第二章 现场总线控制
西门子ProfiBusPA-DP总线设备及应用
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• 5.AS-i总线
• AS-i 代表着执行器、传感器接口。使用两线为设置与输 入传送数据及电源。线圈输出等需使用附加的两芯电缆供 电。AS-i区别于其它工业总线，使用扁平电缆通讯，将连 接齿嵌入电缆。也可使用传统的IP67/、NEMA6 eurofast 连接件。AS-i系统包括一个主站接口，供电电源，最多31 个子站。整个系统长度不能超过100米，但可以自由分布， 没有分支规则和终端。AS-i适合于不需要昂贵总线的小型 网络。当需要简单的主-从总线连接分散的信息和I/O装置，
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• 3.Foundation Fieldbus • Foundation Fieldbus 针对过程自动化而设计，它
是通过数字、串行、双向的通讯方法来连接现场 装置的。Foundation Fieldbus通讯不是简单的数 字4-20mA信号，而是使用复杂的通讯协议，它可 连接能执行简单的闭环算法（如PID）的现场智 能装置。一个通讯段可配置32个现场装置，通讯 速度为每秒31。25kb,每段最大距离为1900米。
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• 6 智能温度变送器
• 西门子智能温度型号为7NG32130NN00；提供温度变送器PA信号。 SITRANS TH400 温度传送器是一个安装在 B 型接线盒中的小型现场 总线变送器。其功能广泛，能够精确地适应设备的需要。尽管设定选 项很多，但操作却非常简单。由于其采用了通用性的设计，所以能够 应用于各工业领域，并且很容易在全集成自动化应用中集成。 SITRANS TH400 在温度传感器中的安装使他们变成完整的总线测量 点，并且形成紧凑的单个装置。
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【精】现场总线技术及其应用2
现场总线技术及其应用复习重点第一章现场总述1、现场总线的概念。
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。
2、控制系统发展经历的几个阶段。
基地式气动仪表控制系统，电动单元组合式模拟控制系统，集中式数字控制系统，集散控制系统DCS，现场总线控制系统3、现场总线的技术特点和优点有哪些。
最显著特征：具有开放统一的通信协议适应工业应用环境，要求实时性强，可靠性高，安全性好。
多为短帧传送，通信的传输速率相对较低特点：1）系统的开放性2）互可操作性3）通信的实时性与确定性4）现场设备的智能与功能自治性5）对现场环境的适应性优点：1）节省硬件数目与投资2）节省安装费用3）节省维护开销4）用户具有高度的系统集成主动权5）提高了系统的准确性与可靠性4、主要的现场总线有哪些？FF、WorldFIP、Profibus PA、Profibus DP/FMS、InterBus、P-NET、SwiftNET、CAN、LonWorks(CF PPS WL)第二章网络与通信基础1、控制信号包括哪三类？1）一类控制连在总线上的设备；2）另一类是用于改变总线操作的方式；3）还有一些控制信号表明地址和数据的含义。
2、什么是总线操作？在数据传送过程中，“读”和“写”是怎样定义的？（1）总线上命令者与响应者之间的连接→数据传送→脱开，这一操作序列成为一次总线“交易”（transaction），或总线操作。
脱开：disconnect指完成数据传送操作以后，命令者断开与响应者的连接。
（2）“读”read操作是读来自响应者的数据；“写”write操作是向响应者写数据。
3、分析通信请求过程是怎样的？（结合图分析，参考ppt）①向总线发出服务请求②检测到服务请求，发应答信号以查询哪个从设备发请求③接收到应答信号，A节点将自己的标识码发到总线上4、总线仲裁的用途。
总线仲裁：arbitration ，用于裁决那一个主设备是下一个占有总线的设备。
现场总线控制网络技术课后答案
第一章1、简要说明现场总线、控制网络的定义答：现场总线是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业操作单元、现场操作站等互联而成的通信网络，它的关键标志是能支持双向、分散、多节点、总线式的全数字通信，是工业控制网络向现场及发展的产物。
2、简要说明现场总线技术的特点答：现场总线是3C（计算机、通信、控制）技术的融合。
其技术特点是:信号输出全数字、控制能力全分散、标准统一全开放。
具体是（1）系统的开放性（2）互操作性与互用性（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。
3、简要说明网络化控制系统的结构组成答：由被控对象、执行器、传感器、网络时延、控制器组成4、网络化控制系统的主要技术特点有哪些答：主要有：1、结构网络化2、节点智能化3、控制现场化和功能分散化4、系统开放化和产品集成化5、对现场环境的适应性5、HART通信模型有那几层组成答：HART通信模型由3层组成：物理层、数据链路层和应用层6、与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有哪些优势答：与传统布线相比，P-NET现长总线技术在工业控制应用中有很大的优势，它可以简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。
7.WorldFIP可用的运输速率有哪些，标准传输速率是多少？答：传输速率用于铜线的有31.25Kbit/s、1Mbit/s和2.5Mbit/s，其中1Mbit/s是标准速率。
