基金会现场总线技术
基金会现场总线低速总线h1标准,其传输速率为
基金会现场总线低速总线h1标准，其传输速率为1. 引言1.1 概述基金会现场总线（FOUNDATION Fieldbus）是一种用于工业自动化系统的数字通信总线技术。
它通过在工厂或工程现场中连接传感器、执行器和控制设备，实现数据交换和控制指令传输。
作为一种先进的通信协议，基金会现场总线已经在许多行业中得到广泛应用，并取得了显著的成果。
本文将对基金会现场总线的低速总线（H1标准）进行全面介绍和分析。
低速总线是基金会现场总线的一个重要组成部分，其主要用途是接口连接传感器和执行器等较简单的设备，进行实时数据采集和控制。
H1标准是针对低速总线而制定的规范，它定义了传输速率以及通信参数等重要信息。
1.2 研究背景随着工业自动化水平不断提高，对于实时、可靠和高效的数据交换需求日益增加。
而传统的模拟信号传输方式已不能满足这些需求，因此数字通信技术应运而生。
基金会现场总线作为最常见、最广泛应用的一种数字通信总线技术之一，被广泛应用于制造业、能源行业等领域。
然而，由于不同工业场景对信号传输速率的需求存在差异，因此研究如何提升低速总线的传输速率成为了一个重要的课题。
1.3 目的和意义本文旨在分析基金会现场总线的低速总线H1标准，并探讨如何提升低速总线的传输速率以满足不同行业对实时数据交换的需求。
通过结合实践案例和具体应用场景，将深入探讨H1标准与低速总线之间的联系和差异，并提出相关解决方案和建议。
同时，本文也将展望未来基金会现场总线技术的发展趋势，并针对进一步研究方向提出建议，以推动相关产业的发展和创新。
综上所述，本文将通过全面介绍、分析和探讨基金会现场总线的低速总线H1标准，旨在为读者提供深入了解基金会现场总线技术及其应用价值的参考，并为工业自动化领域相关从业人员提供指导和借鉴。
2. 基金会现场总线概述2.1 什么是基金会现场总线?基金会现场总线(Foundation Fieldbus)是一种用于工业自动化领域的数字串行通信总线系统。
《基金会现场总线》课件
系统集成与测试
系统集成是将多个设备和系统连接在 一起，形成一个完整的自动化系统。
系统测试是对自动化系统进行全面检 测和评估的过程，以确保系统的性能 和可靠性。
在基金会现场总线上，系统集成需要 考虑不同设备和系统之间的通信和数 据交换，以确保整个系统的协调运行 。
系统测试包括功能测试、性能测试、 安全测试等方面，以确保系统在各种 工况下的稳定性和可靠性。
可靠性挑战
由于基金会现场总线系统通常应用于工业环境中，因此需要 具备高可靠性和稳定性，能够应对各种恶劣环境和意外情况 。
06 基金会现场总线案例分析
CHAPTER
案例一：智能制造系统中的应用
总结词
智能制造系统通过基金会现场总线实现设备间的实时通信和数据共享，提高生产效率和设备利用率。
详细描述
在智能制造系统中，基金会现场总线技术被广泛应用于各种设备和传感器之间的通信。通过该技术， 设备可以实时地共享和传输数据，使得生产过程中的各种信息能够得到及时、准确的传递。这不仅提 高了生产效率，还降低了设备的故障率，提高了设备利用率。
用于记录和存储总线网络中的数据，以便于分析和处理。
04 基金会现场总线的软件技术
CHAPTER
设备描述语言
设备描述语言是用于描述设备功能、特性和参数的一种语言，它能够使设备在基金 会现场总线上进行互操作。
设备描述语言采用XML格式，通过定义设备的属性和方法，实现对设备的描述和配 置。
设备描述语言是基金会现场总线软件技术的重要组成部分，它能够提高设备的互操 作性和可维护性。
标准化与互操作性
标准化
基金会现场总线技术需要遵循统一的国际标准，以确保不同厂商的设备能够互 操作和兼容。
互操作性
现场总线技术之基金会现场总线
南京理工大学紫金学院工业自动化网络技术及应用课程论文课题名称：现场总线技术之基金会现场总线班级：11自动化姓名：曹峰学号：110603123指导教师：李艳实验学期：大四上现场总线技术之基金会现场总线1 现场总线技术现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。
他的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要的影响 。
1.1 现场总线概述现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。
其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。
或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。
它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。
这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。
它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。
控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。
