现场总线控制系统
浅谈现场总线控制系统
浅谈现场总线控制系统现场总线控制系统，是一种广泛应用于各种自动控制系统中的控制技术。
它以现场总线作为通信介质，实现了各种传感器、执行器和控制器之间的相互通信和协调，从而实现了自动化控制系统的高效运行。
现场总线控制系统已经成为工业控制领域中一种重要的控制技术，被广泛应用于工业生产、能源管理、楼宇自动化等领域。
本文将从现场总线控制系统的基本原理、特点和应用领域等方面进行浅谈。
一、现场总线控制系统的基本原理现场总线控制系统是一种基于数字通信技术的控制技术，它以现场总线作为通信介质，将各种传感器、执行器和控制器连接在一起，通过总线通信来实现各种设备之间的数据交换和控制指令传输。
现场总线控制系统主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：传感器用于采集各种环境参数和工艺数据，执行器用于控制各种执行元件的运行状态。
传感器和执行器是现场总线控制系统的“眼睛”和“手”，通过它们可以实现对系统各种状态的监测和控制。
2. 控制器：控制器是现场总线控制系统的核心部件，它通过采集传感器的数据和执行器的状态信息，实现对系统的自动控制。
控制器通常包括微处理器、控制算法和通信接口等部分，用于实现对系统的实时监测和控制。
通过以上部件的相互配合和协调运作，现场总线控制系统可以实现对各种设备的实时监测和控制，从而实现了自动化控制系统的高效运行。
现场总线控制系统具有以下几个显著的特点：1. 技术先进：现场总线控制系统采用了数字通信技术和计算机控制技术，具有高速传输、高精度控制和高可靠性的特点，能够满足各种复杂控制系统的需求。
2. 灵活性强：现场总线控制系统采用了分布式控制架构，能够实现多个设备之间的并行通信和协调运行，具有较强的通用性和灵活性。
3. 维护方便：现场总线控制系统的各个部件之间通过总线连接，维护和检修方便快捷，能够大大降低系统的维护成本。
4. 数据丰富：现场总线控制系统能够实现对各种传感器和执行器的数据采集和控制，能够提供丰富的数据支持，为系统的监测和控制提供了有力的支持。
浅谈现场总线控制系统
浅谈现场总线控制系统现场总线控制系统是一种基于现场总线技术的控制系统，它可以实现现场设备和控制系统之间的数据交互和控制功能。
本文将对现场总线控制系统进行浅谈。
现场总线控制系统是由现场设备、总线网络、控制器和人机界面组成的。
现场设备包括各种传感器、执行器、开关等可以监测和控制现场的设备。
总线网络是连接各个现场设备和控制器之间的传输介质，可以传输数据和供电。
控制器是对现场设备进行控制的核心部分，它接收各个传感器的数据，并根据预定的逻辑进行控制操作。
人机界面则是与系统进行交互的部分，可以显示现场信息并接收用户的指令。
现场总线控制系统的优点之一是简化了系统的布线。
传统的控制系统中，每个设备都需要与控制器进行一对一的连接，需要大量的信号线。
而在现场总线控制系统中，所有的现场设备都通过总线网络连接到控制器，极大地减少了布线工作量。
总线网络还可以提供供电功能，不需要为每个设备单独提供电源。
现场总线控制系统还具有高可靠性和扩展性。
由于现场设备和控制器之间的连接是通过总线网络进行的，故障率较低。
总线网络可以支持多设备的接入，方便了系统的扩展和升级。
而传统的控制系统需要进行繁琐的系统改造才能满足新的需求。
现场总线控制系统还具有实时性好、易于监控、维护方便等优点。
总线网络可以提供实时的数据传输和控制指令，使得控制系统响应速度更快。
人机界面可以实时显示现场设备的工作状态，方便用户进行监控和控制。
总线网络还可以实现对系统的集中管理和维护，减少了故障排查和维修的时间和成本。
现场总线控制系统也存在一些问题。
总线网络需要有较高的带宽和可靠的通信性能，以支持大量的数据传输和设备接入。
由于总线网络上的设备较多，可能会产生较大的通信冲突，需要采取措施来解决。
由于总线网络对接的设备较多，系统的复杂性也增加了，需要有专业的人员进行维护。
现场总线控制系统是一种高效、可靠的控制系统，可以实现对现场设备的监测和控制。
虽然存在一些问题，但通过合理的设计和运维，现场总线控制系统可以发挥其优势，提高生产效率和系统可靠性。
第6章 现场总线控制系统
Type5 FF HES (H2)
其 它
HART适用于过程自动化领域的过渡性产品 LonWorks广泛应用于楼宇自动化、能源计量管理、交通运输等行业
CAN广泛应用于离散控制领域，如汽车内部测量与执行部件间的数据通信
7. 几个重要问题的分析
7.1 FCS与DCS的比较
FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流， 这已是业内人士和学术界的基本共识。 FCS在开放性、控制分散等诸多方面都优于传统DCS，代表着自动控制 系统的发展方向与潮流。 DCS则代表传统与成熟，DCS以其成熟的发展、完备的功能及广泛的应 用而占居着一个尚不可完全替代的地位。 ① 技术原因 影响FCS发展、制约FCS应用的原因主要有3方面：
H2（HSE）
PLC等其 它控制站
网桥
H1低速现场总线
Type1 FCS结构示意图
FF是Type1的一个子集。
主要应用于啤酒、食 品、农业和饲养业等 Type4 P－Net Type6 SwiftNet Type2 ControlNet Type3 ProfiBus Type7 WorldFIP Type8 InterBus Type1 IEC总线(H1)
2.现场总线的发展
（4）现场总线控制系统（FCS）正是顺应了上述的用户要求，采用了 现场总线这一开放的、可互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表 设备相互连接，把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 系统实质上是一种开放的、可以互连的、低成本的、 彻底分散的分布式控制系统。 1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施工作组中的 ISA/SP50开始制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会IEC决定 由Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究制定 工作；1986年，德国开始制定过程现场总线（Process Fieldbus）标 准，简称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发 的序幕。与此同时，其他一些组织或机构（如WorldFip等）也开始从 事现场总线标准的制定和研究。
现场总线控制系统(FCS)
第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统。
由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。
一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
1、什么是现场总线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。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，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以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。