第二章1、什么是差错控制答：在计算机通信中，为了提高通信系统的传输质量而提出的有效的检测错误并进行纠正的方法叫做差错检测和校正，简称为差错控制2、数据通信系统由哪几部分组成答：数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成3、简要介绍通信系统的通信指标答：通信指标有1、有效性指标2、可靠性指标3、通信信道的频率特性4、介质宽带，信息传输的有效性指标和可靠性是通信系统最主要的指标4、数据传输方式有哪些？选取其中两种进行简要介绍答：数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输的同步方式，有串行传输与并行传输，同步传输与异步传输，位同步、字符同步与帧同步等几种在串行传输中，数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输，每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。
汽车车载网络技术-第二章-车载网络基础知识
第三节 常用基本术语
7.报文及帧 帧有两种不同的帧格式:具有11位识别符的帧称为标准帧,具有29位识别符 的帧称为扩展帧。帧按照携带的信息类型可分为以下4种帧格式: (1)数据帧 数据帧携带数据,将数据从发送器传输到接收器。 (2)远程帧 远程帧由总线单元发送,用于请求发送具有相同识别符的数据 帧。 (3)过载帧 过载帧用于在先行和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附 加的延时。 (4)错误帧 任何单元检测到总线错误,就发出错误帧。
三、现场总线的几种常见类型
1.FF FF的体系结构参照ISO/OSI参考模型的第1、2、7层协议,即物理层、数据链路 层和应用层。另外增加了用户层。FF分为低速H1总线和高速H2总线两种。 2.Profibus Profibus有3种类型,即分散化的外围设备(Profibus-DP)、现场总线报文规范 (Profibus-FMS)和过程自动化(Profibus-PA)。 3.LonWorks 采用的LonTalk协议被封装在Neuron芯片中,内含3个8位微处理器,分别用于负 责媒体访问控制、网络处理和应用处理。通常将局部操作网络及其技术统称为 LonWorks技术。
二、通信协议标准
2.车载网络协议标准 (1)A类总线协议标准 面向传感器和执行器控制的低速网络,数据传输 速率通常只有1~10kbit/s。网络协议种类主要有LIN、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)和CCP等 (2)B类总线协议标准 面向独立电控单元之间数据共享的中速网络,传输 速率一般为10~100kbit/s。主要应用于车辆电子信息中心、故障诊断、SRS 和组合仪表等,以减少冗余的传感器和其他电子部件 (3)C类总线协议标准 面向高速、实时闭环控制的多路传输,最高传输速 率可达1Mbit/s,主要用于发动机、ABS/ASR、悬架等控制。 (4)D类总线协议标准 D类网络称为智能数据总线(IDB),主要面向信息和 多媒体系统等。D类网络协议的速率为250kbit/s~400Mbit/s。
现场总线
第一章现场总线概述一、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。
二、IEC对现场总线的定义：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。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式，新型全分布式的控制系统。
三、经历了几代控制系统第一代控制系统：以20世纪50年代前的气动信号控制系统PCS为主；第二代控制系统：把4～20mA等电动模拟信号控制系统；第三代控制系统：把数字计算机集中式控制系统称为第三代;第四代控制系统：把70年代中期以来的集散式控制系统DCS(Distributed Control System)称作第四代。
四、现场总线的本质含义主要表现在以下6个方面：1、现场通信网络：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信网络2、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联，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。
3、互操作性，4、分散功能块，5、通信线供电，6、开放式互联网络。
五、现场总线的特点与优点：1，结构特点：现场总线控制系统（FCS）打破了传统控制系统的（DCS）的结构形式。
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号；DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。
1），系统的开放性；2），互可操作性与互用性；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。
3，优点：1）节省硬件数量与投资；2）节省安装费用；3）节约维护开销；4）用户具有高度的系统集成主动权；5）提高了系统的准确性与可靠性。
六、基金会现场总线(FF)，CAN，DeviceNet，LonWorks，PROFIBUS，HART，INTERBUS，CC-Link，ControlNet，WorldFIP，P-Net，SwiftNet．第二章数据通信系统与网络互联一、总线的基本术语：1，总线与总线段。
现场总线控制技术.