1.2 现场总线分类自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的领域显示了自己的优势。
他们具有各自的优点，显示了较强的生命力。
02基金会现场总线技术概述
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
基金会现场总线技术概述
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
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FF的宗旨
• 开发出符合IEC和ISA标准的，唯一的国际现场总线， 即基金会现场总线FF • 加速推广现场总线的应用 • 向全球提供现场总线技术的支持
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现场总线基金会的目标
• 帮助用户接受互可操作现场总线技术 • 支持互可操作现场总线标准的开发 • 促进互可操作现场总线产品的开发 – 开发并发布技术规范 – 提供培训 – 确保技术的可用性
FF的通信模型组成
• FF的通信模型按功能分为三大组成部分： • 通信实体 • 系统管理内核 • 功能块应用进程 • 各部分之间通过虚拟通信关系VCR（Virtual Communication Relationship）来进行信息交换
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
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现场总线基金会的现场总线技术和发展
专论与综述 现场总线基金会的现场 总线技术和发展*陆德民(北京石化工程公司,100101) 摘要 介绍了现场总线基金会四位专家在北京做的有关现场总线的技术及发展报告。
对现场总线的定义和各层网络内部结构及有关公司的产品,在工业现场实际运行试验做了详尽地解释。
关键词 现场总线 数字信号 局域网 调度传输 对象字典 功能块 设备描述语言1 现场总线基金会的历史回顾1992年以前,IEC和ISA两大具有国际影响的专业组织皆相继开展了组织制定有关现场总线的标准和规范工作。
当时,在西欧德国也有PNO 组织(推广Profibus技术)和法国Club FIP组织(推广FIP技术)。
由于很难协调不同见解的统一,因此标准工作进展缓慢,难以满足西欧和北美各自动化仪表厂商的要求。
1992年10月由Fisher-Ro semount,Fox bro, Siem ens,Yo ko gaw a等大公司发出成立ISP(Inter-operabl,System Pro jeet)集团。
这个集团是以德国Pro fibus技术为基础,总部设在美国T exas州Austin市,进行现场总部标准及技术规范的制定和推广工作。
随后,有90余个公司加入该集团组织。
当时,法国的Club FIP已分成北美Wo rld FIP和西欧World FIP两部份。
参加北美Wo rld FIP的有Ho neyw ell,Square D,Allen-Br adley, Bailey等公司,作为对ISP组织成立的反应,1993年也在美国的No rth Caro lina州的Ralieg h市建立总部宣称对现场总线的标准和技术规范的制订和推广工作,以后陆续有120余个公司(包括一些用户公司)加盟。
因此,世界上出现了ISP和Wo rld FIP两大现场总线的集团,都宣称国际化和开发出现场总线的产品。
但是,用户们在观望,没有大量选用他们生产的智能装置和控制系统,用户期望的是一个统一的可相互操作的现场总线。
第四章基金会现场总线3
• 4.1.1 FF主要技术 • 1、通信技术 • 包括：通信协议、模型、控制器芯片、
网络和系统管理 • 涉及：通信栈软件、仪表用通信接口卡、
与计算机的接口卡、网关、网桥、中继 器等
• 2、标准化功能模块与功能模块应用进程
• 提供：通用结构，所需功能划分为功能模块， 实现公共特征标准化
• 规定：I/O、算法、事件、参数实现混合组态 与调用
• 3、设备描述（DD）与设备描述语言（DDL)
• DD:用于控制系统理解来自于现场设备的数据 意义
• DDL：设备描述的标准编程语言。把DDL编写 的设备描述源程序转化为机器可读的输出文件， 来理解各制造商的设备的数据意义。
4.1.1 FF主要技术（续）
度器的设备 • 2、网桥：连接两个总线段之间的设备，
属于链路主设备 • 3、基本设备：只能接收令牌并作出响应，
仅具有最基本的通信功能
4.3.2 通信设备类型
4.3.3 数据链路协议数据单元DLPDU
• 作用：提供数据链路的协议控制信息 • 组成： • 1、帧控制信息 • 2、数据链路地址 • 3、DLPDU参数
• 信号编码
• 1、前导码：置于信号的 最前端规定信号： 10101010，1个字节
• 2、帧前定界码：表明现 场总线信息的起点，8个 时钟周期，由特殊的N+、 N-和正负跳变脉冲按规定 顺序组成