简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。
第八章现场总线控制系统
Profibus-DP
PLC
从站
PLC
主站
采用主站之间的令牌传递和主从站之间的主、从通信方式。
令牌传递
Publisher
(z.B. Lichtgitter)
Slave
DP-从站 2
PROFIBUS
DP-Master
PROFIBUS-DP 1类主站
PROFIBUS
DP-Master
PROFIBUS-DP 2类主站
费用可节省40%左右
现场总线系统的优势
几点说明
现场总线技术是DCS技术的继承和发展，而不是对DCS的否定或取代。工业上已出现DCS与现场总线系统混合使用的控制系统。 。
现场总线的优点主要是仪表的智能化、网络化、控制的分散化等先进技术所带来的好处，而不单单是节省电缆。
现场总线不能解决企业自动化的所有问题，例如ESD、MES、ERP等等，而是作为底层网络与其它自动化装置一起更好地实现企业综合自动化。
现场总线标准的制订工作起步很早，各大集团公司意见不一，经多年争论，2000年颁布了涵盖多种规范的总线标准，2003年扩展为10种类型的现场总线。
>IEC 61158 的标准现场总线
Type1：IEC 61158 技术报告。
Type2：ControlNet，得到CI组织的支持。
Type3：Profibus，得到PNO组织的支持。
应用行规2
应用行规1
通信协议
传输特性
专用应用行规
通用应用行规（可选）
PROFIBUS DP-V0~V2
RS 485 (PROFIBUS DP)
IEC 61158-2 (PROFIBUS PA)
传输特性(物理层)的DP采用RS-485通信标准，PA采用IEC 61158-2(MBP)传输技术。通信协议(数据链路层):采用DP-V0~V2。应用行规说明各种设备的功能和行为，有通用和专用应用行规。
现场总线控制系统
4. 环境适应性与安全性：现场总线需要较强的环境适应性和安全性，包 括防电磁干扰、防潮、防震动等；IT网络则缺少相应的处理措施。
5. 总线供电：工业现场总线网络不仅能传输通信信息，而且要能够为现 场设备传输工作电源。IT网络未考虑总线供电问题。
思考题与习题
14-1现场总线的定义是什么？ 14-2 现场总线的本质特征有哪些？ 14-3 FCS的主要技术特点有哪些？ 14-4 DCS与FCS的主要区别是什么? 14-5现场总线国际标准IEC包括哪几种现场总线？ 14-6现场总线的协议通常分哪几层？各层的基本功能是什么？ 14-7现场总线仪表具备的基本功能是什么？ 14-8 阐述现场总线控制系统的组态设计的基本通用流程。
PID功能控制块 PID110
AO110 模拟量输出功能块
图6-2 FCS的分散功能块控制方案
2、典型硬件连接形式
现场总线系统的一般物理连接形式如图：主要包括常用的实际总线设备，如 总线接口、PLC控制器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以 包括变频器、限位开关、编码器、人机界面等。
主控器及接口 节点地址0
3．分散功能块
现场设备是微机化设备，既有检测、变换和补偿功能，又 有控制和运算功能。DCS控制站控制功能被分散给现场仪表， 使控制系统结构具备高度的分散性。
从而，废弃了DCS 的I/O单元和控制站， 把DCS 控制站的 功能块分散地分配给现场仪表，构成了虚拟控制站，彻底地 实现了分散控制。
4．通信线供电
14.3 现场总线协议
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。
浅谈现场总线控制系统
浅谈现场总线控制系统
现场总线控制系统是指将设备和仪器连接在一起，通过数据传输实现对生产过程进行
监测、控制和管理的系统。
它是一种新型的控制系统，具有以下特点：
1. 高效性：现场总线控制系统采用数字化技术，可以实时监控生产过程，及时传递
数据，从而提高生产效率。
2. 可靠性：现场总线控制系统具有自动故障诊断和自我纠正的功能，能够及时发现
并解决问题，保证生产的连续性。
3. 灵活性：现场总线控制系统采用模块化设计，可以方便地进行功能扩展和设备更新，满足不同生产需求。
4. 系统化：现场总线控制系统将不同的设备和仪器统一管理，实现了全面的生产调
控和自动化。
5. 安全性：现场总线控制系统采用加密技术和密码保护措施，保证了生产数据的安
全和可靠性。
现场总线控制系统主要由以下几个部分组成：
1.现场控制器（PLC）：负责控制现场的设备和仪器，并根据预设程序执行生产过程控制。
2.现场仪器和设备：如传感器、执行器、电机等，向PLC传输相关的生产数据，实现
生产过程的监测和控制。
3.现场总线：负责传送数据和指令，将PLC与现场仪器和设备连接在一起，实现生产
过程的自动化控制。
4.上位机和监控系统：负责接收和处理从现场总线传输过来的数据，可以实现远程监
测和控制等功能。
现场总线控制系统通过数字化技术的运用，实现了生产过程的自动化控制和高效管理。
它可以提高生产效率，减少人力成本，改善生产环境和增强生产安全等方面的成果。
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现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020南阳理工学院自动控制仪表课程报告学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器（升）学生： *** 指导教师： * * 完成日期2015年 12 月自动控制仪表课程报告现场总线控制系统Fieldbus control system总计：自动控制仪表课程报告 20 页插图： 14 幅自动控制仪表课程报告现场总线控制系统Fieldbus control system学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器（升）学生姓名： ***学号：1%%%%%%%指导教师（职称）：（高级工程师）评阅教师：完成日期： 2015年12月南阳理工学院Nan yang Institute of Technology现场总线控制系统测控技术与仪器（升） ***[摘要]技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。
现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。
应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。
在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。
国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。
而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。
