现场总线知识点
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。
5.具有两层结构的FCS：现场设备和人机接口。
6.具有三层结构的FCS：现场设备，控制站/网关和人机接口。
7.现场总线控制系统的特点
○1一根双绞线可连接多台设备，从而减少导线数量，降低配线成本。○2由于采用数字传输方式，可以实现高精度的信息处理，提高控制质量。○3由于实现了多重通信，除了可以传送过程变量PV、控制变量MV值以外，还可以传送大量的现场设备管理信息。○4现场仪表之间可以通信，实现了现场仪表的自律分散控制。○5由于现场总线仪表具有互操作性，不同厂家的仪表可以自由组合，为用户提供了更广泛的选择余地。○6实现了测量仪表、电气仪表、分析仪表的综合化。○7在控制室就可以对现场仪表进行调试、校验、诊断和维护。
8.现场仪表有三种通信方式：模拟通信方式，混合通信方式和数字通信方式。
9.模拟通信方式中产生误差的原因：○1现场仪表中D\A转换产生误差；○2模拟信号产生误差；○3系统仪表的A\D转换产生误差。
10. 国际标准化组织IOS提出了OSI参考模型，该模型是将开放系统的通信功能分为七层，自下而上以次为物理层，链路层，网络层，传输层，会话层，表达层和应用层。
物理层：规定了用于建立、保持和断开物理连接的机械、电气、功能和规程特性。
链路层：通信链路是由许多节点共享的。作用是确定在某一时刻有哪一个节点控制链路，即链路使用权的分配；确定比特级的信息传输结构即这一级规定了信息每一位和每一个字节的格式，同时还确定了检错和纠错方式，以及每一帧信息的起始和停止标记的格式。
网络层：处理信息的传输路径问题。在由多个子网组成的通信系统中，这层协议还负责处理一个子网与另一个子网之间的地址变换和路径选择。
传输层：确认两个节点之间的信息传输任务是否已经正确完成，其中包括信息的确认、误码的检测、信息的重发、信息的优先级调度等。
会话层：用来对两个节点之间的通信任务进行启动和停止调度。
表达层：这层协议的任务是进行信息格式的转换，它把通信系统所用的格式转换成它上一层即应用层所需的信息格式。
应用层：召唤底层协议为其服务。在高级语言程序中，它可能是向另一节点请求获得信息的语句；在功能块程序中，他可能是一个请求从另一个基本控制单元中读取过程变量的输入功能块。
基金会现场总线的网络拓扑结构分为单链路拓扑和桥式拓扑两种结构。
在现场总线网络中，桥完成以下任务
转发；重发；分配数据链路时间；分配应用进程时间。
11.链路活动调度器LAS在数据链路层中的作用是作为链路总仲裁器，他完成以下功能
○1识别和添加链路中的新设备；○2删除链路中无响应的设备；○3分配数据链路时间和链路调度时间；○4在受调度传输时，轮询现场总线装置，看缓冲区中是否有要发送的数据；○5在两次受调度传输的中间，为现场总线装置分配令牌。
12.物理层协议规定了机械特性，电气特性，功能特性和过程特性
机械特性：主要涉及连接器的规格，以及连接器的安装。电气特性：规定传输线上的数字信号电压高低，传输距离和传输速率等。功能特性：定义连接器插脚的功能。过程特性：规定了信号的时序关系，以便正确的发送、接收数据。
https://www.360docs.net/doc/dc18770125.html,S的五项主要功能
①维护调度，发送强制数据CD给网络设备，LAS的工作按预先安排好的调度时间表来进行。②发送传递令牌PT给设备，进行非调度数据传输控制。③在链路上周期分配数据链路时间和链路调度时间。④探查未使用地址，将其分配给新设备，并加到活动表上。⑤监视设备响应传递令牌，从活动表上删掉不能使用或不能返回令牌的设备。
14.DLL为上层提供了很多服务，主要有