• 3、帧结束码：表明现场 总线信息的终止，8个时 钟周期，由特殊的N+、N和正负跳变脉冲按规定顺 序组成（不同于帧前定界 码）
• 遵循IEC1158-2(1993年）和ISA-S50.02中 有关物理层的标准。
• H1标准：FF-816 31.25Kbps(低速) • H2标准：1Mbps , 2.5Mbps • 物理层的基本任务： • 1）不包括传输媒体本身 • 2）为数据传输提供合格的物理信号波形，
基金会现场总线_FF_第一讲基金会现场总线技术简介
基金会现场总线(FF)第一讲 基金会现场总线技术简介阳宪惠(清华大学自动化系,北京,100084)现场总线是当今自动化领域的热门话题之一。
鉴于已有多篇文章介绍和讨论了现场总线的概貌、特点、优点等,本文仅简要介绍在过程自动化系统领域有重要影响且有着良好发展前景的基金会现场总线技术。
这种现场总线标准是由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)组织开发的。
基金会的前身是由Rocemount,ABB,Fox boro, Siemens,Yokogaw a等80多家公司联合成立的ISP(Interoperable System Protocol),以及由Honeyw ell、Bailey等120多个公司组成的World FIP(Factory Instrumentation Proto col)。
ISP和w orld FIP两大集团于1994年合并,成立了现场总线基金会,致力于开发出统一标准的现场总线。
它得到了世界上主要自控设备供应商的广泛支持,在北美、亚太、欧洲等地区具有较强的影响力。
1 基金会现场总线与新型的网络集成自动化系统基金会现场总线被称之为用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、多节点的通信技术。
基金会现场总线系统作为一种低带宽的通信网络,由具备通信能力、同时能完成控制、测量等功能的现场自控设备作为网络节点,通过现场总线把它们互连为网络。
由于它所采用的是串行数据通信,仅由两根导线组成的网段上可挂接多个现场仪表,从根本上改变了原有模拟仪表的一对一接线方式,在节约费用的同时,还给设计、安装、维护带来许多方便。
它通过网络节点间操作参数与数据的调用,实现信息共享与系统的各项自动化功能。
作为网络接点的智能仪表具备通信接收、发送与通信控制能力。
它们的各项自动化功能是通过网络节点间的信息传输、联接,各分布节点的功能集成而共同完成的。
从这个意义上讲,可以把它们称之为网络集成自动化系统。
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程篇一：基金会现场现场总线(Fieldsite/Field Service总线)是一种现场设备的通信协议,旨在提供一种简单、高效、可靠的通信方式,使设备能够在不连接中央服务器的情况下进行通信。
基金会现场现场总线最初由思科公司开发,并于1997年首次发布。
基金会现场现场总线的定义是指一组定义在通信协议中的规则,用于指导设备和网络之间的通信。
这些规则通常包括设备地址、通信协议、数据格式和错误处理等。
基金会现场现场总线的优点是可以在分布式系统中实现高效的通信和可靠的数据传输,因此被广泛应用于物联网、工业自动化、医疗设备、交通运输等领域。
基金会现场现场总线的发展历程可以分为三个阶段。
第一阶段是早期的基金会现场现场总线,主要用于连接小型设备,如交换机、路由器等,这些设备通常是集中部署的。
第二阶段是2000年左右出现的现场总线,它允许不同类型的设备(如交换机、路由器、集线器等)通过标准化接口进行通信。
第三阶段是近年来发展的趋势,即基于云的基金会现场现场总线,它允许设备和云服务之间进行通信,并提供更高的安全性和灵活性。
基金会现场现场总线的应用非常广泛,包括工业自动化、医疗设备、交通运输、智能家居、智能城市等领域。
在实际应用中,基金会现场现场总线通常与其他通信协议和系统相结合,以实现更复杂的网络结构和更高的性能。
除了提供通信协议和规则外,基金会现场现场总线还可以用于管理设备和网络。
基金会现场现场总线提供了一些标准的功能,如设备配置、故障排除、网络监控等,这些功能可以帮助管理员更好地管理和维护设备和网络。
此外,基金会现场现场总线还可以与其他工具和软件相结合,以提高网络管理和监控的效率和质量。
总之,基金会现场现场总线是一种简单、高效、可靠的通信协议,它在实际应用中得到了广泛的应用。
随着云计算、物联网等技术的不断发展,基金会现场现场总线也在不断演进,以适应不断变化的市场需求。
篇二：基金会现场现场总线(Field Service Communication总线)是一种现场设备与远程服务器之间进行通信的标准接口。
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基金会现场总线技术摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的新兴技术和热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它主要解决现场的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信，以及这些现场设备和高级控制系统乃至整个企业信息化管理系统之间的信息传递问题。
