现场总线技术1

第1讲现场总线技术概述

1.3.1 基金会现场总线
前身为以Fisher-Rousemount公司为首，联合 Foxboro、横河、ABB、西门子等公司的ISP协议，以及以Honeywell为首的P协议，合并后成立现场总线基金会；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，并增加用户层；分低速H1(31.25Kbps,距离1900m)和高速 H2(1Mbps,750m和2.5Mbps,500m)两种通信速率；介质支持双绞线、光缆和无线发射，传输信号采用曼彻斯特编码
现场总线有两种编码方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。
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现场总线概述
1.1.8 现场总线网络的实现数据链路层
分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。 MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是主站，也可以是从站。 MAC层的三种协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协议。
介质、拓扑结构、节点数等
网络性能
传输速率、时间同步准确度、访问控制方式等
测控系统应用考虑市场及其他因素
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现场总线概述
1.3 现场总线简介 1.3.1 基金会现场总线(FF) 1.3.2 PROFIBUS 1.3.3 LonWorks 1.3.4 CAN
1.3.5 HART
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现场总线概述
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-现场总线基础知识

现场总线技术
一.现场总线基础知识
现场总线简介现场总线的发展现场总线的特点与优点几种有影响的现场总线
1.现场总线简介（FieldBus）
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。它的出现标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始。为什么要引入现场总线？
现场设备，为提高其性能价格比，在实现其内部操作时都采用微处理器和数字化元件，提出了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信的要求。现场总线满足这种要求。
• 全分布
各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，而不再需要一个中央控制计算机，实现真正的分布式控制。
现场总线的优点2
• 全开放 – 1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技术。
• 双向传输 – 传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递一路信号。现场总线设备则在一条线上既可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。
现场总线与DCS的网络结构比较
3.现场总线的结构特点
按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI）参考模型建立。将七层简化成三层，分别由OSI参考模型的第一层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组成，流量与差错控制由数据链路层完成。考虑现场总线的通信特点，有些现场总线还设置了一个现场总线访问
4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的最本质特点.网关通讯程序开发工作量大.
控制计算机
CRT操作站
通道指挥器
基本调节器1 基本调节器2 基本调节器3
输入/输出
DCS结构示意图
信号要送到控制站,需要很多连线

1、FCS总体介绍

火电厂辅助车间FCS迅速推广
西安热工院又在巢湖、河源、平海等电厂建成了水处理FCS，范围和功能比玉环电厂更扩大。九台、金陵电厂辅助车间全面采用FCS，正在建设中；
TPRI
现场总线控制系统在国内电厂的应用

海水脱硫系统FCS投运
华能海门电厂海水脱硫系统设计8个Profibus-DP网段，连接67台设备；设计6个FF-H1网段，连接40台仪表。热工院利用现场总线设备的信息，组态了设备状态、诊断信息窗口。

安装、维护技术的变化：
– 通信电缆、接头安装要求提高，通信故障90%是安
装不规范； – 校验、查故障需要新装备，需要新的知识和培训；
TPRI
电厂推广现场总线技术的探讨

对新技术需要有认识和适应过程
– 数字通信不如电压和电流信号直观；
– 分析通信故障需要新知识和新技术； – 回忆DCS替代盘操仪表，认识和接受过程超过5年。

信息化与自动化互相融合新时期电厂在实现保护连锁、过程控制自动化的同时，对现场设备信息采集、处理也有更高要求。数字化电厂是电厂发展的方向自动化与信息化高度统一是数字化电厂的重要特征，预计今后10年电厂将向这个方向发展。
TPRI
2. 数字化电厂的模型结构

数字化电厂的基本结构数字化电厂的模型结构还没有标准定义，我们认为可分为三层：管理决策层：MIS(管理信息系统)，DSS(决策支持系统)
TPRI
现场总线技术(FCS)－新时期电厂自动化及信息化的基础
西安热工研究院有限公司
Xi’an Thermal Power Research Institute
TPRI
主要内容
Summary

CAN-bus现场总线基础教程【第1章】现场总线CAN-bus-CAN总线简介(1)

第1章现场总线CAN-bus1.1 从“罐头”说起我们知道英文单词“can”有一个意思是罐头，那我们就借题发挥从“罐头”说起吧。

很多人小时候都自制过一种叫传声筒的玩具，就是在两个罐头的底部打孔后，用一根绳子将两个罐头系起来。

一旦绳子绷紧后，对这一个罐头喊话，另一罐头就可以传出声音。

它的原理很简单，对着喊话的那个罐头把声波产生的振动传导到绷紧的绳子上，绳子再将这种振动传导到另一个罐头上，这个罐头又把这种振动传导给空气形成声波。

这样就可以实现一侧说话一侧听了。

图1.1 童年的传声筒因为声音在传声筒中是以振动波的形式传递的，我们可以设想，如果要一人说话多人听那该怎么办呢？这很容易实现，只要在绳子上系上更多的传声筒，让振动波可以传到更多的罐头里，自然可以就可以实现“多方通话”了。

