现场总线电缆工业用以太网电缆
三种工业总线及其中的现场总线
一，工业总线三种基本类型*传感器级总线，即485总线网络*设备级总线，即HART总线网络*现场总线，即FieldBus现场总线网络现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网现场总线分为以下几种：下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
以太网与工业以太网的区别
以太⽹与⼯业以太⽹的区别 以太⽹产⽣延迟的主要原因是冲突，其原因是它利⽤了CSMA/CD技术。
在传统的共享⽹络中，由于以太⽹中所以的站点，采⽤相同的物理介质相连，这就意味着2台设备同时发出信号时，就会出现信号见的互相冲突。
为了解决这个问题，以太⽹规定，在⼀个站点访问介质前，必须先监听⽹络上有没有其他站点在同时使⽤该介质。
如果有则必须等待，此时就发⽣了冲突。
为了减少冲突发⽣的⼏率，以太⽹常采⽤1-持续CSMA，⾮持续CSMA，P-持续CSMA的算法2。
由于以太⽹是以办公为⽬标设计的，并不完全符合⼯业环境和标准的要求，将传统的以太⽹⽤于⼯业领域还存在着明显的缺陷。
但其成本⽐⼯业⽹络低，技术透明度⾼，特别是它遵循IEEE802.3协议为各⼚商⼤开了⽅便之门。
以太⽹的缺陷 1、确定性 由于以太⽹的MAC层协议是CSMA/CD，该协议是的⽹络上存在冲突。
对于⼀个⼯业⽹络，如果存在着⼤量的冲突，就必须多次重发数据，使得⽹络间通信的不确定性⼤⼤增加，带来系统控制性能的降低。
2、实时性 在中，在⼀个事件发⽣之后，系统必须在⼀个可以准确预见的时间范围内作出反应。
⽽⼯业上对数据传输的实时性要求⾮常⾼，数据的更新是在数⼗毫秒完成。
⽽以太⽹的CSMA/CD机制，当发⽣冲突时重发数据，可以尝试16次，这种解决冲突的机制是以付出时间为代价的。
⽽设备的掉线，可能会造成重⼤的设备或者⼈⾝安全事故。
3、可靠性 以太⽹是为商业设计的，但应⽤到⼯业现场，⾯对恶劣的⼯况、严重的线间⼲扰，必然降低其可靠性。
所以⼯业⽹络要求具有⾼的可靠性，可恢复性以及可维护性。
的解决机制 1、交换技术 将共享的局域⽹进⾏有效的冲突域划分机制。
各个领域之间⽤交换机连接，减少冲突问题和错误传输。
这样可以尽量避免冲突的发⽣，提⾼系统的确定性。
2、⾼速以太⽹ 冲突的发⽣与负载有关，负载越⼤，发⽣冲突的概率越⼤。
提⾼以太⽹的通讯速度，可以有想降低⽹络的负荷。
工业总线可分为以下三种基本类型
单片机作业工业总线与温度测量班级：学号：姓名：工业总线可分为以下三种基本类型:传感器级总线、设备级总线和现场总线。
传感器级和设备级总线属于较低层次的工业网络,用于处理传感器、行程开关、继电器、接触器和阀门定位器这类工业设备;而现场总线是一种较高层次的工业网络,用于完成一些过程控制器或现场仪表之间的通信。
另外,由于设备级总线和现场总线有时完成相同的功能,因此它们之间是相互关联的,并且可同时存在于同一系统中(现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。
由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。
近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。
现场总线的种类主要有：基金会现场总线FF；ProfiBus；WorldFIP；ControlNet/DeviveNet；CAN等1、基金会现场总线FF现场总线基金会包含100多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。
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。
RS和CAN总线与以太网比较
以太网、CAN总线、RS485总线都属于现场总线范畴，用户根据不同的场合和应用需求而采用不同的现场总线方式，每种总线有不同的标准特性，通过以下描述了解各种总线的特性以及各种总线优缺点。
一、RS485接口标准✧RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+〔2-6〕V表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-〔2-6〕V表示。
接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
✧RS-485的数据最高传输速率为10Mbps✧RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
✧RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。
而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。
即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
但RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送。
✧因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
✧因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
二、CAN总线接口标准✧国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；✧传输距离远〔最远10Km〕，传输速率快〔最高1MHz bps〕；✧单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；✧多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高；✧实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时；✧出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；✧报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；✧自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高；✧硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻cpu负担，简化软件编制；✧通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等；✧CAN总线系统结构简单，有极高的性价比。
工业通信三大主流技术 谁将成为最后的霸主
现场总线的概念于1984年正式提出。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，所以现场总线技术的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，近十多年来也在工业控制领域得到了迅速发展，并且在工业自动化系统中得到了广泛的应用。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ห้องสมุดไป่ตู้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。