①管理数据链路服务访问点DLSAP的地址、队列，缓冲器。从队列/缓冲器读取数据，写数据到缓冲器。②面向连续的传输服务。建立一对一、多对一的连接，采用队列或缓冲器的数据传输方式，终止所建立的连接。③无连接数据传输服务。在无需事先建立连接的条件下，按队列方式传输数据。④时间同步服务。提供时间源同步和对系统管理之间的时间同步。⑤为本地或远程的数据发布者发布缓冲器提供强制发布服务。
15.差压变送器电路工作原理图及各部分功能。
①振荡器，振荡器产生一个频率随传感器电容而变化的振荡信号。②信号隔离器，将来自CPU的控制信号和来自振荡器的信号相互隔离，以免共地干扰。③CPU，RAM，FLSAH和E2PROM。CPU是变送器的智能部件，他负责完成测量工作，执行功能块自诊断以及通信任务。FLASH作为程序储存器，以便于升级，并且可以在掉电时保持数据。RAM是中间数据暂存用的数据存储器，如果电源失去，RAM中的数据就会丢失，但CPU还有一个内部非易失存储器，在那里保存着那些必须要保留的数据。例如，调校，组态以及识别数据。④固件下载接口FDI，FDI是主电路板上用于下载固件的接口，通常是由制造商使用的。用户也可以利用它完成固件的升级。⑤传感器E2PROM。在传感器部件中有另一个E2PROM，它保存着不同压力和温度下，传感器的特性数据。每只传感器都在制造厂进行特性记录，主电路上的E2
PROM，用来保存组态参数。⑥MODEM。监测链路活动，调制和解调通信信号，插入和删除起始标志及结束标志。⑦电源。由现场总线上获得电源，为变送器的电路供电。⑧电源隔离器。与输入部分的信号隔离类似，送至输入部分的电源也必须隔离。⑨显示控制器。接收来自CPU的数据，控制液晶显示器各段的显示，显示控制器还提供各种驱动控制信号。⑩就地调整部件。就地调整部件有两个可用磁性工具调整的磁性开关，他没有机械和电气接触，可以有效的防止现场的灰尘和腐蚀性气体进入变送器。
16.现场总线差压变送器，不仅仅是一个差压变送器，而且是一个具有以下功能模块的网络节点：一个物理块，一个输入转换块，一个显示转换块，一个模拟量输入块，一个PID控制块，一个信号选择器块，一个信号特性描述块，一个通用运算块，一个积算块。
17.在功能块中，有三种类型的参数。输入参数：功能块接收到要处理的值；输出参数：可送给其他块，硬件或使用者的处理结果；内含参数：用于块的组态，运行和诊断。
18.温度变送器的电路原理方框图，其中各部分的叙述如下。
①多路器MUX，多路器MUX用来切换若干路传感器的输入信号，将其分别送入信号调理部分，以便测量其电压。②信号调理器，它的作用是对输入信号进行适当的放大，以便适应A/D转换器的要求。③A/D转换器。A/D转换器，将输入的模拟量信号转换为CPU所用的数字量信号。④信号隔离器。它的作用是隔离输入与CPU之间的控制和数据信号。⑤CPU，RAM，FLSAH和E2PROM。CPU是变送器的智能部件，他负责完成测量工作，执行功能块自诊断以及通信任务。FLASH作为程序储存器，以便于升级，并且可以在掉电时保持数据。RAM是中间数据暂存用的数据存储器，如果电源失去，RAM中的数据就会丢失，但CPU还有一个内部非易失存储器，在那里保存着那些必须要保留的数据。例如，调校，组态以及识别数据。
⑥固件下载接口FDI，FDI是主电路板上用于下载固件的接口，通常是由制造商使用的。用户也可以利用它完成固件的升级。⑦通信控制器MODEM。通信控制器监测链路活动，调制和解调通信信号，插入和删除起始标志及结束标志。⑧电源。由现场总线上获得电源，为变送器的电路供电。⑨电源隔离器。与输入部分的信号隔离类似，送至输入部分的电源也必须隔离。⑩显示控制器。接收来自CPU的数据，控制液晶显示器各段的显示，显示控制器还提供各种驱动控制信号。○11就地调整部件。就地调整部件有两个可用磁性工具调整的磁性开关，他没有机械和电气接触，可以有效的防止现场的灰尘和腐蚀性气体进入变送器。
