现场总线技术
现场总线概述
现场总线概述一、现场总线简介随着操纵、运算机、通信、网络等技术的进展，信息互换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到操纵、治理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速进展，引发了自动化系统结构的变革，慢慢形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线确实是顺应这一形势进展起来的新技术。
现场总线是现今自动化领域技术进展的热点之一，被誉为自动化领域的运算机局域网。
它的显现，标志着工业操纵领域又一个新时期的开始，并将对该领域的进展产生重要阻碍。
现场总线是应用在生产现场、在微型运算机化测量操纵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、多点通信的底层操纵网络。
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普遍的应用背景。
现场总线技术将专用于微处置器置入传统的测量操纵仪表，使它们各自具有数字计算和通信能力，采纳可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量操纵仪表连接成的网络系统，并按公布、标准的通信协议，在位于现场的多个微型运算机化测量操纵设备之间和现场仪表与远程监控运算机之间，实现数据传输与信息互换，形成各类适应实际需要的自动操纵系统。
简而言之，它把单个分散的测量操纵设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成能够彼此沟通信息、一起完成自控任务的网络系统与操纵系统。
它给自动化领域带来的转变正如众多分散的运算机被网络连接在一路，使运算机的功能、加入到信息网络的行列。
因此把现场总线技术说成是一个操纵技术新时期的开端并只是分。
利用现场总线技术给用户带来的益处：1节省硬件本钱2设计组态安装调试简便3系统的平安靠得住性好4减少故障停机时刻5用户对系统配置设备选型有最大的自主权6系统保护设备改换和系统扩充方便7完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础二、现场总线的种类在过去的10年内，显现了许多的总线产品，较流行的有：德国Bosch公司设计的CAN 网络（Controller Area Network）,美国Echelon公司设计的LonWorks网络（Local Operation Network），按德国标准生产的Profibus(Profess FieldBus)总线，Rosemount公司设计的Hart （Highway Addressable Remote Transducer）总线，罗克韦尔自动化公司的DeviceNet 和ControlNet等。
现场总线技术的设计应用实例
现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。
本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。
ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。
在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。
每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。
通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。
在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。
这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。
CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。
在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。
通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。
在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。
航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。
CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。
ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。
现场总线技术概述
二、几种典型的现场总线介绍
WorldFIP 传输媒体可以是屏蔽双绞线或光纤。 传输速率为： 31.25K bps用于过程控制；1M bps 用于加工制造系统；2.5M bps用于驱动系统。 标准速率为1M bps，使用光纤时最高速率可达5M bps。 目前WorldFIP的总线产品有法国Schneider公司的 Modicon-TBXplc系统；ALSTHOM公司的S－900 SCADA系统等。
二、几种典型的现场总线介绍
PROFIBUS现场总线 PROFIBUS有三个部分组成：
PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）：主要 是用来解决车间级通用性通讯任务。可用于大范围和复杂的 通讯。总线周期一般小于100ms。 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）：经过优化的 高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与 分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于 10ms。 PROFIBUS-PA（Process Automation）：专门为过程自 动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线 上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标 准，PROFIBUS-PA用双绞线进行总线供电和数据通信。
第一章 现场总线技术概述
主要内容
第一节 现场总线的产生 第二节 现场总线的概念及分类 第三节 现场总线的特点和优点 第四节 现场总线标准的制定 第五节 现场总线的现状
第一节 现场总线的产生
在过程控制领域： 从20世纪50年代至今的信号标准：4-2OmA （0-5V）的 模拟信号。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，进行 集中式控制处理。 20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，嵌入到 各种仪器设备，形成分布式(DCS)控制系统。
什么是现场总线什么是现场总线控制系统它的技术特点是什么现场总线
