《现场总线及其应用技术》ppt课件.
Serial, OPC or fieldbus
Field Bus
Redundant
Third party controllers, servers etc
Enterprise Optimization Suite
Third party application server
Mobile Operator
调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输 出特性补偿模块，或PID控制和运算模块，甚至 阀门特性自检验和自诊断功能。
2019年5月13日4时33分
14
1.1.2 现场总线的本质
5. 通信线供电 允许现场仪表直接从通信线上获取能量， 对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可 采用这种供电方式
6. 开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可以与不同层网 络互连，还可以实现网络数据库的共享
开放性、分散性与数字通讯是现场总线系 统最显著的特征。
2019年5月13日4时33分
9
传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
2019年5月13日4时33分
10
DCS与FCS
2019年5月13日4时33分
11
1.1.1 现场总线的产生---产生背景
微处理器技术的迅猛发展和广泛应用，使 仪表和现场控制设备在性能和功能上有显 著的提高；
对系统维护管理、测试和监视需求的日益 增加；
控制领域在控制精度、可操作性、可维护 性、可移植性等方面的要求。
2019年5月13日4时33分
12
1.1.2 现场总线的本质
1. 现场通信网络
用于过程及制造自动化的现场设备或现场仪表互连 的通信网络
2. 现场设备互连
现场设备或仪表指传感器、变送器和执行器等。这 些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞 线、同轴电缆、光纤和电源线等
2019年5月13日4时33分
31
1.1.6 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。
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
IEC对现场总线的定义 现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备 之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串 行、多节点数字通信的技术。
涉及智能仪表、控制、计算机、数据通信技术
---FCS与DCS的详细对比
2. 可靠性
FCS: 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力 强，精度高； DCS: 可靠性差：模拟信号传输不仅精度 低，而且容易受干扰
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
3. 失控状态
FCS: 操作员在控制室既可以了解现场设备 或现场仪表的工作状况，也能对设备进行 参数调整，还可以预测或寻找故障，使设 备始终处于操作员的远程监视与可控状态 之中；
现场总线与控制网络
Field Bus and Control Network
长安大学
王会峰 2013年9月
主要内容
现场总线简介、特点与优点 数据通信基础与网络互联 主要现场总线的介绍 现场总线的典型应用 现场总线控制系统 现场总线与工业以太网的互连技术
2019年5月13日4时33分
北航出版社，2001
2019年5月13日4时33分
3
参考书目
2019年5月13日4时33分
4
要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
2019年5月13日4时33分
5
第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
DCS:操作员在控制室既不能了解模拟仪表 的工作状态，也不能对其进行参数调整， 更不能预测故障，导致操作员对仪表处于 “失控”状态
2019年5月13日4时33分
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
4. 互换性 FCS: 用户可以自由选择不同制造商提供的 性能价格比最优的现场设备和仪表，并将 不同品牌的仪表互连； DCS:尽管模拟仪表统一了信号标准(420mA DC)，可大部分参数仍由制造厂自 定，致使不同品牌的仪表互换难度较大
互可操作性与互用性 现场设备的智能化与功能自治性 系统结构的高度分散性 对现场环境的适应性
2019年5月13日4时33分
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1.1.3 现场总线的特点和优点 ---现场总线的优点
节省硬件数量与投资 节省安装费用 节约维护开销 用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---现场总线的结构特点
由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中 处于控制室的控制模块、各输入输出模块置 入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。
由于不需要其他的模数转换器件，且一对电 线能传输多个信号，因而简化了系统结构， 节约了设备及安装维护费用。
2019年5月13日4时33分
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典型ABB的AC800M系统组成
iFIX
IFix Client 1
IFix Client 2
Gateway 3 NIC
MIS ERP
IFix Primary Server
ABB AC800M
AC800M
iFix OPC Client ABB OPC Server
AC800M
ControlNet,DeviceNet) 其它，如楼宇自动化，农业等
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1.1.5 现场总线的现状
2. 每种总线各有其应用领域 3. 每种总线各有其国际组织 4. 每种总线均有其支持背景 5. 设备制造商参加多个总线组织 6. 多种总线均作为国家和地区的标准 7. 协调共存 8. 工业以太网引入工业领域
应用层
分为两子层：应用服务层(FMS)，用于为用户提供服务； 现场总线存取层(FAS)，用于实现数据链路的连接。
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1.1.6 现场总线网络的实现
用户层 定义了从现场装置中读写信息和向网络中其他装置 分派信息的方法，即规定了供用户组态的标准“功 能模块”。
2019年5月13日4时33分
3. 互操作性
对不同厂商不同品牌的现场设备统一组态，构成所 需要的控制回路，并且具备相互操作的功能
2019年5月13日4时33分
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1.1.2 现场总线的本质
4. 分散功能块
FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把 DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从 而构成虚拟控制站
例如：
流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加 输入模块，而且有PID控制和运算功能块。
8
1.1.1 现场总线的产生 ---控制系统的发展趋势
第五代：现场总线控制系统(FCS)
突破了DCS系统采用通信专用网络的局限， 采用了基于公开化、标准化的解决方案，克 服了封闭系统所造成的缺陷；
把DCS的集中与分散相结合的集散系统结 构，变成了新型全分布式结构，把控制功能 彻底下放到现场。