构成所需的控制系统。只有这样才能真正将现场设备集成。
6．通信线供电
在现场总线控制系统中，本身就要求连接线尽可能
的少，因此，最好采用通信线供电方式，即允许现
场仪表直接从通信线上获取能量。
现场总线是专为现场环境而设计的，可支持多种
通信线路媒介，具有较强的抗干扰能力，并可满足
本质安全防爆要求。这种供电方式可用于本质安全 环境的低功耗现场仪表。
并可减少控制室的占地面积。
3）准确性和可靠性高
现场总线设备的智能化、数字化以及设备间数 字信号传输，使系统具有很高的抗干扰能力，极大
地提高了系统的测控精度。同时，由于系统的结构
简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强， 减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。
4）状态可控
由于现场设备具有了一定的智能性，不仅能 够提供测量参数的信息，还能提供自身工作状态
现场总线控制系统的优点
1）一对N结构
所谓1对N结构是指1对传输线，连N台现场设备，
双向传输多个信号。由于一对双绞线或一条电缆上可
挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量
大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 这种结构使得接线简单、工程周期短、安装费用低、 维护容易。当需要增加现场控制设备时，无需增加新 的电缆，可就近连接在原有的电缆上，减少了现场接
现场总线是连接智能现场设备和各类自动化系统的数 字式、双向传输、多节点、多分支结构的通信网络。现场 总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一个全分布 式的控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总 线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步 构成自动化控制信息系统，具有基本控制、补偿计算、参 数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化等综合自 动化功能。因此，现场总线技术综合了智能传感器、自动 控制、计算机、数字通信、网络技术等方面的内容。
《现场总线控制系统》课件
结论
1 现场总线控制系统是未来工业化发展的趋势，具有广阔的应用前景。 2 它在工业控制、农业自动化和环境监测等领域发挥着重要作用。
特点
现场总线控制系统具有实时性好、稳定性高、故障诊断方便等特点，可实现高效的工业控制。
应用领域
现场总线控制系统广泛应用于工业控制、农业自动化和环境监测等领域，推动着工业化的发 展。
现场总线控制系统的体系结构
总线结构
现场总线控制系统 通过总线结构将控 制器和仪器设备连 接在一起，实现数 据交互和控制指令 下达。
数据传输
2
集仪器设备的数据，包括温度、压力 等。
采集到的数据通过总线结构传输到控
制器，确保数据的实时性和准确性。
3
控制指令下达
控制器根据采集到的数据进行逻辑判
断，并下达相应的控制指令，控制仪
故障处理
4
器设备的运行。
现场总线控制系统能够及时诊断和处 理发生的故障，确保系统稳定运行。
现场总线控制系统的优势和不足
现场总线控制系统在未来的发展
1 无线化
2 分布式控制
随着无线通信技术的发 展，现场总线控制系统 将向无线化方向发展， 提高灵活性和可扩展性。
分布式控制是现场总线 控制系统未来的趋势， 将更多的控制功能分散 到仪器设备中。
3 大数据分析
现场总线控制系统将借 助大数据技术，对大量 的数据进行分析和处理， 提供更智能化的控制策 略。
《现场总线控制系统》 PPT课件
现场总线控制系统是未来工业化发展的趋势，它是一种用于自动化控制和数 据传输的先进技术。本课件将介绍现场总线控制系统的定义、特点、应用领 域以及其优势和不足。
什么是现场总线控制系统？
定义
集散控制系统第一、第二章
第三代集散控制系统所提供的控制功能也有了增强， 通常，系统已不再是常规控制、逻辑控制与批量控制的 综合，而是增加了各种自适应或自整定的控制算法。
在90年代初，第四代集散控制系统以管控一体化的形 式出现。采用了客户机／服务器(Client／Server)的结构。 在网络结构上增加了工厂信息网(Intranet)，并可与国际 信息网Internet网联网。
为了使操作站与过程控制装置之间建立数据的联系，应 建立数据的通信系统，使数据能在操作人员和生产过程间相 互传递
以生产模拟电动仪表为主的仪表制造厂沿着Honeywell的研 究方向，在常规控制方面进行了深入的研究，形成了第一种 DCS的特色，即在常规控制方面见长。
以生产继电器、开关等逻辑器件为主的制造厂在逻辑控制、 顺序控制方面发挥了他们的特长，在可编程逻辑控制器的研 究基础上向DCS发展，形成了第二种DCS的特色，它们在逻 辑控制方面有明显的优势。
在生产计算机、半导体和集成电路为主的制造厂则在数据通 信、计算机技术等方面进行丁深入的研究，并向DCS发展， 形成了第三种DCS的特色，它们在通信、显示、内存、运算 速度、网络等方面发挥了特长。
