现场总线_10种现场总线标准与工业以太网资料
工业以太网与现场总线技术及应用
工业以太网与现场总线技术及应用摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。
以太网就是这样的一种网络。
本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。
关键词：现场总线控制系统以太网 FCS一引言随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。
它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。
但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。
首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。
复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。
其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。
同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation Fieldbus等几十种现场总线。
由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。
因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。
因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。
为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。
二以太网进入现场总线以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。
它具有如下特点：(1)以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术,它受到广泛的技术支持,因此容易获得控制领域生产厂家的认可。
精选现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通 信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可 支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。
1与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： ➢ 网络管理报文（NMT） ➢ 服务数据对象SDO(Service Data Object） ➢ 过程数据对象PDO（ProcessData Object） ➢ 预定义报文或者特殊功能对象
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CiA Draft Standard Proposal 402
1 2 3 4 5 6
PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
➢ 节点启动(boot-up)
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现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Module Control
现场总线、工业以太网、工业无线
现场总线、工业以太网、工业无线【前言】目前工业通信领域的三大主流技术：现场总线、工业以太网、工业无线。
综合应用趋势：将现场总线、以太网、嵌入式技术和无线通信技术融合到控制网络中，在保证系统稳定性的同时，又增强了系统的开放性和互操作性，从而有助于企业加快新品开发、降低生产成本、完善信息服务。
【现场总线】现场总线的出现不仅简化了系统的结构，还使得整个控制系统的设计、安装、投运、检修维护都大大简化，给工业自动化带来一场深层次的革命。
但现场总线技术至今还没有一个统一的标准。
事实上，从现场总线的概念提出开始，国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就着手开始制定现场总线的标准，至今统一的标准仍未完成。
很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。
【工业以太网】正当现场总线标准大战硝烟正浓之时，以太网悄悄进入了控制领域，从而产生了一个新的名词工业以太网，并且由于以太网传输速率较现场总线更快等优势，以太网技术一出生就风华正茂，近年来其势头更是盖过了现场总线。
然而，正如当年的现场总线的标准之争一样，工业以太网也出现了多种不同的以太网技术，如Ethernet/IP，Profinet，ModbusTCP，EtherCAT，Powerlink等，而且这些网络在不同层次上基于不同的技术和协议，包括了OPC，CP，IP等，而且，每种技术的背后都有不同的厂商阵营在支持，这就决定了多种以太网技术并存的局面。
