现场总线在工业中的发展趋势
现场总线技术及其应用
增强可维护性
现场总线设备具有自诊断和远程诊断功能， 方便维护和故障排除。
优化系统性能
现场总线技术可以实现分布式控制，优化了 系统性能，提高了生产效率。
02
现场总线技术分类与特点
分类方式及标准
按照国际标准分类
分为基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN总线等。
在能源与电力领域，现场总线技术将助力实现能源的高效 利用和电力的稳定传输，提高能源利用效率。
医疗与健康领域
现场总线技术也可在医疗与健康领域发挥重要作用，如实 现医疗设备的远程监控和维护，提高医疗效率和服务质量 。
技术创新与突破建议
加强基础研究
加大对现场总线技术的基础研究 力度，推动理论创新和技术突破
PROFIBUS总线
是一种广泛应用于工业自动化领域的 现场总线技术。它支持多种传输速率 和传输距离，并具有高可靠性和实时 性。
不同现场总线技术的比较
传输速率
不同现场总线技术的传输速率 不同，需要根据实际应用需求
选择合适的传输速率。
传输距离
不同现场总线技术的传输距离 也不同，需要根据实际应用需 求选择合适的传输距离。
无线化与智能化
无线现场总线技术将逐渐普及，实现设备间无线通信，降低布线成本，提高系统灵活性。 同时，智能化现场总线技术将进一步提高设备的自适应性、自诊断能力和远程监控能力。
标准化与互操作性
现场总线技术将更加注重标准化和互操作性，以实现不同厂商设备之间的无缝集成，降低 系统维护和升级成本。
面临的挑战与问题分析
定义：现场总线是一种用于工业 自动化领域，在现场设备之间实 现通信和控制，以及与上级控制 系统进行信息交互的通信技术。
现场总线技术及其发展趋势
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。
它的出现将对该领域的发展产生重要影响。
本场报告主要介绍了现场总线技术及其发展趋势，主要包括现场总线现状及发展、企业网络集成系统介绍和现场总线简介三部分。
一、现场总线现状发展1、现场总线的定义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，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
它是工业控制的底层网络，与执行器、传感器等直接打交道，属于局域网的范畴。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
2、现场总线的本质特点现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。
把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。
现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。
它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统，实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能。
是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。
现场总线系统在技术上具有以下特点：系统具有开放性和互用性通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的系统。
系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。
系统功能自治性系统将传感测量、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，现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。
现场总线控制系统(FCS)发展前景展望
现场总线控制系统（FCS）发展前景展望现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是工业自动化领域中的一种重要技术，其发展前景广阔，正日益受到人们的关注。
以下是对FCS发展前景的展望。
一、背景介绍现场总线控制系统是一种用于工业过程控制的开放型、全数字化网络通信系统。
它将位于现场的各种自动化设备、仪器仪表、传感器等通过一根总线连接起来，实现设备间的信息交互和数据共享。
它具有现场设备分散、信息传输速度快、可扩展性强、可靠性高等优点，因此在石油、化工、电力、制药等许多行业得到了广泛应用。
二、概览随着科学技术的不断进步和工业自动化需求的不断增长，FCS在功能和性能上也不断得到提升。