已经包括了DCS的三大组成部分，即分散过程控制装置、 操作管理装置和数据通信系统。它也具有了DCS的基本特点， 即集中管理、分散控制。
美国Foxboro公司在1987年推出的I／AS系统标志着集散 控制系统进入了第三代。它的主要改变是在局域网络方 面，I／A S系统采用了10兆位／秒的宽带网与5兆位／秒 的载带网，符合国际标准组织ISO的OSI开放系统互联的 参考模型。因此，在符合开放系统的各制造厂产品间可 以相互连接、相互通信和进行数据交换，第三方的应用 软件也能在系统中应用，从而使集散控制系统进入了更 高的阶段。紧随其后，各DCS的制造厂也纷纷推出了各自 的第三代DCS产品，例如，Honeywell公司带有UCN网的 TDC-3000；横河公司的带有SV-NET网的CENTUM-XL； LEEDS XL NORTHROP公司的MAXl000；Bailey公司的 INFO-90等。
计算机测控系统之现场总线控制技术PPT(39张)
3．系统的开放性
在现场总线控制系统中，将传感器测量、补偿计算、工 程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备既可 完成自动控制的基本功能，又可随时诊断设备的运行状态。废 弃了集散控制系统的输入输出单元和控制站，把集散控制系统 控制站的功能分散地分配到现场设备。
例如，通过采用现场总线技术，一个流量变送器不仅具 有流量信号的变换、补偿和累加等功能，而且还有PID控制或 其他高级控制的功能，也就是说，现场总线技术真正将信号的 采集、处理、控制、驱动等功能放在了现场，用户可灵活选用
或增加额外投资。
7）具有综合功能
现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控 制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户， 也降低了成本。
8）可实现分散控制
由于控制站功能分散在现场仪表中，通过现场 仪表构成的控制回路，实现了彻底的分散控制，提 高了系统的可靠性、自治性和灵活性。
9）可实现统一组态
由于现场设备或现场仪表都引入了功 能块的概念，所有制造厂家都使用相同的 功能块，并统一组态方法。这样就使组态 过程变得非常简单、轻松，不会因为现场 设备或仪表种类不同，而有新的组态方法。
2．PROFIBUS
过程现场总线PROFIBUS是德国标准。1991年在DINI9245 中公布了此标准。PROFIBUS有几种改进型，分别用于不同的 场合。其中，PROFIBUS-PA用于过程自动化，通过总线供电， 提供本质安全，可用于危险防爆区域。PROFIBUS-FMS用于纺 织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化领 域。PROFIBUS-DP用于加工自动化。PROFIBUS的协议是开放 的，可以由第三方来生产PROFIBUS的产品。PROFIBUS的传输 速 率 为 9.6kb/s∽12Mb/s ， 最 大 传 输 距 离 在 9.6kb/s 时 为 1000m，1.5Mb/s时为200m。其传输介质为双绞线、光缆，最 多可挂接127个站点。
现场总线控制
（6）互操作性与互换性网络——特点6
互操作性：不同厂商的现场设备可以互连，互相之间可以 进行信息交换并可统一组态；
互换性：不同厂商的性能类似的现场设备可以互相替换。 现场总线中现场设备所具有的互操作性与互换性是DCS无 法具备的。
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三、现场总线的优点
现场总线所具有的现场适应性、数字化、开放性、分散性、 设备互联性、互操作性与互换性等特点决定和派生了其一系列 优点：
且与控制站中的输入／输出单元一对一地直接相连，因此输入／ 输出单元数量多。
在现场总线系统中，一台现场设备可以测量多个参数，并将 它们以所需的数字信号形式通过总线电缆进行传送，因此对单独 的输入／输出转换器（卡件）的需要少。
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增加信息的交互量
控制系统网络
控制器
输入/输出 子系统
控制系统网络 控制器
• 变送器／传感器（输入设 备）；
• 执行器（输出设备）； • 控制器；
• 监控／监视计算机； • 网桥／网关/中继器/集线器/交换机
/路由器（网络互联设备）； • 其他现场总线设备（HMI）。
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二、与传统的系统相比，现场总线系统有以下特点： （1）现场通信网络——特点1
现场总线将通信线（总线电缆）延伸到工业现场（制造或过 程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；
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(6)系统测量与控制精度提高——优点6 在现场总线中，各种开关量、模拟量就近转变为数字信 号，所有总线设备间均采用数字信号进行通信，避免了信号的 衰减和变形，减少了传送误差。换言之，现场总线采用数字信 号通信这一数字化特点，从根本上提高了系统的测量与控制精 度。