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，没有通信线缆的限制，通信终端可以在通信区域内自由移动或随意布置;组网快速灵活，安装无线通信系统避免了安装有线网时挖掘电缆沟、铺设电缆的繁琐工作，减轻了施工量;覆盖面积广，无线通信可以遍及有线通信可以到达的区域，还可以在不方便使用有线网的地方实现数据通信;扩展能力强，可以组成多种拓扑结构，十分容易扩展节点。当然，现阶段人对无线技术的安全性、可靠性、性价比情况等，仍持有怀疑和观望态度，对无线技术适合怎样的工业应用亦不甚了解。
第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术
现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动 化领域的计算机局域网。 它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级 控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅 是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的 控制系统。 这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的 综合技术，已受到世界范围的关注而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。
NRZ编码采用频带传输。调制方式主要有CPFSK和 COFSK。现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无 线介质。 2．数据链路层 数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC） 和逻辑链路控制层（LLC）。MAC功能是对传输介质传送 的信号进行发送和接收控制，而LLC层则是对数据链进行 控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线网络中的 设备可以是主站，也可以是从站，主站有控制收发数据的 权力，而从站则只有响应主站访问的权力。 关于MAC层，目前有三种协议： （1）集中式轮询协议 其基本原理是网络中有主站，主站周期性地轮询各个节点， 被轮循的节点允许与其他节点通信。
现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结 构对比如图8-1所示。
操作站 LAN 控制站 操作站 LAN CANBUS 服务器 PROFIBUS-DP 4~20mA H1 现场设备
网桥
LonWorks 现场总线 现场设备
传统的模拟仪表
DeviceNet 现场总线
图8-1 FCS与DCS结构比较
8.1.1 现场总线的产生
在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着 一种信号标准，那就是4~20mA的模拟信号标准。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而此时 的计算机提供的是集中式控制处理。 20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理器被 嵌入到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。 随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电 子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、 传输及优化控制等功能的智能设备。 一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪 表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自 校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、 状态报告、趋势图等功能。
广义现场总线标准与工业以太网
由于CAN没有规定应用层和物理接口，一些组织给它制定了不同的应用层和物理接口标准构成了几种完整的现场总线协议，其中比较有名的有下文提到的DeviceNet、SDS以及CANopen等。
（2） 1999年9月IEC TC9（铁路电气设备技术委员会）发布的国际标准IEC 61375列车通信网（TCN）[5]。
WTB用于车辆之间的连接，每一车辆一个节点，WTB可有32个节点（最大62个），860m，媒体冗余，采用有护层的屏蔽双绞线、变压器隔离、曼彻斯特（Manchester）编码，速率1.5Mb/s。
由于总线长，接收信号动态范围大，解码器采用SDSP（统计数字信号处理器）。媒体访问采用主从方式，主站固定，但所有节点均有作为主站的能力，必要时（如主站失效、列车重组等）可改变主站节点。
ISO 11898 3的特点是具有总线管理功能和容错性能。在总线CAN H和CAN L之一断线、CAN H和CAN L之一对电源短路或对地短路、CAN H和CAN L相互短路及线路与终端电阻断开时均能给出指示。总线在正常状态时为差分传输，故障时转为单线传输，故障消除后又自动转为差分传输。
Type1，IEC 61158技术规范。这是由IEC/ISA负责制订的，曾试图使之成为统一的国际标准的一个技术规范，基金会现场总线FF的H1（低速现场总线）是它的一个子集。
Type2，ControlNet现场总线。美国AB公司、Rockwell开发，ControlNet International（CI）组织支持。
除了IEC 61158外，IEC及ISO还制定了一些特殊行业的现场总线国际标准。
（1） 1993年ISO/TC22/SC3（公路车辆技术委员会电气电子分委员会）发布的ISO 11898公路车辆—数字信息交换—用于高速通信的CAN以及低速标准ISO 11519。
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现场总线电缆●工业用以太网电缆
日本电线的IETP-SB、IEQP-SB是适用于FA领域，抗电磁波干扰（EMI）的带屏蔽的工业以太网电缆。
IETP -S B 适合用于ODVA 推荐的「EtherNet／IP 」及(社)日本电机工业会（JEMA）的「FL-net」。
IEQ P -S B 电缆适合用于「PROFInet 」。
电缆的屏蔽特性
1 1 FOpen DeviceNet Vendor Association, Inc.
2 F EtherNet ／IP 是OD VA 的注册商标。
3 F PR OFInet 是Profibus 协会的注册商标。
3
2
电缆的特点
满足ISO ／IEC11801（Cat.5）及TIA ／EIA-568-B.2（Cat.5e ）的电器性能。
铝箔PET 带和高密度编织的双层屏蔽使抗干扰性能更出色，通信传送质量更稳定。
考虑到用于FA 领域，护套使用了阻燃性、耐油、耐热性能良好的无铅聚氯乙烯混合物。
（对应RoHS 指令）
电缆表面印有米标，长度更宜于管理。
电缆的规格
电缆截面图
IETP-SB IEQP-SB
屏
蔽效果
低
高
0试验方法 F absorbing clamp @ i I EC61196-1 j
放射电力 i d B V j
-20
-1010203040500
100200300频率 i M Hz j
400500600
一般UTP 一般ScTP IETP -SB 基准噪音
与一般ScTP 比较约高出20～30dB 屏蔽效果。