与传统控制系统，如 DCS、PLC等相比，现场总线控制系统具有全数字通信、可互操作、高度分散、开放性好、可靠性高、投资与维护成本低等独特的优点。
基金会现场总线是现场总线基金会为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的，基金会现场总线将在今后自动控制技术的发展中发挥重要作用。
1 发展概况1.1 基金会现场总线历史基金会现场总线（以下简称为FF）的前身是ISP和WorldFIP标准。
ISP标准是可互操作系统协议的简称，它基于德国的Profibus标准。
ISP制订于1992年，由美国Fisher—Rosemount公司牵头，有80多家公司参加，包括Smar、E+H、Siemens、Foxboro、横河、ABB等公司，成员以仪表制造厂家为多。
则是世界工厂仪表协议的简称，基于法国的FIP标准。
WorldFIP 是由Honeywell公司牵头，联合Allen-Bradley、Elsay、Bailey等多家欧洲著名公司于1993年制订而成，其成员也有150多家，不少是PLC制造厂家。
自此以后，这两大派别极力维护自身利益，现场总线长期得不到统一，因此受到广大用户的批评。
迫于用户压力和市场需求，1994年9月，ISP和WorldFIP北美部分终于达成共识，一起成立了现场总线基金会，致力于开发国际上统一的现场总线协议。
该基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备、DCS制造厂家、科研机构和最终用户。
由于这些公司是自动化领域自控设备的主要供应商，它们生产的变送器、执行器、DCS和流量仪表占世界市场的90%，对工业底层网络的功能需求了解透彻，也具备足以左右该领域自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会新颁布的现场总线规范具有一定的权威性。
目前，国内一些著名企业和科研机构如浙大中控、北京华控、清华大学等也是FF的重要成员。
1.2 基金会现场总线的发展基金会现场总线分低速Hl和高速H2两种通信速率。
Hl的传输速31．25kbps，通信距离可达1．9km，可支持总线供电和本征安全防爆环境。
H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，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，其传输信号采用曼切斯特编码。
基金会现场总线以ISO／OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。
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。
基金会现场总线的主要技术内容，包括FF通信协议、用于完成开放互连模型中第2～7层通信协议的通信栈(Communication Stack)、用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典、用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。
2 技术特点2.1 适用于过程自动化的低速部分FF-H1FF总线的低速部分FF-H1是参考了ISO/OIS参考模型，并在此基础上根据过程自动化系统的特点进行演变而得到的。
除了实现现场总线信号的数字通信外，FF-H1具有适用于过程自动化的以下特点：支持总线供电FF-H1采用了基于IEC1185-2的双线信号传输技术，并为现场设备提供两种供电方式：非总线供电和总线供电。
非总线供电的现场设备的工作电源直接来自外部电源。
总线供电的场合，总线上既要传送数字信号，又要由总线为现场设备提供电源量按FF-H1的技术规范，携带协议信息的数字信号以31.25KHz的频率、0.75V~1V的峰峰电压被调制到9V~32V的直流供电电压上。
支持本质安全FF-H1的现场设备按照设备是否为总线供电，是否可用于易燃、易爆环境以及功耗类别而区分的。
根据本质防爆要求，应用于易燃、易爆场合的设备，除了应保证能完成测量、控制、通信等的正常工作外，还应在任何情况（如断路、短路故障以及在操作过程中的维护、接通、断开等情况）下，不致于产生火花和引发燃烧、爆炸等重大事故。
对此，FF-H1 技术规范规定的总线供电的本安型标准设备的推荐参数为最高输入电压大于24V，最大输入电流小于250mA，最大输入功小于1.2W，最大内部容抗小于5nF，最大内部电感小20uH。
3)令牌总线访问机制FF-H1采用了令牌传递的总线控制方式。
这种方式从物理上看，它是一种总线结构的局域网，站点共享的传输介质为总线。
但从逻辑上，它是一种环型结构的局域网，连接到总线上的站点组成一个逻辑环，每个站点被赋予一个顺序的逻辑位置，站点只有取得令牌才能发送数据帧，该令牌在逻辑环上依次传递FF-H1中令牌传递是由链路活动调度器进行控制的。