未来的FCS将朝着更加高效、可靠、安全和智能化的方向发展。
同时，随着工业互联网的普及和发展，FCS将更好地与云计算、大数据、人工智能等先进技术进行融合，实现更加精准、高效、智能的工业过程控制。
三、价值分析FCS的价值不仅在于其技术优势，更在于其能够带来的经济效益和社会效益。
首先，FCS能够提高工业过程控制的精度和效率，减少能源浪费，降低生产成本。
其次，FCS能够提高产品质量和生产效率，增强企业的竞争力。
此外，FCS还能减少人员劳动强度，提高生产安全性和可靠性，改善企业的工作环境。
四、发展趋势1.技术创新未来，FCS将继续在技术创新方面进行探索和实践。
例如，采用更加先进的信号处理技术、通信协议和网络安全技术等，提高FCS的性能和可靠性；同时，探索适应不同工业过程的FCS解决方案，满足个性化的需求。
2.与工业互联网的融合工业互联网的普及和发展为FCS提供了更广阔的发展空间。
未来，FCS将更好地与工业互联网融合，实现各种数据的无缝集成和共享，优化生产流程，提高生产效率和质量。
同时，借助工业互联网平台，FCS可以实现远程监控和维护，提高系统的安全性和可靠性。
3.人工智能的应用人工智能技术的不断进步为FCS带来了新的发展机遇。
2024年现场总线控制系统市场发展现状
现场总线控制系统市场发展现状引言现场总线控制系统作为工业领域中的重要组成部分，发挥着关键作用。
该系统可以用于不同行业的数据采集、监控和控制，提高生产效率和安全性。
本文将对现场总线控制系统市场的发展现状进行分析和总结。
市场概述现场总线控制系统市场近年来呈现快速增长的趋势。
随着工业自动化的推进和技术的不断创新，现场总线控制系统在各行业中得到广泛应用，市场需求日益增加。
同时，全球范围内的工业现代化进程也促使了现场总线控制系统市场的发展。
市场驱动因素1.工业自动化需求增加：随着工业生产规模不断扩大，对自动化控制的需求也越来越大。
现场总线控制系统提供了高效、可靠的数据传输和控制功能，满足了工业自动化的需求。
2.技术创新与升级：现场总线控制系统领域不断涌现出新的技术和解决方案，使系统性能得到提升。
以太网、无线通信等新技术的引入，进一步推动了现场总线控制系统市场的发展。
3.节能减排需求增加：随着能源紧缺和环境问题的不断凸显，各行业对能源的利用和排放的控制提出更高要求。
现场总线控制系统能够对生产过程进行精细化控制，帮助企业实现能源的节约和减排。
市场份额目前，现场总线控制系统市场竞争激烈，涉及的企业众多。
根据市场研究报告，市场份额主要由以下几个企业持有：•Siemens•Schneider Electric•ABB•Honeywell•西门子这些企业凭借其技术实力和市场拓展能力，占据了现场总线控制系统市场的重要地位。
市场挑战尽管现场总线控制系统市场发展迅速，但仍面临着一些挑战：1.安全性问题：现场总线控制系统需要保证数据传输的安全性，避免被恶意攻击。
随着网络安全威胁的不断增加，系统的安全性成为一个重要的挑战。
2.标准化问题：不同厂商的现场总线控制系统存在一定的差异，导致系统的兼容性和互操作性问题。
标准化的制定和推行是一个需要解决的难题。
3.成本压力：现场总线控制系统的成本相对较高，对于一些中小型企业而言，成本压力较大。
面向智能制造现场总线技术的创新应用
面向智能制造现场总线技术的创新应用智能制造作为现代制造业的发展趋势，其核心在于通过高度自动化和智能化的生产方式，提高生产效率、降低成本、提升产品质量。
现场总线技术作为智能制造系统中的关键技术之一，它通过将传感器、执行器、控制器等设备通过数字通信网络连接起来，实现设备间的信息交换和协同工作。
本文将探讨面向智能制造的现场总线技术的创新应用，分析其在智能制造领域的重要作用和发展趋势。
一、智能制造现场总线技术概述智能制造现场总线技术是指在智能制造系统中，用于连接和控制现场设备的数据通信技术。
它能够实现设备间的高速、可靠、实时的数据传输，是智能制造系统实现自动化、智能化的基础。
现场总线技术的核心价值在于其能够支持多种设备和系统的集成，提供灵活的网络拓扑结构，以及强大的数据处理和分析能力。
1.1 现场总线技术的核心特性现场总线技术的核心特性包括实时性、可靠性、开放性和互操作性。
实时性是指现场总线能够保证数据传输的及时性，满足智能制造过程中对时间敏感性的要求。
可靠性则是指现场总线在各种工业环境下都能稳定运行，保证数据传输的准确性和完整性。
开放性意味着现场总线技术能够支持多种设备和协议，易于扩展和升级。
互操作性则是指不同品牌和型号的设备能够通过现场总线技术无缝连接和协同工作。
1.2 现场总线技术的应用场景现场总线技术在智能制造中的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 自动化生产线：现场总线技术可以连接生产线上的各种传感器、执行器和控制器，实现生产过程的自动化控制。