当然，因为声波能量有限，绳子上系的罐头越多，每个罐头分配到的能量就越少，收听到的声音也就越小。

其实本章要介绍的现场总线和传声筒这种原始通信工具的原理是相通的。

只不过电电缆取代了绳子，电信号取代了振动波，电路板取代了罐头，喊话的内容则由各种需要传递的数据取代了。

典型的现场总线应用如图1.2所示，和上面的传声筒是不是很相似呢？图1.2 现代的现场总线1.2 通信的层次通信是分层的，这个概念应该贯彻在我们学习任何通信系统的整个过程中。

我们仍以上面的传声筒游戏为例，假如小男孩想表达“你好”的意思，那他不会关心声音如何让罐头振动，更不会关心“你好”在绳子上是以横波还是纵波传输的，他关心的是自己表达的意思对方能不能理解。

在通信层次划分上来说，两个小朋友就处于“应用层”。

很显然，应用层是整个通信系统存在的唯一目的，任何通信系统都是为应用层服务的。

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。

第19课现场总线技术基础 (1)

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什么是现场总线
将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同完成测控任务的网络
10
现场总线是通信网络
• 位于生产控制现场和网络结构的底层
• 现场总线是低带宽的控制网络 • 它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连 • 构成企业综合自动化的通信网络平台
CAN的位仲裁技术
报文标识符
站1报文 01111110000
丢掉
站2报文
01001100000
01001100000
01001100000
跟踪
站3报文
010011100001
010011100001
丢掉
平板车
平板车
转向角度传感器悬挂角度传感器行走手柄/ 开关压力传感器方向盘油门N（Controller Area Network）即控制器局域网，可以归属于工业现场总线的范畴，是目前国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。
• 与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，它在汽车领域上的应用最为广泛，世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ(奔驰)、 BMW(宝马)、volkswagen (大众)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。
• 网络上节点严重错误时，具有自动关闭总线的功能
• 用数据块编码方式代替传统的站地址编码方式
• 不支持本质安全、总线供电
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CAN总线的同步设计
•
硬同步
– 硬同步只在总线空闲时通过一个下降沿（帧起始）来完成，此时不管有没有相位误差，所有节点的位时间重新开始。强迫引起硬同步的跳变沿位于重新开始的位时间的同步段之内。

现场总线技术在机器人领域的集成应用

现场总线技术在机器人领域的集成应用现场总线技术作为一种高效的数据通信手段，已经在工业自动化领域得到了广泛的应用。

随着机器人技术的快速发展，现场总线技术在机器人领域的集成应用也日益受到重视。

本文将探讨现场总线技术在机器人领域的集成应用，分析其在提高机器人系统性能、增强系统灵活性和降低成本方面的优势。

一、现场总线技术概述现场总线技术是一种用于工业自动化领域的数字通信协议，它允许多个设备在同一总线上进行数据交换。

这种技术的出现，极大地提高了工业自动化系统的通信效率和可靠性。

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。

1.1 现场总线技术的核心特性现场总线技术的核心特性主要体现在以下几个方面：- 实时性：现场总线技术能够保证数据传输的实时性，满足工业自动化系统对快速响应的需求。

- 可靠性：现场总线技术采用了多种错误检测和纠正机制，确保数据传输的准确性和系统的稳定运行。

- 开放性：现场总线技术遵循开放的标准，不同厂商的设备可以在同一总线上无缝通信。

- 互操作性：现场总线技术支持多种设备和系统之间的互操作，便于系统集成和扩展。

1.2 现场总线技术的应用场景现场总线技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 传感器和执行器的连接：现场总线技术可以将传感器和执行器连接到同一个网络，实现数据的实时采集和控制。

- 控制器和监控系统的集成：现场总线技术可以将控制器和监控系统集成到同一个网络，实现集中监控和控制。

- 机器人系统的通信：现场总线技术可以用于机器人系统的内部通信，提高机器人系统的协调性和灵活性。

二、机器人领域的集成应用随着机器人技术的不断发展，现场总线技术在机器人领域的集成应用越来越受到重视。

这种技术的应用，不仅可以提高机器人系统的通信效率，还可以增强系统的灵活性和可靠性。

2.1 现场总线技术在机器人控制系统中的应用现场总线技术在机器人控制系统中的应用主要体现在以下几个方面：- 控制器与机器人本体的通信：通过现场总线技术，控制器可以实时地向机器人本体发送控制指令，同时接收机器人本体的状态信息。

《现场总线技术及应用》课件1现场总线技术概述

2、电动单元组合式模拟仪表控制系统
随着生产规模的扩大，操作人员需要同时按多点的信息对生产过程实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，这些仪表采用统一的模拟信号。
3、集中式数字控制系统
模拟控制系统中的模拟信号的传递需一对一的物理连接，信号变化缓慢，很难提高控制系统的速度和精度，随着计算机技术的发展，控制系统实现了集中数字控制。
• 数字信号的精确性：数字信息可排除模拟信息传输和转换中所产生的误差。
• 由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能仪表进行控制，使远程调整、诊断和维护成为可能，甚至能够在故障发生前进行预测。
四、现场总线控制系统的技术特点
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
第一章现场总线技术概述
现场总线的发展背景现场总线控制系统几种有影响的现场总线现场总线技术的现状及其发展前景
第一节现场总线的发展背景
自动控制系统：在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段。自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统；在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。
现场总线的发展趋势
网络结构趋向简单化