19.现场总线温度变送器，不仅仅是一个温度变送器，而且是一个具有以下功能模块的网络节点：一个物理块，两个输入转换块，一个显示转换块，两个模拟量输入块，一个PID控制块，一个信号选择器块，一个信号特征化块，一个通用运算块，
20.电流--现场总线转换器工作原理，
主要有输入电路板和主电路板两部分组成。在输入电路板上，三路模拟量电流输入信号在
100Ω输入电阻转换为电压信号，经多路器MUX选择后进入a /d转换器，转换为数字量后将信号隔离电路进行光电隔离后送往主电路板上的CPU，在CPU中通过组态好的功能块对信号进行必要的转换和处理。最后经调制解调器MODEM和信号整形电路进入现场总线。
现场总线—电流转换器工作原理：
现场总线—电流转换器是由输出电路板、主电路板和显示板三部分所组成的。主电路板由现场总线获得的信息经接收滤波器和通信控制器（MODEM）进入CPU、由CPU送出的控制信号隔离器进行光电隔离之后分别送往三个D/A转换器。控制信号在D/A转换器中转换为模拟量信号之后，分别送往三个输出电流控制电路，最后经输出端子送出4~20mA的电流信号。
21.要把一个现场总线设备在线连接到现场总线上的时候，应按照以下步骤进行
○1在工作室将现场总线设备与带有系统组态软件的计算机单独连接在一起，○2为该现场总线设备分配一个标签，○3将该现场总线设备拆下并带到现场，○4将该现场总线设备连接到正
在工作的现场总线上，○5把组态下载到该现场总线设备上。
22.电缆安装步骤如下
○11安装主干线电缆，（现场总线网络中最长的电缆）。○2在主干线电缆的两端安装终端器，终端器应安装在接线盒中，而不在设备中。终端器应清晰地标明。如果将终端器安装在设备中时，技术人员维护设备时可能因疏忽而拆除，从而影响整个网络。○3安装主干电缆上所有的分支线。○4进行电缆阻抗和接地测试。○5连接主干电缆的供电电源，功率调节器，接地和H1接口。○6执行基金会现场总线网络/网段测试。○7测试完网络接线系统后，可以连上设备并调试回路。
现场总线阀门定位器工作原理：
现场总线阀门定位器是由主电路板、显示板以及输出组件等部分构成。输出组件由喷嘴挡板机构、伺服机构、霍尔传感器和输出控制电路等部分组成。输出控制电路接受来自CPU的数字信号以及来自霍尔传感器的阀位反馈信号。气动部分多采用常见的喷嘴挡板机构和伺服阀。来自输出控制电路板的控制信号加到压电挡板上使压电挡片弯曲，造成流过喷嘴的气流改变，这样就会造成控制腔室中压力的变化，这个压力称为背压。在一定工作范围之内，背压的变化与压电挡板的位移呈线性关系。鱿鱼丝腹腔内的压力变化太小，无法提供足够的流量驱动能力，因此必须加以放大。这个任务由伺服机构来完成。伺服机构有一个膜片位于控制腔室，还有一个比较小的膜片位于滑阀腔室。在稳态时，控制腔室压力对膜片的作用力应该等于滑阀腔室的压力对小膜片的作用力。当压电挡板靠近喷嘴时，控制腔室的压力就会增加，位于控制腔室的膜片受力增大，使滑阀向下移动，气源的压缩空气经滑阀中间的空间经输出孔2流入气动执行机构的一侧气室，使该侧的压力增加；同时滑阀的下移又使输出孔1和排气孔1连通，气动执行机构另一侧的空气经输出孔1和排气孔1排出执行机构两侧气室的压力差使执行机构产生位移。执行机构带动阀杆向下移动，通过连接在阀杆上的磁铁，导致霍尔传感器的输出信号发生变化，并送往输出控制电路。当反馈信号与控制信号相平衡时，执行机构到达给定位置，此时喷嘴挡板机构和伺服机构到达一个新的稳定状态。当阀门定位器与现场总线之间的通信发生故障或者是上游其它设备发生故障时，它可以进入故障安全状态，保持执行机构的位置不变或者到达用户预先组态的安全位置。