现场总线介绍

Lonworks技术采用的LonTalk 协议被封 装在被称为Neuron Chip 的神经元芯片内得 以实现，该项技术已广泛应用楼宇自动化、 家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设 备、工业过程控制等领域。
（2）现场总线的产生
现场总线是综合自动化的发展需要.. T(time to market); Q(quality) ; C(cost); S(service) ;
要实现整个生产过程的信息集成，实施综 合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环 境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统。 以实现现场自动化智能设备之间的多点数 字通信，形成工厂底层网络系统，实现底层现 场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。 于是，现场总线应运而生。
现场总线介绍
华东理工大学自动化系 王学武
主要内容
概念 产生 现场总线的含义 特点和优点 几种总线简介 现场总线的产生历程 现场总线市场分析 现场总线产业发展现状 现场总线技术的发展趋势 国内现场总线发展概况
（1）概念
什么是现场总线？ 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开放型控制网络技术。
ARC高级过程自动化分析师Paula Hollywood（研究报告主要作者）说，“最初， 现场总线的主要优点被描述为降低布线、设备 安装和调试成本……，而最终用户在项目运行 成本（OpEx）上实际享受到的好处则更多，因 为双向数字通信使通信质量改进以及所链接智 能设备能够实现远程诊断使生产过程效率提高。 ARC开展的2006年现场总线最终用户问卷 调查也表明，设备维护技术人员和生产现场操 作人员效率的提高，是迄今为止现场总线能带 来的最大好处。”
市场研究最后得出结论，现场总线最重要 的优点在维护和运行中体现出来。该技术本身 并不能降低成本；但根据ARC的解释，它充当 了“一个能明显降低运行成本且有助于实现运 行卓越，使设备管理效率达到新的水平的使能 技术。”
Internet、Intranet、Infranet和现场总 线技术的集成，正在促进新一代自动化 体系的发展。
SIMENSE、E+H
LONWORKS现场总线
局部操作网络（Local Operating Network）
它是由美国Echelon公司推出并与 MOTOROLA、公司共同倡导于1990年正式公 布的。它采用ISO/OSI模型的全部7层通信协议。 采用了面向对像的设计方法，通过网络变量把 网络通信设计简化为参数设计，其传输速率为 300bps-1.5Mbps,当传输率为780Kbps时，传输 距离为2700M。
传递工农业生产过程、大气环境监测、 各类交通、楼宇等系统中设备的数字化信 息 。----WSN
总线将分散的有通信能力的测量控制设备 作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同 完成自控任务的控制网络 。 现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也 被 称 之 为 工 厂 的 底 层 网 络 （ Infranet） 总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的 是控制信息。 它是有别于计算机网络，电视、电话网络的 另一类网络。
（4）特点和优点
系统的开放性
开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调 对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可 以与世界上任何地方遵守相同标准的其它设备或 系统连接。
工厂底层网络的开放系统。 通讯协议一致公开，系统开放互连。 遵循开放系统互连OSI参考模型建立高层通信网络。
互可操作性
这两个集团于1994年9月合并，成立了现场总 线基金会（FF），致力于开发国际上统一的现场 总线协议。 它以ISO/OSI开放系统层上增加了用户层。用 户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信 息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通 用的功能块集。 由于这些公司代表了该领域现场自控设备发 展方向，因而由它们组成的基金会所颁布的现场 总线规范具有一定的权威性。

实现全数字化通信
4～20mA· DC模拟信号
全数字化传输 转换精度和可靠性 自控系统有机地与企业信息网集成。
实现控制彻底分散
现场智能设备内置微处理器。
改变了传统控制系统的结构体系。

统一组态
现场设备或现场仪表功能块概念的引入，使 组态非常简单。
总线标准：开放性、可互操作性、互换性 总线结构：一对N 现场要求：结构分散、适应现场 节点特性：智能节点、可控状态、全数字化、 控制分散、统一组态
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通 信速率。 H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达 1900m（可加中继器延长），可支持总线供电 防爆环境。 H2的传输可为1Mbps和2.5Mbps两种，其通 信距离分别为750m和500m。物理传输介质可 支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合 IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用 曼彻斯特编码。
PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器
和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令
牌结构、实时多主网络。
PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级 监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线 技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散 式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂 综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解 决方案。
PROFIBUS
PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标 准EN50170的现场总线标准。 PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖 于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造 业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力 等其他领域自动化。
PROFIBUS由三个兼容部分组成，即：
PROFIBUS-DP （Decentralized Periphery）、 PROFIBUS-PA (Process Automation)、 PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)。
PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备
级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP 可取代24VDC或4-20mA信号传输。
现场设备互连
现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器 等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双 绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地 制宜地选择不同类型的传输介质。
现场通讯网路
用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互 连的通讯网路。
互操作性
不同制造商的产品互相连接。 性能价格比最优产品的选择、集成。
它是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良 好 发 展 前 景 的 技 术 。 其 前 身 是 以 美 国 FisherRosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、 西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公 司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的World FIP协议。
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。
它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、 控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以 及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信 息传递问题。所以，现场总线既是通信网络， 又是自控网络。
现场总线的本质含义表现在以下6个方面：
据不完全统计，目前国外各类现场总线约有40多 种，其中主要有FF、 Profibus、 LONWORKS、
CAN (DeviceNet, CANOpen)、HART、 Cclink、 InterBus、LIN 等。下面简要介绍目前最
有影响的几种现场总线。
FF基金会现场总线 （Foundation Fieldbus）

系统结构的高度分散性 现场总线已构成一种新的全分散性控 制系统的体系结构。从根本上改变了现有 DCS集中与分散相结合的集散控制系统体 系，简化了系统结构，提高了可靠性。
对现场环境的适应性
工作在生产现场前端，作为工厂网络底层 的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支 持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、 电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两 线制实现供电与通讯，并可满足本质安全防爆 要求等。
自由集成 FCS。
分散功能块
DCS的输入／输出单元和控制站。 例如，流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和 累加输入模块，而且有PID控制和运算功能块。 调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输出 特性补偿模块，也可以有PlD控制和运算模块，甚至有 阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在多台 现场仪表中，并可统一组态，供用户灵活选用各种功能 块，构成所需的控制系统，实现彻底的分散控制。
现场总线是工业数据通信与控制网络技术的代 名词，是测控领域的通信与网络技术。
工业数据通信系统： 在生产设备之间传递数字信息，是形成控 制网络的基础和支撑条件，是控制网络技术的重 要组成部分。

自控领域的局域网 企业的底层网络；网络集成式测量控制系 统；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工业数据通信用以满足信息社会对基础 设备与过程数据信息的需求。
5 现场总线的几种类型
从八十年代末逐渐形成了几种有影响的现 场总线技术，它们以国际标准化组织（ISO） 的开放系统互联模型（OSI）为基本框架，根 据行业的应用需要施加某些特殊规定后形成的 标准较大范围内取得了用户与制造商的认可。
开放系统互连模型是现场总线技术的 基础。现场总线参考模型既要遵循开放系 统集成的原则，又要充分兼顾FCS的特点 和特殊要求，通过它完成现场总线控制系 统的通信、控制和管理功能。
互可操作性，是指实现互连设备间、系统 间的信息传送与沟通。
互换性
用户可以自由选择不同制造商所提供的性 能价格比最优的现场设备或现场仪表，并将不 同品牌的仪表进行互换。即使某台仪表发生故 障，换上其它品牌的同类仪表，系统仍能照常 工作，实现即接即用。