可以分散配置在现场，连接当地的输入输出信号，实现要求的配置。
在工业控制领域，现场总线技术将控制功能彻底下放到现场。
MODBUS是现场总线的国际标准之一，符合IEC物理层标准，有冗余的物理总线网络和严格的控制信息传输机制。
实时工业现场开关量数据的采集给开发者提出了广泛的要求，包括较高的处理性能，低功耗，高速数据I/O，较高的存储能力，高可靠性等。
而种类繁多的ARM处理器具有成本低、功耗低、易开发和性能好等特点，可开发出较佳性能的控制采集系统。
S3C2440就是其中的一种工业级ARM微处理器，具有性价比高，可靠性高等特点，因此选用它做为系统开发的硬件平台。
Linux操作系统由于其开源、精简而高效的内核，丰富的网络性能以及对多种处理器结构的支持，使其在嵌入式工业控制领域得到了广泛的应用，而实时处理工业现场开关量数据是工业控制领域的主要应用之一。
本文“基于现场总线的开关量I/O模块的设计”实现了一个完整的通用嵌入式系统开发平台。
介绍了基于MODBUS现场总线的开关量I/O模块，此模块连接了MODBUS现场总线和传统的开关量控制设备。
首先简要介绍了系统总体方案设计，在此基础上，把系统设计分为硬件设计和软件设计两大部分。
系统硬件首先对A RM处理器和S3C2440微处理器进行了简单的介绍，重点论述了S3C2440处理器与存储器（Nand和SDRAM）、RS485、GPIO等接口的设计，对开关量输入输出电路进行了深入分析，可同时进行16路开关量的输出和采集，并对硬件做了相关的调试。
系统软件分为上位机和下位机两部分：上位机以Windows XP为开发平台，采用VC++软件设计界面，利用MSComm控件进行MODBUS串口编程，具有操作简单，配置灵活的特点；下位机以嵌入式Linux为核心平台，首先构建嵌入式Linux，主要包括bootloader、内核的编译与移植以及嵌入式Linux下文件系统的构建。
1、什么是现场总线？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、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络。
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。
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。
现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线。
现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。
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全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。
由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。
2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。
（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。
（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，可实行点对点，一点对多点的数字通信。
而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（3）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。
现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。
（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。
一、现场总线、现场总线系统(FCS)、现场总线智能节点现场总线现场总线是一种工业数据总线，它主要解决现场的智能化仪表、控制器、协作机构等现场设备间的数字通讯以与这些现场设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
近年来，国际上形成了多种成熟的现场总线，较为著名的有过程现场总线PROFIBUS(Process Fieldbus)、基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制器局域网现场总线CANbus(Control Area Network)、可寻址远程传感器数据通路(HART)和局部操作网络(LONWORKS)。
从资料分析和应用实践来看，FF、LONWORKS或HART与国的技术状况和承受能力有一定距离。
CAN总线更适合我国国情，其通信芯片价格较为低廉。
本项目研制的智能节点就采用了CAN 总线技术。
CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测量仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。