- 机器人协同作业：通过现场总线技术，可以实现多台机器人之间的协同作业，提高生产效率和灵活性。
- 能源管理：现场总线技术可以用于监控和控制工厂的能源消耗，实现能源的优化配置和节能减排。
- 质量控制：现场总线技术可以实时收集生产过程中的数据，用于产品质量的监控和分析，提高产品质量。
二、智能制造现场总线技术的创新应用随着智能制造技术的不断发展，现场总线技术也在不断创新和升级，以适应智能制造的新需求。
现场总线与工业以太网融合的技术路径
现场总线与工业以太网融合的技术路径现场总线与工业以太网融合的技术路径随着工业自动化和智能制造的快速发展，现场总线与工业以太网的融合成为了实现工业4.0的关键技术之一。
现场总线技术以其简单、可靠、成本效益高的特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。
而工业以太网则以其高速、大容量、易于扩展的优势，在现代工业通信中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨现场总线与工业以太网融合的技术路径，分析其发展趋势和实现策略。
一、现场总线与工业以太网概述现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信网络，它连接了现场设备与控制系统，实现了设备之间的数据交换和控制命令的传输。
现场总线技术具有实时性、可靠性和抗干扰性强的特点，能够满足工业现场复杂环境的要求。
工业以太网则是基于传统以太网技术发展起来的，专门用于工业环境的网络通信技术。
它继承了以太网的高速、大容量、易于扩展等优点，同时针对工业环境的恶劣条件进行了优化，如增强了抗电磁干扰能力、提高了设备的稳定性和可靠性。
二、融合技术的必要性与挑战随着工业自动化水平的不断提升，对现场通信网络的要求也越来越高。
现场总线虽然在实时性和可靠性方面表现优异，但其数据传输速率相对较低，难以满足日益增长的数据传输需求。
而工业以太网虽然传输速率高，但在实时性和可靠性方面尚需进一步提升。
因此，将两者的优势结合起来，实现现场总线与工业以太网的融合，成为了满足现代工业自动化需求的有效途径。
然而，融合技术的发展面临着诸多挑战。
首先是技术兼容性问题，不同的现场总线和工业以太网标准之间存在差异，需要通过技术手段实现互联互通。
其次是性能优化问题，如何在保证实时性和可靠性的同时，提高数据传输速率和网络容量，是融合技术需要解决的关键问题。
此外，还有成本控制问题，融合技术的研发和部署需要考虑成本效益，以确保其在工业领域的广泛应用。
三、融合技术的关键技术实现现场总线与工业以太网的融合，需要依赖一系列关键技术。
这些技术包括但不限于：1. 协议转换技术：通过协议转换器，将现场总线的数据包转换为工业以太网的数据包，或者反之，实现不同网络之间的数据交换。
2024年现场总线控制系统市场规模分析
2024年现场总线控制系统市场规模分析简介现场总线控制系统是一种基于现场总线通信协议的自动化控制系统，广泛应用于工业生产领域。
本文将对现场总线控制系统市场规模进行分析，探讨其市场发展趋势、主要应用领域和未来市场前景。
市场规模概述随着工业自动化程度的提高和信息技术的不断进步，现场总线控制系统市场规模逐年扩大。
根据市场研究数据，预计到2025年，全球现场总线控制系统市场规模将达到X亿美元。
亚太地区将成为现场总线控制系统市场的最大增长区域，其快速发展的制造业和工业基础设施建设将推动市场需求增长。
市场发展趋势1.智能化升级：现场总线控制系统日益智能化，采用先进的传感器技术和实时数据分析算法，实现设备状态监测、故障诊断和预测维护等功能，提高生产效率和设备可靠性。
2.云平台整合：现场总线控制系统与云平台的整合将成为市场发展的趋势。
通过与云端平台集成，实现数据的远程监控和管理，提供更加灵活、高效的生产管理方式。
3.物联网应用：现场总线控制系统作为物联网的重要组成部分，将广泛应用于智能制造、智能能源等领域。
物联网技术的兴起将进一步推动现场总线控制系统的市场需求增长。
4.安全性提升：随着工业网络的普及和信息安全风险的加剧，现场总线控制系统的安全性将成为市场关注的焦点。
供应商将加强产品安全性能的研发，提供更可靠的安全解决方案。
主要应用领域现场总线控制系统广泛应用于以下领域： 1. 工厂自动化: 现场总线控制系统在工厂自动化中扮演重要角色，用于控制和监测生产过程中的各种设备，提高生产效率和质量。
2. 能源管理: 现场总线控制系统在能源管理中的应用日益广泛，通过对能源设备的监测和控制，实现节能减排和能源资源的最优利用。
3. 交通运输: 现场总线控制系统在交通运输领域被广泛应用，用于交通信号灯控制、道路监测和交通调度等方面，提高交通效率和安全性。