公司)
2019年5月13日4时33分
28
1.1.5 现场总线的现状
1. 多种总线共存 世界市场对各种现场总线的需求：
过程自动化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 医药领域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 交通运输：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 航空，国防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,
2019年5月13日4时33分
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1.1.6 现场总线网络的实现
制定标准时参照OSI七层协议标准；
大多采用第1层(物理层)、第2层(数据链路 层)和第7层(应用层)，并增加第8层用户层。
物理层：定义了信号的编码与传送方式、传送介质、 接口的电气及机械特性、信号传输速率等。
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。调制方式主要 有CPFSK和COFSK。传输介质主要有：有线电缆、 光纤和无线介质。
2
参考书目
1. 李正军.《现场总线及其应用技术》
机械工业出版社，2005
2. 阳宪惠. 《现场总线技术及其应用》
清华大学出版社，1998 3. 甘永梅.《现场总线技术及其应用》
机械工业出版社，2000 4. 杨宁.《集散控制系统及现场总线》
北航出版社，2001 5. 邬宽明.《现场总线技术应用选编》
2019年5月13日4时33分
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1.1.1 现场总线的产生
---控制系统的发展趋势
第一代：气动信号控制系统(50年代之前) 第二代：电动模拟信号控制系统(50年代
至今),4－20mA的模拟量标准信号。 第三代：计算机集中控制系统(70年代) 第四代：集散式分布控制系统(80年代)
2019年5月13日4时33分
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1.1.7 现场总线的发展趋势
自动化系统和设备将朝着现场总线体系结构 方向发展；
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《现场总线及其应用技术》课件
2020/4/15
4
要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
2020/4/15
5
第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
公司)
2020/4/15
28
1.1.5 现场总线的现状
1. 多种总线共存
世界市场对各种现场总线的需求：
过程自动化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 医药领域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 交通运输：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 航空，国防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,
2020/4/15
22
典型ABB的AC800M系统组成
iFIX
IFix Client 1
IFix Client 2
Gateway 3 NIC
MIS ERP
ห้องสมุดไป่ตู้
IFix Primary Server
ABB AC800M
AC800M
iFix OPC Client ABB OPC Server
AC800M
IFix Secondary Server
应用层
分为两子层：应用服务层(FMS)，用于为用户提供服务； 现场总线存取层(FAS)，用于实现数据链路的连接。
2020/4/15
现场总线技术及其应用
由于现场总线设备具有较高的可靠性，因此 整个系统的可靠性也得到了提高。
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。
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。
现场总线技术及其应用-概述63页PPT
现场总线技术及其应用-概述
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Hale Waihona Puke 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Hale Waihona Puke 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
现场总线技术及其应用专项培训PPT公开课(32页)
基于CAN现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将 为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。
13
三 现场总线在锅炉控制系统中的应用
1. 项目概述 我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，
污染环境，自动化改造的任务十分紧迫； 我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：
手工控制阶段； 专用仪表控制阶段 ； 电动单元组合控制阶段； 计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）； 现场总线控制阶段 。 经典的PID 控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进 的控制策略势在必行。
工作循环中各阀门开闭状态
阶段 1
吹风 Ο
上吹 Χ
下吹 Χ
二上 Χ 吹净 Ο
阀门开闭情况
2345 ΧΧΟΟ ΟΧΟΧ ΧΟΧΧ ΟΧΟΧ ΧΧΟΧ
67 ΧΧ ΟΧ ΟΟ ΟΧ ΟΧ
8
工艺流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控 制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：
炉口
上行测温装置
空层
炉
现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全 数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感 器及传动装置等)的数据通信。
3
一 现场总线技术简介
3. 现场总线主要特点
1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络；
3) 安装与接线费用低；
4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。
4. 现场总线国际标准化状况
5. 现场总线结构模型
现场总线的模型结构在低层 (1、2层 )是基本相同的，在上 层各现场总线之间的功能有所不同。
IEC定义为 3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规 定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。
13
三 现场总线在锅炉控制系统中的应用
1. 项目概述 我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，
污染环境，自动化改造的任务十分紧迫； 我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：