他是一种多主总线，通信介质可以使双绞线、同轴电缆和光导纤维。
通信速率可达1Mbps 。
归纳起来，CAN总线主要有以下特点：（1）、网络中任一节点均可作为主节点，主动发送数据。
解决了许多传统总线的从节点无法主动向其他节点发送数据的难题，给用户的系统设计提供了极大的灵活性。
（2）、CAN网络中节点可分优先权满足不同要求。
（3）、抗干扰能力强，速度快，且工程简单，普通双绞线40米时可达1Mbps 。
（4）、调试维护方便。
（5）、CAN用户可以定义自己的CAN语言，即子层数据协议，然而这个协议需遵守ISO/OSI 参考模型的第7层（应用层）标准。
当然，用户也可以使用标准的CAN子层数据协议，如工业标准CAN协议Allen-Bradley’s DEVICE net ，直接利用它们进行方案开发，通过这些数据协议，建立了应用层与物理层之间的联系。
（6）、CAN协议采用CRC校样并可提供相应的错误处理功能，保证数据的可靠性。
基于LonWorks 现场总线的电能监测智能节点设计李正明,王国余,周新云(江苏理工大学电气信息工程学院,江苏镇江 212013)摘要:介绍了LonWorks 现场总线技术与神经元芯片的结构,提出了采用单片机与神经元芯片构成电能监测智能节点的设计方案。
讨论了通过令牌巡回协议实现神经元芯片与其它CPU 的并行数据交换的软件设计方法。
关键词:现场总线; 智能节点; 神经元芯片中图分类号:TM933.4 文献标识码:B 文章编号:1003 4897(2001)10 0045 03图1 MC143120神经元芯片组成框图现场总线技术的兴起,改变了控制系统的结构。
由于现场总线技术适应了控制系统向网络化、智能化、分散化发展的趋势,因而显示出强大的生命力,成为控制领域的热点技术。
近年来,我国电力系统自动化技术发展十分迅速,现场总线已开始应用到各电力系统自动化领域中,智能节点是构筑现场总线控制系统的基础,它直接关系到能否将测控功能真正分散到现场设备中去,基于现场总线的配网自动化系统,变电站综合自动化系统中的主要现场测控单元(RTU,FTU 等)将成为典型的现场总线智能节点。
本文主要介绍采用LonWorks 现场总线的电能监测智能节点的构成原理及通过令牌巡回协议实现神经元芯片与其它CPU 的并行数据交换。
1 LonWorks 现场总线与神经元芯片LonWorks 是Echelon 公司1991年推出的现场总线,它采用了ISO/OSI 模型的全部7层协议,采用了面向对象的设计方法,通过网络变量将网络通信设计简化为参数设置,其通信速率为78.125kbps 或1.25Mbps,直接通信距离可达2700m(78.125kbps,双绞线);LonW orks 支持双绞线、同轴电缆、光纤、无线射频、红外线、电力线等多种通信介质,被誉为通用控制网络。
LonWorks 现场总线技术的核心包含:通信协议 LonTalk 、神经元芯片MC143150或MC143120、开发语言Neuron C 、网络开发工具 LONB UILDER 和节点开发工具 NODE B UI LDER,神经元芯片是构成LonWorks 节点的关键部分。
远程智能IO及现场总线技术----远程智能I／O及现场总线技术随着计算机网络的迅速发展，推动了工业自动化控制体系结构产生不断的变化，传统的4~20mA模拟信号制将逐步被双向数字通讯现场总线制所取代，模／数型的DCS系统将更新换代为全数字型的现场总线控制系统。
一、远程智能I／O远程智能I／O的应用，使过程信号得到就地数字化处理，从而大大提高了系统的测控精度，另外，抗干扰能力和可靠性以及环境适应性也得到了提高，这些推动了现场总线的发展，加速了现场一次元件的数字化与智能化进程。
智能变送器就是远程智能I／O与现场一次元件渗透和融合的结果。
1．远程智能I／O的组成及工作原理远程智能I／O的设计采用DCS的网络通信技术以及PLC和单回路控制器的现场处理控制技术，目的是使DCS系统分散，实现过程I ／O远程化和智能化。
远程智能I／O系统一般部分组成：(1)位于现场的智能前端；(2)通讯总线；(3)计算机适配器。
智能前端的通道数一般有15~20个。
远程智能I／O的工作原理是：智能前端机将现场信号就近采集并作处理后，用数字通信方式将处理结果经网络总线和适配器传送给计算机，进行综合运算处理，用于显示、分析和控制；计算机处理后的数据通过适配器和网络总线传送给现场控制前端机，由控制前端机按预定方式向现场设备发出调节信号，实现对工业过程和设备的数据采集与控制。
远程智能I／O的核心技术是通信网络和前端智能化。
2．智能I／O的特点(1)抗干扰能力和测控精度高采用远程智能I／O就近处理信号，并通过数字通讯方式传输信息，具有较强的抗干扰能力，处理精度得到提高。
模拟量信号的测量精度可达0．1级以上，开关量分辨率可高达lms。
(2)主机的负荷减小便于扩充和增加管理功能I／O前端机智能化程度高，数据的处理能力强，所有I／O的管理任务可由适配器完成，大大解放了主机，便于进行功能扩展和实现高级控制与管理功能。
(3)可靠性高采用隔离浮空的串行网络总线结构，避免了多点I／O共地可能引起的地线回流带来的电磁干扰；每个前端与网络在电气上是隔离的，独立运行，任何故障和危险都被限制在局部，可靠性大大增强。