4. 建筑自动化: 现场总线控制系统在建筑自动化中的应用越来越多，用于楼宇自动化控制、安全监控和能耗管理等方面，提供舒适、智能的建筑环境。
工业现场总线的概念
工业现场总线的概念工业现场总线的概念工业现场总线是指用于工业自动化领域中不同设备之间进行数据通信的一种通信协议。
它提供了一种统一的标准接口和通信协议，使得各种设备能够方便地进行数据交换和通信。
总线的定义总线是指在多个设备之间传输信息的一种通信方式。
它将多个设备连接在一条线上，通过这条线进行数据传输。
在工业现场，总线通常用于连接各种传感器、执行器、控制器等设备。
工业现场总线的优点•简化系统结构：工业现场总线能够将不同设备通过一条总线连接起来，避免了复杂的布线结构，减少了硬件成本和维护难度。
•提高设备之间的互操作性：工业现场总线定义了统一的通信协议和数据格式，使得不同厂家生产的设备可以进行有效的数据交换和通信。
•实时性能好：工业现场总线通常采用高速传输协议，可以实现实时性要求高的应用场景，如工业控制系统。
常用的工业现场总线协议1. ModbusModbus是一种常用的工业现场总线通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
它采用了客户-服务器的通信模型，支持RS485、TCP/IP等传输介质，具有简单易用、开放性强的特点。
2. ProfibusProfibus是一种德国工业自动化领域常用的工业现场总线协议，被广泛应用于工业自动化设备之间的数据通信。
它支持RS485、光纤等传输介质，具有高速传输、可靠性高的特点。
3. Ethernet/IPEthernet/IP是一种基于以太网的工业现场总线协议，它结合了工业自动化领域的实时性要求和以太网的高带宽优势。
它采用了CIP （Common Industrial Protocol）作为通信协议，可以在以太网上实现实时性能好的数据通信。
4. CANopenCANopen是一种基于CAN总线的工业现场总线协议，主要应用于工业自动化领域中的灵活自动化系统。
它具有高实时性、可靠性强、支持多设备连接等特点。
结论工业现场总线是工业自动化领域中设备之间进行数据通信的一种重要方式。
它通过定义统一的通信协议和数据格式，实现了不同设备之间的互操作性和数据交换。
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浅谈现场总线在工业中的发展趋势
摘要现场总线结构简化、供电方便,不需要dcs系统的信号调理、转换隔离等功能单元及复杂的接线,节省了硬件数量和投资,既经
济又实用,从而有较好的发展趋势。
关键词工业;现场总线;发展趋势
中图分类号tp336 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)22-0196-02
1 现场总线的概念及种类
现场总线是工业生产中连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站通信系统,又称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
现场总线采用可进行简单连接的金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤作为总线,把多个测量控制仪表与远程监控系统连接成网络系统,按照公开、规范的通信协议,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,从而实现数据的传输和信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。
现场总线技术自70年代诞生至今,由于它在减少系统线缆,简化系统安装、维护和管理,降低系统的投资和运行成本,增强系统性能等方面的优越性,引起人们的广泛注意,并逐渐推广使用。
2 ff的一般特点
ff是基金会现场总线,是成立于1992年的国际现场总线基金会提出的一个现场总线标准。
目前,很多工厂正在逐步尝试这种方式。
平煤蓝天化工有限公司也在尝试用这种方式。
本文结合我厂简要说明它的特点:
1)具有适合工业现场应用的通信规范和网络操作系统;
2)采用单一串行线上连接多个设备的网络连接方法,1条总线最多可连接32台设备。
我厂采用的是两条总线,每条总线连4台压力检测仪表;
3)通信介质可以是金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤。
我厂采用的是金属双绞线作为通信介质;
4)通信信号可以采用10ma电流方式,也可以采用电压方式。
我厂采用的是电压方式;
5)通信与设备的供电线路可以共用;
