常用现场总线种类介绍
现场总线期末试题及答案
现场总线期末试题及答案这是一个针对现场总线（Fieldbus）概念和应用的期末试题及答案。
现场总线是一种工业自动化网络协议，用于连接工业设备和系统，实现数据传输和控制。
以下是试题及相应答案：试题一：1. 现场总线的主要优势是什么？答：现场总线的主要优势包括：- 减少布线复杂性和成本：使用现场总线可以减少传感器、执行器和控制器之间的布线长度和数量，降低了成本和维护难度。
- 提高灵活性和可扩展性：现场总线允许设备的添加、移除和重配置，使得工业系统更具灵活性和可扩展性。
- 实时通信和快速响应：现场总线提供了实时通信和快速响应的能力，对于工业控制和监测非常重要。
- 更好的诊断和故障排查：现场总线允许对设备进行诊断和故障排查，提高了设备运行的可靠性和可维护性。
- 数据集成和共享：通过现场总线，不同设备和系统之间可以实现数据集成和共享，促进了信息流的畅通。
2. 现场总线的通信速率取决于哪些因素？答：现场总线的通信速率取决于以下因素：- 网络拓扑结构：网络拓扑结构的不同将影响总线上设备的通信速率。
最常用的拓扑结构是总线型、星型和树型结构。
- 网络长度和延迟：总线长度的增加会导致信号传输的延迟增加，从而影响通信速率。
- 通信介质和物理层规范：不同的通信介质和物理层规范支持的最大数据传输速率也不同。
- 网络负载和设备数量：网络负载指的是同时传输的数据量，增加网络负载和设备数量会降低通信速率。
3. 现场总线的种类有哪些？请简要介绍一种现场总线协议。
答：现场总线的种类包括Profibus、Modbus、CANopen、DeviceNet 等。
以Profibus为例进行简要介绍：Profibus（Process Field Bus）是一种用于工业自动化领域的通信总线协议。
它支持数据传输和控制任务，在过程控制和工厂自动化中得到广泛应用。
Profibus具有高速传输、可靠性好、扩展性和灵活性强等特点。
它分为DP（Decentralized Periphery）和PA（Process Automation）两种类型，分别适用于不同的应用场景。
现场总线技术概述 (2)
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IEC61158目前包括10种技术类型，其中类型9与类型10是 后来加的。
①类型1：IEC技术报告 (即相当于FF的H1，美国FisherRosemount公司支持)；
②类型2：Control Net(美国Rockwell公司支持)； ③类型3：Profibus(德国Siemens公司支持)； ④类型4: P-Net(丹麦Process Data公司支持)； ⑤类型5: FF HSE(High Speed Ethernet 美国 Fisher-
②设备总线 (device bus)：数据宽度为字节 (byte)， 如Interbus和Device Net等；
③全服务的现场总线（fieldbus）：数据宽度为数据 流或模块 (block)。以报文通信为主，除了对装置进 行读取数据外，还包括一些对装置的操作和控制功能。 如FF总线、Lonworks总线、Hart总线等。
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五、FCS与DCS的比 FCS相对于DC较S具有如下优越性：
1．FCS实现全数字化通信
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2．FCS实现彻底的全分散式控制
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3．FCS实现不同厂商产品互联、互操作 4．FCS增强系统的可靠性、可维护性 5．FCS降低系统工程成本
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（二）现有的现场总线国际标准
※IEC61158 (IEC/TC65/SC65C/WC6制定) 测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总 线，由以下6部分组成： 第1部分:导则； 第2部分:物理层规范和服务定义； 第3部分:数据链路层服务定义； 第4部分:数据链路层协议规范； 第5部分:应用服务定义； 第6部分:应用层协议规范。
现场总线
1、什么是现场总线？安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。
2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。
（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。
（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，可实行点对点，一点对多点的数字通信。
而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（3）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。
现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。
（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。
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
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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。
现场总线概述
3.现场总线的结构特点和优点 3.现场总线的结构特点和 现场总线的结构特点
3.2 现场总线的优点 现场总线的优点 现场总线系统采用智能设备, 现场总线系统采用智能设备,通过标准协议在一根总 线上实现所有信号的数字化传输。它具有如下优点: 线上实现所有信号的数字化传输。它具有如下优点: 1) 开放,互操作性好。 开放, 现场总线采用标准的通信协议, 现场总线采用标准的通信协议,是开放式的互联网 络,用户可按自己的需要和考虑,把来自不同供应商的 用户可按自己的需要和考虑, 产品组成大小随意的系统。 2) 彻底的分散控制。 现场总线将控制功能下放到作为网络节点的现场 智能仪表和设备中,做到彻底的分散控制, 智能仪表和设备中,做到彻底的分散控制,提高了系统 的灵活性、自治性和安全可靠性。
4.几种流行的现场总线的比较及应用 4.几种流行的现场总线的比较及 几种流行的现场总线的比较