【工业无线】再说说无线技术，从复杂的布线到如今仅需要一台无线信号发射器，从依赖PC机到现在可利用任何配有无线终端适配器的设备，连接网络呈现出在任何时间、任何地域、任何设备上都畅通无阻的现状。
技术的发展同时也推动了社会的进步，无论是军用产品、工业产品，甚至民用产品，无线技术俨然成为社会发展中必不可少的一部分。
相比有线网络，无线网络具有移动性，。
现场总线与工业以太网-ProfiBus通讯技术
ProfiBus通讯技术的概述
1
类型
按传输速度分为ProfiBus DP、ProfiBus PA和ProfiBus FMS三种类型。
2
特点
传输距离长、接口方便、可靠性高、实时性好、适用性强。
3
应用领域
广泛应用于工业自动化、过程自动化以及工控网络。
现场总线和工业以太网的区别
1 支持的节点类型不同
ProfiBus适用于工厂自动化现场的传感器、执行机构等自动控制设备，而工业以太网适用 于计算机网络中的各种数据传输节点。
身技术的改进和完善，与现有工业控制网络 相结合，不断满足不同行业的自动化需求。
方便的接口
标准的RS-485接口易于连接和维护。
适用性强
适用于多种设备和场合，能适应多变的现场环 境需求。
ProfiBus在工业自动化中的应用
生产过程中的控制
ProfiBus应用广泛，如轨道交通信号控制系统，飞机 发动机控制系统，生产过程中的各种控制以及机器 人控制平台等。
物流行业中的应用
Proபைடு நூலகம்iBus应用在物流行业中，如卷烟机设备、包装设 备、包卷设备和输送带设备。
ProfiBus的未来发展趋势
1
实现更高速率
为满足控制网络不断提升的数据传输速度和容量需求，ProfiBus正在不断研发设计更高速率的 新产品，比如ProfiNet IOC。
2
支持IEEE 802标准
正在开发能够支持IEEE 802标准的ProfiBus产品，以增强ProfiBus网络兼容性和互操作性。
现场总线与工业以太网ProfiBus通讯技术
现场总线与工业以太网是工业自动化领域中最常见的现场通讯技术。本次演 示将深入探讨其中最前沿的ProfiBus通讯技术。
工业通信中的工业以太网与现场总线比较
工业通信中的工业以太网与现场总线比较工业通信是指在工业环境中实现设备之间信息传递和控制的过程。
随着工业自动化的发展，工业通信技术也得到了广泛应用。
其中，工业以太网和现场总线是两种常见的通信技术。
本文将对工业以太网和现场总线进行比较，探讨其各自的特点和适用场景。
一、工业以太网工业以太网是一种基于以太网技术的通信网络，它采用了以太网的物理层和数据链路层协议，同时也引入了一些工业特定的协议。
与普通的以太网相比，工业以太网在实时性、可靠性和稳定性方面进行了优化。
它支持高速通信和大带宽传输，能够满足现代工业环境中对数据传输速度和质量的要求。
工业以太网适用于需要高速通信和大规模连接的场景，如工业自动化、机器人控制和分布式控制系统。
它可以同时传输多个数据流，并支持实时监控和控制。
由于其基于标准的以太网协议，工业以太网具有较好的兼容性和可扩展性，易于集成和维护。
二、现场总线现场总线是另一种常用的工业通信技术，它是一种分布式控制系统中用于实现设备之间数据传输和通信的协议。
现场总线通常采用串行通信方式，将控制系统中的各种设备连接起来，通过总线传输数据和命令。
现场总线具有以下几个特点：首先，它是一种实时性较好的通信技术，能够满足工业自动化对实时监控和控制的需求；其次，现场总线采用分布式的网络结构，可以减少布线的复杂性和成本；第三，现场总线支持多主控制，可以实现多台设备之间的并行操作；最后，现场总线具有较好的抗干扰能力和可靠性，能够适应恶劣的工业环境。
现场总线适用于需要分布式控制和小范围通信的场景，如工业机械、设备监控和传感器网络。
由于现场总线采用串行通信方式，它的传输速率相对较低，适用于不需要大带宽和高速通信的应用。
三、工业以太网与现场总线的比较工业以太网和现场总线在工业通信中都有自己的优势和适用场景。
下面对它们进行比较：1. 传输速率：工业以太网的传输速率相对较高，可以达到百兆甚至千兆级别，而现场总线的传输速率一般在几十到几百kbps之间。
现场总线与工业以太网总线知识概述
现场总线与工业以太网总线知识概述1. 简介现场总线和工业以太网总线是现代工业自动化中常用的通信协议，用于实现工业设备之间的数据交换和联网。
本文将对现场总线和工业以太网总线的基本概念、特点、应用、优缺点等进行概述。
2. 现场总线概述2.1 定义现场总线是一种用于工业现场设备之间数据交换和通信的网络协议，它通过将控制和信号传输集成到一根通信线上，实现设备的多对多通信。
2.2 特点•高可靠性：现场总线具有高抗干扰性和冗余技术，能够保证数据的可靠传输。
•简化布线：现场总线使用单根通信线连接多个设备，减少布线工作量。
•实时性强：现场总线能够实现实时数据交换和控制，满足工业自动化的要求。
•易于扩展：现场总线支持设备的插拔，方便系统的扩展和维护。
2.3 应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，用于实现工业控制系统中各个设备之间的通信和数据交换。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、Modbus等。