手工控制阶段； 专用仪表控制阶段 ； 电动单元组合控制阶段； 计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）； 现场总线控制阶段 。 经典的PID 控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进 的控制策略势在必行。
工作循环中各阀门开闭状态
阶段 1
吹风 Ο
上吹 Χ
下吹 Χ
二上 Χ 吹净 Ο
阀门开闭情况
2345 ΧΧΟΟ ΟΧΟΧ ΧΟΧΧ ΟΧΟΧ ΧΧΟΧ
67 ΧΧ ΟΧ ΟΟ ΟΧ ΟΧ
8
工艺流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控 制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：
炉口
上行测温装置
空层
炉
现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全 数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感 器及传动装置等)的数据通信。
3
一 现场总线技术简介
3. 现场总线主要特点
1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络；
3) 安装与接线费用低；
4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。
4. 现场总线国际标准化状况
5. 现场总线结构模型
现场总线的模型结构在低层 (1、2层 )是基本相同的，在上 层各现场总线之间的功能有所不同。
IEC定义为 3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规 定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。
现场总线技术3-4 CAN总线 现场总线技术及其应用 教学课件
Dependent Interface-MDI）构成媒体访问单元（MAU ）
2020/7/2
12
物理层信号（PLS）
Physical Layer Signal Sublayer 物理层信号实现与位表示、位定时和同步相关
的功能
2020/7/2
13
PLS－位定时
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想发送器在没有 重同步的情况下，发送的位数/秒
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，可以 大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好 的性能；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全 局广播等几种方式传送和接收数据。
CAN的直接通信距离最远可达10 km（传输速率为5 Kbit/s）；最高通信速率可达1 Mbit/s（传输距离为 40m）。
11
物理媒体连接（PMA）子层
Physical Medium Attachment Sublayer 功能：实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线
故障检测方法 CAN技术规范2.0B中没有定义该层的驱动器/控制器特
性，以便在具体应用中进行优化设计。 由物理媒体连接（PMA）和媒体从属接口（Physical
现场总线技术及其应用
第3讲
胡青松
2020/7/2
1
3.4.1 CAN总线概述
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通 信网络。
CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。
CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD 方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之 间有优先级之分，因而通信方式灵活；
2020/7/2
12
物理层信号（PLS）
Physical Layer Signal Sublayer 物理层信号实现与位表示、位定时和同步相关
的功能
2020/7/2
13
PLS－位定时
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想发送器在没有 重同步的情况下，发送的位数/秒
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，可以 大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好 的性能；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全 局广播等几种方式传送和接收数据。
CAN的直接通信距离最远可达10 km（传输速率为5 Kbit/s）；最高通信速率可达1 Mbit/s（传输距离为 40m）。
11
物理媒体连接（PMA）子层
Physical Medium Attachment Sublayer 功能：实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线
故障检测方法 CAN技术规范2.0B中没有定义该层的驱动器/控制器特
性，以便在具体应用中进行优化设计。 由物理媒体连接（PMA）和媒体从属接口（Physical
现场总线技术及其应用
第3讲
胡青松
2020/7/2
1
3.4.1 CAN总线概述
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通 信网络。
CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。
CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD 方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之 间有优先级之分，因而通信方式灵活；
现场总线技术及其应用 第2版 教学课件 ppt 作者 郭琼 第1章
Page: 28
4.现场总线系统的优点
• 提高了系统的准确性与可靠性 1）现场总线设备的智能化、数字化，与模拟 信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度， 减少了传送误差； 2）系统的结构简化、设备与连线减少，现场 仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提 高了系统的工作可靠性； 3）设备标准化，功能模块化，使系统具有设 计简单，易于重构等优点。
Date: 2019/1/30
Page: 19
4.现场总线系统的优点
• • • • • 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销 用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性
Date: 2019/1/30
Page: 20
4.现场总线系统的优点
• 节省硬件数量与投资 1）智能现场设备直接执行多参数测量、控制、 报警、累计计算等功能，减少了变送器的数量； 2 ）不需要 DCS 系统的信号调理、转换等功能， 节省硬件投资，减少控制室的占地面积。
（2）Profibus:离散工业，机械制造业自动化 （3）WorldFIP:交通行业自动化 （4）LonWorks:楼宇自动化
现场总线技术 --现场总线技术把单个分散的仪表或设 备变成了网络的节点
Date: 2019/1/30
Page: 3
1.现场总线简介
现场总线控制系统FCS
----以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或设备， 使之成为可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网 络系统与控制系统.