4.1 HART总线 HART总线 最早的现场总线系统HART(Highway 最早的现场总线系统HART(Highway addressable remote transducer)是美国Rosemount公司于1986年 transducer)是美国Rosemount公司于1986年 提出并研制的一种通信协议,得到了80多家著名仪表 提出并研制的一种通信协议,得到了80多家著名仪表 公司的支持, 公司的支持,这种被称为可寻址远程传感器高速通道 的开放通信协议, 的开放通信协议,其特点是在现有模拟信号传输线上 实现数字信号通信,它在常规模拟仪表的4 实现数字信号通信,它在常规模拟仪表的4—20mA DC信号的基础上迭加了FSK(Frequency shift keying) DC信号的基础上迭加了FSK(Frequency 数字信号,这种通信协议既可以用于4 数字信号,这种通信协议既可以用于4—20mA DC的 DC的 模拟仪表, 模拟仪表,也可以用于数字式通讯仪表。它属于模拟 系统向数字系统转变过程中的过渡性产品, 系统向数字系统转变过程中的过渡性产品,因而在当 前的过渡时期具有较强的市场竞争力, 前的过渡时期具有较强的市场竞争力,得到了广泛的 应用。
工业领域流行的九大现场总线
工控领域最流行的九大现场总线发布时间：2012-7-27 22:00 发布者：1770309616关键词：现场总线, 工业以太网, 工业通信现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。
它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。
这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。
现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。
由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。
人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。
现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，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；另一方面把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。
可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
现场总线技术展望与发展趋势现场总线技术的发展应体现为两个方面：一个是低速现场总线领域的继续发展和完善；另一个是高速现场总线技术的发展。
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。
现场总线的概念
现场总线的概念
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，它用于在现场设备（如传感器、执行器、变送器等）和控制系统（如PLC、DCS、FCS等）之间进行数字通信。
现场总线是一种开放式、数字化、双向通信系统，它允许不同的设备之间进行实时通信和数据交换。
这些设备通常位于工厂的现场，用于监测和控制生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
现场总线的特点包括：
1.开放式：现场总线是一种开放式通信协议，允许不同的设备之
间进行通信，不受厂商和技术的限制。
2.数字化：现场总线采用数字信号进行通信，相比传统的模拟信
号具有更高的精度和稳定性。
3.双向通信：现场总线支持双向通信，即设备之间可以进行数据
交换和相互控制。
4.实时性：现场总线具有较高的实时性，能够满足工业自动化领
域的实时监测和控制要求。
5.可靠性：现场总线具有较强的抗干扰能力，能够在恶劣的工作
环境下稳定运行。
常见的现场总线协议包括Modbus、Profinet、CAN总线、HART等。
这些协议各有特点，适用于不同的应用场景。
在选择现场总线时，需要根据实际需求和应用场景进行综合考虑。
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常用现场总线种类介绍
1、PROFIBUS Profibus 作为一种快速总线，被广泛应用于分布式外围组件(PROFIBUS-DP)。
除了 PROFIBUS-DP 和 FMS 以外，Beckhoff 还支持驱动器通讯标准 PROFIBUS MC。过程现
场总线
2、EtherCAT EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology，用于控制和自动化技
术的以太网)是一种用于工业自动化的实时以太网解决方案，性能优越，使用简便。
3、Lightbus 这种经过验证的 Beckhoff 光纤总线系统具有极为优秀的抗 EMI 性能，易
于安装，数据流快速、循环且具有确定性。
4、Interbus Interbus 易于配置，通讯快速而可靠。主/从系统的移位寄存器协议可提供
高效循环通讯。
5、CANopen 通过有效利用总线带宽，CANopen 可在即使相对较低的数据传输速率时
也能实现较短的系统响应时间。秉承了 CAN 的传统优点，例如数据安全性高且具备多主站
能力。
6、ControlNet ControlNet 是一种开放式标准现场总线系统。该总线协议允许循环数据
和非循环数据通过总线同时进行交换，而两者之间互不影响。
7、SERCOS interface SERCOS 最初作为用于驱动器的快速光纤总线系统研发。采用
Beckhoff SERCOS 总线耦合器，I/O 设备可以实现高速率数据传输和较短的循环时间。
8、Ethernet
以太网是办公环境中的主流标准。在Beckhoff 以太网产品中，也秉承并发扬了以太网
的优点，例如数据传输速率高，与现有网络的简便集成以及广泛的服务和接口等。
9、PROFINET PROFINET 是一种由 PNO(PROFIBUS 用户组织)针对开放式工业以太网制
定的标准：国际上订立的一种针对通讯的 IT 标准(如 TCP/IP 协议)。
10、USB USB 已成为 PC 技术的标准接口，具有传输速率高，拓扑结构灵活(通过集成
集线器)等特点，加上 Beckhoff USB 总线耦合器，在距离较短时，该系统可替代现场总线。
11、Modbus Modbus 是一种基于主/从结构的开放式串行通讯协议。可非常轻松地在
所有类型的串行接口上实现，已被广泛接受。
12、RS232/RS485 RS232 和 RS485 是精典的串行接口，一直被广泛使用。Beckhoff
RS485/RS232 I/O模块采用的是易于实现的简单串行通讯协议。
13、CC-Link CC-Link(Control & Communication Link，控制与通信链路)是一种开放式总线
系统，用于控制级和现场总线级之间的通讯。应用方面主要以亚洲地区为主。
14、AS-Interface AS interface 通过简单、经济的布线方法，连接传感器、执行器与上位
控制层。AS interface 已通过 EN 50295 和IEC 62026-2 标准，在国际上实现了标准化。
15、LON LON(Local Operating Network，局部操作网络)是一种能够进行多网络连接的通
讯系统，用于分布式应用。
16、EIB EIB(European Installation Bus，欧洲安装总线)是一种用于楼宇布线的总线系统，
主要在欧洲得到广泛应用。
17、SNMP 简单网络管理协议
18、QOS 服务质量，解决延时和阻塞的一种技术。
19、CAN 控制器局域网络