[关键词] 现场总线；工业控制；应用广泛Fieldbus control systemMeasurement & Control Technology and Instruments Major（l） ***Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the worldshould be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line ofconveying system, with the continuous development of technology and is bound to renew ideas gradually expanding its application field.Key words：Fieldbus; Industrial control; Widely used目录151引言现场总线控制系统概述现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。
经历了十几年的时间，现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化工、电力、楼宇自控等各个控制领域。
现场总线控制技术由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的PLC点对点接线的控制方法。
现场总线技术的控制系统（Fieldbus Control System-FCS）是以现场总线为基础发展起来的全数字控制系统。
实际上就是以现场总线技术为核心，以基于现场总线的智能I/O 或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。
现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种机控制领域的总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。
当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS至今的FCS（Fieldbus Control System）系统,已被称为第五代过程控制系统。
而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。
现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。
由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前，在现场总线网络互联都是遵守OSI模型。
2 现场总线控制系统现场总线控制系统体系结构现场总线控制系统FCS是以现场总线为基础的开放式、全数字式的控制系统。
它通常由以下3部分组成：现场智能仪表、控制器；现场总线系统；监控、组态计算机。
其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上，故现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中枢。
与此同时，组态技术包含有系统组态、数据库组态及控制算法组态，生成的参数及算法不仅可以在控制器中运行，还可以在远程I／O或智能设备上运行。
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。
现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。
现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。
其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。
其总线接口，有时可以称为扫描器。
可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。
总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。
总线接口的缺省地址通常设为"0"电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必须的。
通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线电源。
而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。
图1现场总线控制系统体系结构如图1所示，最底层的Infranet控制网即FCS，各控制器节点下放分散到现场，构成一种彻底的分布式控制体系结构，网络拓扑结构任意，可为总线形、星形、环形等，通讯介质不受限制，可用双绞线、电力线、无线、红外线等各种形式。
FCS形成的Infranet控制网很容易与Intranet企业内部网和Internet全球信息网互连，构成一个完整的企业网络三级体系结构。
现场总线控制系统的特点第一，FCS 的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器都采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连;第二，FCS 的系统结构是全分散式，FCS 废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把DCS 控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制;第三，FCS 的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS 控制层的封闭性和专用性;第四，FCS 的通信网络为开放式互连网络，既与同层网络互连，也可与不同层网络互连，用户可极其方便地共享网络数据库;第五，FCS 的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使用，从总线标准、产品检验到信息发布全是公开的，面向世界任何一个制造商和用户。
现场总线控制系统的关键要点（1）现场总线控制系统的核心是现场总线协议，即现场总线标准一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。
就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。
用现场总线在控制现场建立一条可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。
（2）现场总线控制系统的基础是数字智能传感器数字智能传感器是FCS 系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
（3）现场总线控制系统的实质是信息处理现场化无论采用什么类型控制系统，系统需要处理的信息量至少是一样多的。
实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。
现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。
这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。