3. 工业以太网总线概述3.1 定义工业以太网总线是基于以太网技术的通信协议，用于实现工业现场设备之间的高速数据交换和通信。
3.2 特点•高带宽：工业以太网总线支持高速数据传输，满足对数据通信速度要求较高的应用场景。
•灵活可靠：工业以太网总线支持灵活的拓扑结构和冗余技术，能够满足复杂工业环境中的通信需求。
•开放性强：工业以太网总线基于标准以太网协议，具备良好的兼容性和互操作性。
•易于集成：工业以太网总线可以与现有的以太网设备和IT系统进行无缝集成。
3.3 应用工业以太网总线在工业自动化领域得到广泛应用，特别是在大规模工业控制系统中。
常见的工业以太网总线协议有Ethernet/IP、Profinet、EtherCAT等。
4. 现场总线与工业以太网总线的比较4.1 网络结构现场总线采用集线器或总线控制器连接多个设备，形成总线型拓扑结构；而工业以太网总线通常采用交换机连接设备，形成星型或树型拓扑结构。
4.2 通信速度工业以太网总线的通信速度较快，可达到千兆位级别，适用于对通信速度要求较高的场景；而现场总线的通信速度较慢，一般在10M或100M的范围内。
现场总线与工业以太网及其应用技术
“现场总线和工业以太网之间的转换是可能的，但是需要使用相应的转换设 备或者转换软件来实现。”
“在选择合适的通信协议时，需要考虑控制系统的具体需求和实际情况，包 括设备的成本、通信距离、数据传输速率、可靠性等方面的需求。”
这些摘录不仅可以帮助读者理解现场总线和工业以太网的基本概念和技术， 还可以帮助读者了解这些技术在现代工业控制网络中的应用和优势。这本书还提 供了大量的应用案例，这些案例可以帮助读者更好地理解和应用所学到的知识。
“Modbus是一种非常流行的现场总线协议，它可以支持多种不同类型的数据 传输，包括ASCII、二进制和RTU格式。”
“Profinet是一种基于以太网的工业自动化通信协议，它可以在TCP/IP网络 上实现实时的数据传输。”
“对于一个典型的工业控制系统来说，控制器、传感器和执行器之间的距离 可能会非常远，这需要使用合适的通信协议来实现远距离通信。”
《现场总线与工业以太网及其应用技术》是一本非常值得一读的书。它既提 供了关于现场总线和工业以太网的基本知识，又展示了这些技术在现代工业中的 应用现状和发展趋势。通过阅读这本书，我对这个领域有了更深入的了解，也有 了更全面的认识。这不仅丰富了我的知识库，也提升了我对现代工业自动化的理 解和分析能力。
通过阅读这本书，我对现场总线和工业以太网的应用有了更为清晰的认识。 我了解到，这两种网络技术在现代工业自动化和过程控制领域发挥着越来越重要 的作用。它们的出现，大大简化了复杂的网络结构，提高了系统的稳定性和可靠 性。特别是在实现远程监控和维护方面，这两种技术提供了极大的便利。
我也对现场总线和工业以太网的技术发展趋势有了新的认识。随着新技术的 不断发展，这两种网络技术也在不断演进和完善。例如，对于工业以太网而言， 其正在向更高速度、更远距离、更灵活的方向发展；而对于现场总线而言，其正 在追求更开放、更智能、更安全的特点。这些发展趋势，为我提供了新的视角和 思考。
工业以太网及现场总线
二 现场总线
现场总线作为连接控制系统 中现场 级 装置 和控制设 备 的双 向数字通 信 网 络， 取代原设备级ｆ４ ２ ｍＡ 模拟量） ｌ ～０ （ ＇ ￣ 及 ２ ＶＤ （ ４ Ｃ 开关量） 信号 ，使 自控系统与 设备加入工厂信息 网络，成为企业信息
工 业 以太 网
以太 网是世界上最为流行的局域网 技术 ，以其低成本、用户对其广泛熟悉 以及与互联 网最简单的相连手段而获得 人们的青 睐，因此工业以太 网的出现实
属技 术 发展 的必 然 。
口 １Ｂ Ｅ Ｔ、 Ｊ４ 接 头 的 集 线器 ， ０ ＡＳ — Ｒ 一５ 一
种是 ４口１ Ｂ Ｓ — Ｒ 一５ ０ Ａ ＥＴ、 Ｊ４ 接头再加一
口或 两 口 １ Ｂ Ｅ Ｆ Ｔ接 头 的 集 线 ０ ＡＳ —Ｌ Ｓ
网的底层 。可称为工厂 自动化进程中现
场级通信的一次数字化革命 。它与传统 的控制方式相 比其 优点是明显的。如 ： 增强了现场信息的集成能力 ；抗干扰能 力增加、 系统可靠性提高 ； 安装便捷、 可 维护性好 ；具有开放性 、互操作性 、互 换性 、可集 成性 ；降低了工程成本；具
功能。 双绞线最远距离为 １０Ｔ 多模光 ０ １， Ｉ
如： 传输距离的远近 ， 节点数多少， 处理
数据量大小 ，通信速度 的快慢 ，成本的 高低等 ， 来选择总线就更为恰当。 当然 ， 用户在选择总线产 品时 ，应特别 关注 ： 是否可以实现 不同总线、接 口和网络问
通信的“ 无缝 连 接 ” 。
领域 ，它是否会取代现场总 线？是否会
ห้องสมุดไป่ตู้
出现具 有工业 以太 网接 口的智能化 仪
表？这是值得人们思考的。
５ ０ １２ Ｎ５ ０ ２２ ０ ８ — 、Ｅ ０ ８ — 标准兼容 ； （） ４ 安装方便 ，适 应工业环境 的安 装要求 ，如 Ｄ Ｎ导轨安装。 Ｉ 在本届展会上工业 以太 网产 品有 ： 集线器（ ｕ ） Ｈ ｂ ，交换机（ｗ ｔｈ ，接 Ｅ转 Ｓｉ ） ｃ ｌ 换器（ ｄａＣ ｎ ｅｔｒ，网卡 。 Ｍｅ ｉ ｏ ｖｒ ） ｅ 集线器有两种类型， 一种是４口或８
