现场总线技术分析

一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线是通信网络位于生产控制现场和网络结构的底层 现场总线是低带宽的控制网络它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线对控制系统带来的革命 基地式仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统集散控制系统DCS、PLC基于现场总线的分散控制系统各阶段测控仪表能力指数现场总线开放标准数字DCS电动单元气动、模拟模拟按回路运行按过程运行过程优化管控一体化五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数与一般通信技术的区别一般通信技术只是能实现信息的传输现场总线是一种控制系统框架一种全新的控制系统结构，即：现场总线还包括网络上的所有设备能够进行信息互访与互换总线上的设备之间能够进行互操作和系统集成现场总控制系统FCS采用开放式数字通信网络突破传统DCS中的专用通信网络结构网络集成的测量控制系统单个分散的测量控制设备变成网络节点现场总线为纽带构成共同完成任务的网络系统与控制系统实现现场测量控制设备之间的信息共享返回本章首页2.1 FCS的结构特点Multi-Controllers AOPIDAIPIDAOAI DCS FCS2.2 现场总线系统的技术特点 全数字通信多分支结构系统的开放性互可操作性和互用性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的高度适应性全数字通信抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精度也得到显著提高信号的检错、纠错机制得以实现可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈 现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等。

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。

现场总线的通信原理与应用1. 现场总线概述现场总线（Fieldbus）是工业自动化中常用的一种通信网络技术，它用于实现各种设备之间的通信与控制。

现场总线可以连接传感器、执行器、控制器等设备，将它们连接起来构成一个整个系统，并提供数据传输和控制命令的功能。

2. 现场总线的通信原理现场总线的通信原理是基于分布式控制系统（DCS）的概念，它采用集中式控制与分散式执行的方式来实现设备的通信和控制。

具体的通信原理如下：2.1 主从通信方式现场总线采用主从通信方式，其中总线主设备负责发送命令和接收数据，而从设备负责接收命令和发送数据。

这种方式使得总线能够灵活地控制设备，实现实时监测和控制。

2.2 数据传输方式现场总线的数据传输方式分为循环传输和报告传输两种。

循环传输是主设备周期性地向从设备发送数据，而报告传输是从设备在需要时向主设备发送数据。

2.3 数据帧格式现场总线的数据帧格式由头部、数据区和尾部组成。

头部包含地址信息和命令信息，数据区是实际的数据内容，尾部用于校验数据的完整性。

3. 现场总线的应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，主要用于以下方面：3.1 数据采集与监测现场总线可以连接传感器，实时采集各种数据并传输到控制中心。

控制中心可以对数据进行监测和分析，从而实现对工艺过程的全面控制和调节。

3.2 控制与执行现场总线可以连接执行器，实现对设备的远程控制。

通过总线可以发送控制命令，实现对设备的启动、停止和调节等操作。

3.3 故障诊断与维护现场总线可以实时监测设备的运行状态，并将故障信息传输到控制中心。

控制中心可以通过总线对设备进行诊断和维护，提高故障的及时修复。

3.4 系统集成与扩展现场总线可以连接不同类型和厂家的设备，实现系统的集成和扩展。

通过总线可以将不同设备连接起来，构成一个完整的工业自动化系统。

4. 总结现场总线作为一种常用的工业自动化通信网络技术，具有灵活、可靠性高的特点。

它通过主从通信方式、循环传输和报告传输的数据传输方式，实现了设备之间的实时通信和控制。

总线基本概念部分1、现场总线的概念P1：现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。

2、现场总线的5个发展阶段P2：》基地式气动仪表控制系统》电动单元组合式模拟仪表控制系统》集中式数字控制系统》集散控制系统DCS》现场总线控制系统FCS3、现场总线分类P3：(目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。

高速现场总线主要应用于控制网内的互连,连接控制计算机、PLC 等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接,它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。

) 传感器总线和设备总线统称为现场总线；按通信帧的长短，把数据传输总线分为：传感器总线,设备总线和现场总线；ASI总线，传感器总线，位级数据总线；CAN总线，设备总线，字节级数据总线；ControlNet，PROFIBUS，Foundation Fieldbus总线，现场总线，数据块级数据总线；4、现场总线的技术特点P8:•1.系统的开放性•2.可操作性与互用性•3.现场设备的智能化与功能自治性•5。

对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势P9：优势：1.节省硬件数量与投资；2。

节省安装费用;3.节约维护开销；3.用户具有高度的系统集成主动权；4.提高了系统的准确性与可靠性劣势：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，是的控制系统的分析和综合变得更复杂，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P15总线操作：总线上数据发送者与接受者之间的连接-〉数据传送—〉脱开这一操作序列成为一次总线操作。

这里的连接指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定。

连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程，称为数据传送.而脱开则指完成一次或多次总线操作后，断开发送者与接受者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。

廒用科学弘裂裂一鼙i现场总线控制系统的分析探讨张英帆(吉林燃料乙醇有限公司机电仪中心吉林132101)[捕要]现场总线控制技术是20f i挽末T业过程控制发展的新技术，是计算机网络技术，自动化仪表制造技术和过程控制发展的结果。

详细介绍现场总线控制系统的特点、分类、发展现状，分析其应用前景．[关键词]．降制系统现场总线DC S FC S中围分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1071--7597(2008)1020T38一们一、引曹现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术。