与传统仪表的不同之处 现场总线技术的关键
Date: 2019/1/30 Page: 43
三、现场总线技术的标准化
制定现场总线标准的国际标准化组织： 1）IEC---国际电工委员会
《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
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
现场总线技术 第5章 DeviceNet 现场总线技术及其应用 教学课件
卷，内容如下：
2020/7/2
14
卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
2020/7/2
15
除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
2020/7/2
36
5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
2020/7/2
37
5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
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卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
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除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
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5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
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5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
现场总线技术及其应用专项培训课件演示(84张)
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备和DCS制造厂商，研 究机构和最终用户。现有基金会成员120余家，以及诸多最终用户 组成的顾问委员会。FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总 线标准。
2021/1/20
5
FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
2021/1/20
7
3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）
块 对 象
系统管 理内核 协议
（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
现场总线技术及其应用 第3讲
2021/1/20
1
第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
2021/1/20
2
3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
2021/1/20
9
2021/1/20
10
2021/1/20
11
系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
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FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
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3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）
块 对 象
系统管 理内核 协议
（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
现场总线技术及其应用 第3讲
2021/1/20
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第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
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3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
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系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
现场总线技术及其应用PPT.
这方面的知识,冬冬会不会食物中毒？
满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 2、中毒还有化学性的食物中毒。如：吃了沾有残留的农药的蔬菜就会引起中毒。
彬彬有礼地介绍
33.根与据客学户生建回立的答互，信列关相出系以应下几层点： 次相比，现场总线标准的物理层、数据
师：这就是要链求同学路们一层日三与餐要定其时定有量。相同的含义。从总线访问子层看，
分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样
严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；
既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的
特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型
中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS
的特点和特殊要求。
10
1
应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
➢ 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处 理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积 小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系 统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属 于集中式控制系统。
2
➢ 20世纪80年代初期，计算机和（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网 络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的 集散控制系统（Distributed Control System， DCS）。
4
现场总线技术的优点
➢ 现场总线具有的数字化、开放性、分散性、 互操作性和互换性及对现场设备环境的适应 性等特点决定和派生了其一系列优点：
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
5
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能
满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 2、中毒还有化学性的食物中毒。如：吃了沾有残留的农药的蔬菜就会引起中毒。
彬彬有礼地介绍
33.根与据客学户生建回立的答互，信列关相出系以应下几层点： 次相比，现场总线标准的物理层、数据
师：这就是要链求同学路们一层日三与餐要定其时定有量。相同的含义。从总线访问子层看，
分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样
严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；
既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的
特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型
中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS
的特点和特殊要求。
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1
应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
➢ 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处 理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积 小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系 统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属 于集中式控制系统。
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➢ 20世纪80年代初期，计算机和（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网 络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的 集散控制系统（Distributed Control System， DCS）。
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现场总线技术的优点
➢ 现场总线具有的数字化、开放性、分散性、 互操作性和互换性及对现场设备环境的适应 性等特点决定和派生了其一系列优点：
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
5
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能