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Type1通用现场总线网络结构
H2面向过程控制级、监控管理级 和高速工厂自动化的应用，其速 率为1，2.5和100Mbps。
H1主要用于现场级，其速率为31.25Kbps，负责两线制向现场仪表供电，支持带总线供 电设备的本质安全
TYPE 2
Type2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线
节点（ Node）：节点是指连结到总线上的设备。 P-NET协议的节点包括三种类型：主站、从站 和网关。 主站（ Master）：在 P-NET协议中是惟一可以拥有令牌，并发出请求信息的节点，主站对总线 的访问是主动的。在主站获得总线令牌后允许在一定的时间内访问总线，拥有一次令牌只能发 送一次请求，主站在使用完令牌后即将令牌传给下一个主站。 从站（Slave）：在收到主站的请求后，在一定的时间内返回相应的响应，从站不能拥有令牌， 对总线的访问是被动的，只有在被某个主站访问时才能占用总线返回响应。 网关（ Gateway） :是连接两个或更多段总线的设备。 P-NET是多段多网络总线，段与段之间以 网关相连。网关即起到隔离总线段的作用，又在段与段之间进行信息的传递，实现不同总线段 之间的通信。 虚拟令牌： P-NET通信协议遵循虚拟令牌制传递方式。所谓虚拟令牌就是在各主站访问总线时， 并没有实际的令牌在各个主站之间传递，传输的一帧信息中并不包含令牌字节。各主站对总线 的访问遵循一定的时间机制，这是通过空闲总线位周期计数器和总线访问计数器来实现的。 空闲总线位周期计数器（Idle Bus Bit Period Counter）：空闲总线位周期计数器是用来计算总线 上没有主站访问的周期数的，它总是从 40开始增加，遇到一个空闲位周期，则“空闲总线位周 期计数器”增加10，遇到主站访问总线，“空闲总线位周期计数器” 重新从40开始计。 总线访问计数器（Bus Access Counter）：总线访问计数器是用来纪录访问总线的主站的站号， 并且利用该站号来实现总线的同步。每次令牌从一个主站传给另一个主站时“总线访问计数器” 都要加1，访问总线的主站的站号要与总线访问计数器的值相等，否则会出现总线不同步错误。
Type2 现场总线系统体系结构
TYPE 3
TYPE 4
通信方式采用虚拟令牌（—Virtual Token）传递方式。 只有主站可以拥有令牌，主站在拥有令牌时，可以向 从站发出一个请求，从站在390s内访问总线，以保 存在内存中的数据立即返回一个响应，从而完成一次 通信循环。数据在内存中的存储顺序是符合FIFO机 制的每个节点含有一个通用的单芯片微处理器，可以 完成测量、标定、转换和应用功能。P-NET总线的物 理层采用RS-485标准，使用屏蔽双绞线通信电缆， 当通信频率为76.8KHz时，传输距离可达到1.2km。 P-NET采用NRZ异步传输方式。
现场总线控制系统
10种现场总线标准与工业以太网
第1 部分 10种现场总线标准
按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义，安装在制 造或过程区域的现场装置与控制室的自动控制装置之 间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总 线。
根据使用场合和用途不同，现场总线又分为H1低速 现场总线和H2高速现场总线。
Tpye5 FF HSE现场总线
1998年，美国Fieldbus Foundation（FF）基金会决定采用 高速以太网（High Speed Ethernet，HSE）技术开发H2现场总 线，作为现场总线控制系统控制级以上通信网络的主干网，它与 H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构。 HSE网络遵循标准的以太网规范，并根据过程控制的需要适 当增加了一些功能，但这些增加的功能可以在标准的 Ethernet结 构框架内无缝地进行操作，因而FF HSE总线可以使用当前流行 的商用（COTS）以太网设备。100Mbps以太网拓扑是采用交换 机形成星形连接，这种交换机具有防火墙功能，以阻断特殊类型 的信息出入网络。HSE使用标准的IEEE802.3信号传输，标准的 Ethernet接线和通信媒体。设备和交换机之间距离，使用双绞线 为100米，光缆可达2千米。HSE使用连接装置（LD）连接H1子 系统， LD执行网桥功能，它允许就地连在 H1网络上的各现场设 备，以完成点对点对等通信。HSE支持冗余通信，网络上的任何 设 备 都 能义的H1总线为用于制造或过程区 域的、通过两根传输线向现场装置供电的低速串行总 线； H2总线为无需解决两线制供电、用于装置间传送 信息的高速串行总线。
H1和H2总线相辅相成构成了完整的工业自动化系统 信息通信网络。
Type1 TS61158 现场总线
1998年前，IEC/SC65C只推荐一种类型的现 场总线，该总线主要采纳Foundation Fieldbus总 线和WorldFIP总线基本技术，并严格按照IEC定 义制定现场总线标准。它支持各种工业领域的信 息处理、监视和控制系统，用于过程控制传感器、 执行器和本地控制器之间的低级通信，可以与工 厂自动化的PLC实现互连。