所谓现场总线，按照国际电工委员会I E C／SC65C的定义，是指安装在制造或过程区域的现场装置之间以及现场装置于控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通讯的数据总线，以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统(Fcs)。

现场总线控制系统FC S是继集散式控制系统D CS后的新+代控制系统。

现代1=业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”使得“控制分散，危险分散”。

但即使是现在流行的DC S控制与其工业过程打交道的过程控制站仍然还是集中的，这正是对分散控制，集中监控思想的违背。

而FCS控制系统真正做到了这一点，它把控制彻底地F放到现场，具有通信功能的现场智能设备，能完成诸如数据采集，数据处理，控制运算和数据输出等功能。

二、现场总线的特点现场总线是3c技术(计算机、通信、控制)的融合。

简单地概括现场总线技术的特点是：信号传输全数字、控制功能全分散、标准统一全开放。

比较而言，一方面O CS是一种半数字、半分散、半开放的控制系统；F CS (现场总线控制系统)则是在DC S基础上的连续发展，它们在很多方面是一致的，从人机界面操作站、先进控制间的关系等。

从这一点看，不应把FC S和D CS对立起来。

另一方面D CS发展了二十几年，其间也作了不少次改进，现在的D C S也不是当年的D C S了。

天津工业大学自动化、电气工程及其自动化本科生限修课程工业控制网络与自动化管理技术主讲：郭利进2016.09-12讲解内容:1.现场总线技术概述2.数据通信基础3.控制网络基础4.CAN总线与基于CAN的控制网络5.分布式的网络控制系统6.网络控制系统的实施和管理第1 章现场总线技术概述—工业控制网络与自动化管理技术—天津工业大学郭利进本章内容1.1现场总线简介1.2现场总线系统的特点1.3以现场总线为基础的企业网络系统1.4现场总线技术的标准化返回1.1 现场总线简介1.1.1 什么是现场总线1.1.2 基于现场总线的数据通信系统1.1.3 现场总线控制网络与网络化控制系统1.1.4 现场总线系统适应了综合自动化发展需要1.1.5 早期的现场总线返回1.1.1 什么是现场总线现场总线原本指现场设备之间公用的信号传输线。

后又被定义为应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多结点数字通信的技术。

现在已成为控制网络的代名词。

现场总线IEC定义：一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间进行双向、串行、多节点、数字通信技术。

随着现场总线技术的发展，它不再只是通信标准或通信技术，而成为网络系统与控制系统。

现场总线系统：以测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质为纽带，把位于生产现场、具备数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按公开、规范的通信协议，在多个测量控制设备之间、现场设备与远程监控计算机之间，实现数字传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。

现场总线系统既是一个开放的数据通信系统、网络系统，又是一个可以由现场设备实现完整控制功能的全分布控制系统。

1.1.2 基于现场总线的数据通信系统基于现场总线的数据通信系统有数据的发送设备、接收设备、作为传输介质的现场总线、传输报文、通信协议几部分组成。

1.1.3 现场总线控制网络与网络化控制系统 控制网络的定义：控制网络也称网络化的控制，它将多个分散在生产现场、具有数字通信功能的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备连接成可以相互沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。

NT6000系统Profibus现场总线分析摘要：随着信息化进程推进，“智能制造”相关政策的强化、深化和推进，电力行业也加快了变革的脚步，相继推出了智慧电厂等概念，推动了现场总线在电力行业的使用需求。

集合Profibus技术规范，分析京能十堰2X350MW机组上使用的NT6000系统Profibus网络架构和特点，制定现场安装实施的规范。

关键词：NT6000 ， PROFIBUS-DP ，PROFIBUS-PA0引言随着信息科技的快速发展，德国率先提出了“工业4.0”技术战略来提升制造业的智能化水平。

工业 4.0是信息系统将生产、制造、销售等信息数据化，智慧化，最后达到最快速、有效的产品供应。

而工业4.0的主题就包含智能工厂和智能生产。

这势必也带动火力发电技术的革新,仅随其后电力行业提出了“智慧电厂”专业性概念，这就要求系统高度信息化、设备高度智能化。

此背景下将会使现场总线技术在电力行业进一步得到推广。

全球电力行业的现场总线技术的先行者为德国Niederaussem（尼德豪森）1012MW超超临界机组，采用Siemens Profibus总线，设备状态和信息全部通过总线传输到DCS 系统中，是目前全球范围智能化程度最高，采用总线技术最全面，装机容量最大的机组。

进入21世纪后，华电莱城电厂（2 ×300MW)、京能涿州热电（2×350MW）、大唐虎山电厂（2×600MW）、华能金陵电厂（2×1030MW）等上百家电厂，在不同系统范围了使用了现场总线技术。

京能十堰电厂采购国内先进的NT6000-FCS系统，具有独特、完整的Profibus现场总线解决方案，具有AMS（智能设备管理系统）对现场智能设备进行配置、编辑和诊断等功能。

1现场总线在电力行业的设计原则现场总线技术已经越加成熟，在各行9各业都得到大力推广。

但并不是所有系统均适合现场总线的模式，在电力系统中就有很多子系统就将现场总线技术排除在外。