6)具有比较完备的工业设备描述语言;
7)采用虚拟设备的概念实现设备的模块化处理;
8)实现了开放式系统,在ff系统内,不同厂家的产品具有互操作性;
9)提供了比较完善的系统测试手段和方法。
可以说,ff在现场总线系统中显示出强大的生命力。
3 浅谈现场总线在工业中的优点及其不足
1)在过程控制系统中,聚分散系统也就是dcs在站间较早里采用了局域网技术,随着电子科技的逐步发展,在现场也能实现通信功能。
2)在过程控制系统中有过多种通信协议,但最后都被以太网所淘
汰,通信逐渐统一到以太网,由于为了维护及访问过程系统的方
便,tcp和ip协议也进入到了此领域,现在已经有通过以太网络访问现场仪表的例子。
3)含有internet技术的计算机系统能否取代现场总线呢?笔者认为现场总线融入计算机通信技术,计算机通信系统也能扩展到现场,但是他们在功能、要求和结构上有所不同,因此计算机通信不可能取代现场总线。
(1)现场总线的传播介质较廉价,支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等。
由于现场总线结构简化,不再需要dcs
系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线,节省了硬件数量和投资,既经济又实用。
在传递信号的同时又为现场供电,他能解决现场的防爆问题和对环境适应比较好,不受其他外界环境所影响,比如震动,电磁等。
不同厂家制造的产品不一样,但是他的可互操作性强,尽可能的在现场或就地处理信息,而不必让现场将过
多的信息在网络上传递,这也是最能体现他的发展趋势。
(2)对计算机通信要求主要是快,而对现场总线来说不但要求快,还要体现在传输速度快、响应时间短、巡回时间短这3方面。
对仪表来说,要准确的测量和控制必须要有实时性做保证,响应时间和
巡回时间反映了实时性,现场总线通过简化技术和采用网络管理和数据链路调度技术来实现实时性。
因此,改善实时性,减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展方向。
(3)从结构方面来说,计算机通信系统的结构是网络状的,从一点
到另外一点的通信路径可以是不固定的,而大多数现场总线是线状的,即从一点到另外一点的通信路径是比较固定的。
它的优点是:①解决网络供电比较容易;②解决本安防爆比较容易;③使通信协议
中可以舍去与路径有关的几层,有利于改善实时性。
对于网状结构来说,电缆多而长,由于电磁感应等方面产生电火花的机会也较大,同时本安防爆限制了现场总线的电缆长度和负载数量,在这个方面,它的优点已基本消失了。
因此,现场总线要想在以安全为重的今天求得发展首先要解决的是克服本安防爆对其的限制。
(4)问题都有两面性,有优点肯定也有缺点。
对现场总线来说,其中的一条总线有问题,那么这条线上的所有支路都不能正常工作了,这也是目前现场总线没有用在重要信号上的原因。
(5)由以上可以看出现场总线是通信、仪表智能化及自动控制的结合产物。
虽不是所有现场总线都满足了上述要求,但这些要求是用于过程控制的现场总线所追求的目标。
虽然我们已经看到一些直接通过因特网访问现场仪表的例子,但这些都是对控制和实时性没有严格要求的检测系统。
因此,计算机通信技术不会取代现场总线。
4 浅谈现场总线在工业中的发展趋势
从现场总线技术本身来分析,它有两个明显的发展趋势:
1)寻求统一的现场总线国际标准;
2)industrial ethernet走向工业控制网络统一、开放的tcp/ip ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ,过去我们一直认为,ethernet是为it领域应用而开发的,它与工业网络在实时性、
环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距,在工业自动化领域只能得到有限应用。
事实上,这些问题正在迅速得到解决,国内对epa技术(ethernet for process automation)也取得了很大的进展。
随着ff hse的成功开发以及profinet的推广应用,可以预见ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。
5 结论
fcs正是顺应以上潮流而诞生,它用现场总线这一开放的,具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连,构成现场总线控制系统,同时控制功能彻底下放到现场,降低了安装成本和维护费用。
因此,fcs实质是一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统,有望成为21世纪控制系统的主流产品。