FF-H1的通信活动被分为受调度通信和非调度通信。
FF采用的这种基于LAS的链路活动调度，确保了控制系统中的信息传输的及时性。
2.2 基于以太网的高速部分HSE现场总线基金会放弃了其原来规划的H2（传输速率为1M和2.5Mbps）高速总线标准，并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范，它迎合了控制和仪器仪表最终用户对可互操作的、节约成本的、高速的现场总线解决方案的要求。
HSE充分利用低成本和商业可用的以太网技术，并以100Mbit/s到1Gbit/s 或更高的速度运行。
HSE支持所有的FF总线低速部分31.25Kbit/s的功能，例如功能模块和设备描术语言，并支持 #$ 设备与基于以太网的设备通过链接设备接口。
与链接设备连接的 H1设备的点对点通信，无需主机系统的干涉。
而且，与一个链接设备相连的 #$ 设备可以直接和与另一个链接设备相连的 #$设备通信，也无需主机干涉。
HSE现场总线技术的另一个关键特点是，HSE现场设备支持标准的FOUNDATION功能模块，例如Al、AO 和 PID，也包括新的、具体应用于离散控制和 AQO子系统集成的“柔性功能模块”。
FFB使用标准的编程语言，例如IEC61131。
尽管FFB是HSE的一部分，它也能被用于H1。
链接设备和HSE现场设备可以结合进一个单一的、节约成本的和强大的物理设备，用于批处理、逻辑PLC和连续控制。
另外，所有或部分的HSE网络和设备可实现冗余，以适应应用中容错的需要。
3 使用规范3.1 基金会现场总线挂接现场仪表数量和电缆长度的估算各种总线协议对于总线电缆的长度都有不同的要求，根据不同的厂家所提供的不同产品型号，可以计算出总线所挂接的仪表数量和总线电缆的长度.现就以P+F公司KLD2-STR-1.24.40.IEC现场总线配电器为例加以说明。
配电电能力:24VDC/400mAFF总线变送器耗电:9V/l7.5mAFF总线阀门定位器电:9V/26mAFF现场总线A型电缆分布电阻:44Ω/km现场变送器可挂接数量为:400/17.5=22.8(台)阀门定位器可挂接数量为:400/26=15.3(台)通过上述计算可以看出，每根FF总线可以挂接22台变送器或巧台阀门定位器.在实践中，每段HI总线通常挂接16台现场仪表。
如果总线上挂接9台变送器和4台间门定位器，则现场仪表消耗总电流为: (9x17.5)+(4x26)=261.5(mA)总线电缆的允许电压降为:24一9=15(V)电缆总电阻允许为:15/0.2615=57.36(Ω).则电缆长度为:5736+44=1.3036(km)可以看出，如果FF总线上挂接9台变送器和4台间门定位器，则该电缆长度可以达到1303.6m，可以满足一般工业现场的实际要求。
4 主要用途所有的FF产品必须经过现场总线基金会的认证,这包括通信栈(Stack)的一致性测试和设备的可互操作性的测试。
目前全世界有11个通信栈通过一致性测试,并注册。
这其中包括:smar公司、Fisher-Rosemount、National Instruments、Yamatake -Honeywell等。
4.1 FF产品的现状所有的现场设备必须通过现场总线基金会的可互操作性的测试,在进行可互操作性的测试时必须包含一个注册的通信栈。
目前全世界已有多家公司的多个产品在现场总线基金会注册。
这其中包括:主机系统: Fisher - Rosemount; Foxboro;Honeywell;smar公司等。
压力变送器:Rosemount的3051;Honeywell的ST3000FF;Foxboro的LASPT10;smar公司的LD302;Yamatake的DSTJ3000等;Yokogawa的EJA。
温度变送器:Honeywell的STT35F;Rose-mount的3244;smar公司的TT302。
流量变送器和流量计: Rosemount的8800A;Yamatake的Magnew3000;Yokogawa的YF。
阀门定位器:Fisher的VDC5000f等。
分析仪: Rosemount的4000氧分析仪、4081pH计等。
组态工具: Fisher - Rosemount; Foxboro;smar公司;Yamatake;National Instruments等。
接口卡:Fisher-Rosemount;smar公司;Na-tional Instrument等。
控制器:Fieldbus公司的UCR-501现场总线控制器;National Instruments的FP3000现场总线网络控制器等。
现场总线I/O接口:Fisher-Rosemount;smar公司等。
参考文献[1]周勇基金会现场总线发展状况. 自动化与仪器仪表 1999年第6期[2]冯冬芹施一明“基金会现场总线（FF）技术”讲座. 《自动化仪表》第22卷第6期 2001年6月[3]许达荣先进控制技术在核电过程控制中的应用. 硕士学位论文 2007年6月5号[4]李喜刚基金会现场总线的工程应用. 化工自动化及仪表 1999年第26期[5]张金平浅析FF基金会现场总线及应用. 第八届工业仪表与自动化学术会议。