现场总线控制网络技术

正确数据
– 多节点现场总线无需点对点的布线


3.从PLC I/O控制的现场设备到具有现场总线接口的现场设 具有现场总线接口的现场设备 备 现场设备如传感器、变送器、开关设备、驱动器、执 行机构等；传统PLC控制系统的I/O设备与PLC I/O模块连接， PLC通过模拟量(4-20mA)或开关量（如24VDC）控制监测现场 设备。在FCS系统中，现场设备具有现场总线接口，控制器 通过标准的现场总线与现场设备连接。 4.系统软件 在传统PLC系统中，系统软件（包括PLC系统软件和编 程软件）与PLC硬件联系紧密，技术上对外是封闭的。在FCS 系统中，控制器采用通用工业PC平台，系统软件不再与控制 器、I/O、现场设备等硬件捆绑，可运行在通用标准的工业 PC+WINDOWS/NT平台上。
现场总线通信部分）的软件。
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
控制器： 主站、从站
人机界面 ： 输入/输出设备 参数、命令、显示
离散量/模 拟量输入/ 输出设备
指示灯： 状态指示
光电传感器： 检测开关
操作员接口 ： 输入操作命令
阀和交流驱动器： 执行器，输出设备
变送器 （传感器） ：输入设备
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构

图7.2
FCS控制器与传统PLC配臵方式的比较
现场总线与4-20mA系统的区别？
4-20mA 现场总线
P.S.
P.S.
– 现场总线设备在总线上并联连接 ，所有设备通过总线接收、
发送数字信号
– 现场总线设备可以向网络上其它设备提供任意多信息 – 总线具有循环冗余检错的(CRC)功能 ，可以保证接收设备获得
内容

学什么？
现场总线的概念、组成、特点、优点 现场总线通信与网络基础知识 国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范 现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础
方法


怎么学？
理论与实践相结合
理论32学时 实验4学时

听课与自学相结合

课程特点：知识点多、交叉性强

课堂：基础、重点、难点 自学：拓展知识面、接触其他具体现场总线
控制系统网络 控制器 AO AI 现场总线
控制系统网络
控制器 PID 输入/输出 子系统
4-20 mA
AI
PID
AO
传统型
现场总线型 有些控制和 I/O 功能可以转移到 现场仪表。
现场总线带来的好处
增加信息的交互量
控制系统网络 控制系统网络
控制器 输入/输出 子系统
控制器
现场总线
传统 4-20 mA 单变量 单向
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是一种串行的数字数据通信链路， 它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场 设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动 化控制设备（车间级设备）之间的联系；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数 字通信网络； 现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全 数字通信总线；
1.2.1 现场总线系统的组成

软件包括：
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平台软件。
当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即为控制器编程软件， 如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基 于Windows的梯形图逻辑编程软件）、RSLogix5000（用于 Logix平台所包括的各种控制器（如Control LogixTM）的编 程软件）。
现场总线带来的好处
减少连线和安装
控制系统网络 控制器 输入/输出 子系统 控制系统网络
控制器
I.S. I.S.
现场总线
I.S.
4-20 mA
I.S.
现场总线连线 多台设备共用一个安全栅 和一根总线
传统的 4-20 mA 连线 每台设备需要一个安全栅 和一对连线
现场总线带来的好处
提高控制功能的分散性
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最 底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信 网络，是现场通信网络与控制系统的集成；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场的计算
机、控制器以及生产设备等连接构成的网络；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同
的表述。 现场总线一般是指一种用于连接现场设备， 如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调 节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器 的网络；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
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；
1.2.1 现场总线系统的组成

软件包括：
系统用户程序软件——根据系统的工艺流程或功能及
其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一 般运行于作为主站的控制器中或计算机中。
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范而编
写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件——使总线设备实现自身功能（不包括

1.2 现场总线系统的组成与体系结构

1.2.1 现场总线系统的组成 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
1.2.1 现场总线系统的组成
图1 现场总线系统的组成
1.2.1 现场总线系统的组成

硬件：
总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/
介体）。
连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线
远程访问路由设备 显示工 作站
与三层网 络 相连
上位机：监控
信 息 量 减 少
控制、网关 条形码识别器 ：输入设备
图3 罗克韦尔推出的现场总线控制系统
智能速度控制器 ：执行器
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
主机系统 以太网交换机 100Mbps 组态、监控 现场信息 控制信息 链接设备：核心 网桥、网关 时间发布 链路调度器 高速以太网
第1章 绪论

1.1 现场总线的概念 1.2 现场总线系统的组成与体系结构 1.3 现场总线的技术特点及优点 1.4 现场总线应用领域 1.5 现场总线标准 1.6 现场总线发展历程与发展趋势
什么是现场总线
1.1 现场总线的概念
1.1 现场总线的概念
国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场

在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中 在数字化变电站 配电系统/继电保护装置中 在智能电器中 在楼宇自动化装置中
置现场 总线通 信接口

对于国防领域：

在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。
为什么学？
背景与目的目的Fra bibliotek

掌握现场总线的概念。 掌握通信与网络基本知识。 学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设 备的现场总线通信接口。 掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为进行现 场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。





（ (2)基于现场总线的控制系统中，控制器与现场设备（
I/O模块、功能模块及传感器、变送器、驱动器等）连接是 通过标准的现场总线，因此没有必要使用与控制器捆绑的 I/O模块产品（这与插在PLC机架上的I/O模块的配臵方法不 同），可使用任何一家的具有现场总线接口的现场设备与控 制器集成。因此控制器趋向于采用标准的、通用的硬件平台 一 工 业 计 算 机 （ Industrial Compact Computer ） ， 如 Intel/Windows类PC机。近年来嵌入式控制器（如PC/104产 品）的发展和WINDOWS-CE等的推出，逐渐使用嵌入式控制器 硬件和WINDOWS-CE等软件作为控制器平台。
现场总线的定义

现场总线是工业控制网络向现场发展的产物，是在市场需 求的背景下发展起来的新型技术。具有全数字化、分散、双向传 输和多分支的特点，其关键标志是能支持双向、多节点、总线式 的全数字通讯。现场总线技术综合运用微处理器技术、网络技术、 通信技术和自动控制技术，它把专用微处理器置引入传统的现场 仪表，使它们各自都具备数字计算和数字通信能力，成为能独立 承担某些控制、通信任务的网络节点。
装置、节点（主节点、从节点）、站点（主站、从 站）。
1.2.1 现场总线系统的组成


软件包括： 系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统应用软 件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。包括组 态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编 程软件 。 系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功能而编 写的软件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软 件和设备功能软件。
现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现工 业数据通信、形成开放型测控网络的新技术，是自动化领域 的计算机局域网，是网络集成的测控系统。
1.1 现场总线的概念
现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它 应用于现场测量和/或控制目的，通常被称为 现场总线 现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System） 现场总线系统 现场总线网络 现场总线网络系统 现场总线网络控制系统 网络控制系统NCS （Network Control System）
组态通信软件——为计算机与总线设备进行通信，读取总线设备
参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备而使用的 软件，如RSLinx 。