什么是现场总线?什么是现场总线把握系统?它的技术特点是什么? - 现场总线现场总线把握系统（FCS:Fieldbus Control System)是继集散把握系统（dcs)后的新一代把握系统，它是电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的进展成果。
现场总线使得现场仪表、执行机构、把握室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多参数的数字通信，为把握系统的全分布和全数字化运行奠定了基础。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量把握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、多点通信的底层把握网络。
它在制造业、过程工业、交通等方面的自动过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把握仪表，使它们各自都具有数字计算和数字通信的力量，接受可进行简洁连接的双绞线等作为总线，把多个测量把握仪表连接成网络系统，并公开规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量把握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化把握系统。
简而言之，它把单个分散的测量把握设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成把握任务的网络系统和把握系统。
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。
现场总线则使自控系统与设备具有通信力量，把它们连结成网络系统，加入到信息网络的行列。
因此把现场总线技术说成是一个把握技术新时代的开端并不过分。
现场总线是20世纪80年月中期在国际上进展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增加和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到快速进展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使每个自动化系统成为“信息孤岛”。
要实现整个企业的信息集成，要实现综合自动化，就必需设计出一种能在工业现场环境运行、性能牢靠、造价低廉的通信系统，形成工场底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
现场总线技术
9.4.2 现场总线技术现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90年代现场总线技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
1．什么是现场总线技术从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。
而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。
数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。
现场总线技术就是将微处理器芯片嵌入到位于控制现场的检测仪表和执行机构中，使这些设备都具有了智能化的运算和通信能力，能成为独立承担各种检测、控制和通信任务的网络节点。
采用可进行简单连线的双绞线等传输途径作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，使得位于现场的多个测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而形成了各种适应实际需要的新型的自动控制系统。
传统控制系统的接线方式是并联接线方式，从可编程控制器（PLC）控制各个电器元件，每一个元件对应有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。
当PLC 所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护也十分不便。
为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。
因而这根线自然而然地成了总线，就如计算机内部的总线概念一样。
由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场总线。
现场总线的名词解释
现场总线的名词解释现场总线（Fieldbus）作为一种先进的工控技术，已经在工业自动化领域中得到广泛应用。
它是一种能够在现场仪器设备之间进行实时通信和数据交换的数字通信协议，使得设备与控制系统之间能够高效地交换信息，实现更加灵活和智能的自动化控制。
那么，什么是现场总线呢？在工业自动化领域，现场总线是指一种将工厂现场的仪器、传感器和执行机构与控制系统之间建立起连续的数字通信网络。
它是通过一条或多条总线来连接不同的设备，实现数据的传输和控制指令的交换。
现场总线的出现使得设备之间能够直接通信，不再需要通过传统的模拟信号进行中转，大大简化了工业自动化系统的设计和布线。
同时，现场总线还具有高实时性、可靠性和扩展性的特点，能够满足不同工艺过程的需求。
现场总线技术包括了多种协议和标准，例如Profibus、DeviceNet、CANopen等，每种都有其特定的应用场景和功能。
这些协议采用了分布式控制的思想，将控制系统分布到各个设备之间，实现了更加灵活和可靠的控制方式。
通过现场总线，各个设备之间能够实现数据的共享和交换，从而大大提高了生产效率和质量。
例如，在一个工厂的生产线上，通过现场总线可以实现对不同设备的监控和控制，及时获取设备的状态和生产数据，从而进行合理调度和优化生产过程。
此外，现场总线还能够实现设备的智能化和远程诊断。
通过现场总线，设备与控制系统之间能够进行实时数据的交换和处理，设备可以根据控制系统的指令进行自主操作，实现更加智能化的控制。
同时，控制系统还可以通过现场总线对设备进行远程诊断和维护，及时发现和解决故障，提高生产线的可靠性。
现场总线作为一种重要的工控技术，正在得到越来越广泛的应用。
它已经成为现代工业自动化领域的标准之一，不仅在制造业、能源行业等传统行业中得到应用，也在新兴领域如物联网和智能城市中发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，现场总线将持续演进，为工业自动化领域带来更多的创新和发展。
总结起来，现场总线是一种能够在工业自动化领域中进行实时通信和数据交换的数字通信协议。
现场总线控制网络技术课后答案
第一章1、简要说明现场总线、控制网络的定义答：现场总线是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业操作单元、现场操作站等互联而成的通信网络，它的关键标志是能支持双向、分散、多节点、总线式的全数字通信，是工业控制网络向现场及发展的产物。
2、简要说明现场总线技术的特点答：现场总线是3C（计算机、通信、控制）技术的融合。
其技术特点是:信号输出全数字、控制能力全分散、标准统一全开放。
具体是（1）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。
3、简要说明网络化控制系统的结构组成答：由被控对象、执行器、传感器、网络时延、控制器组成4、网络化控制系统的主要技术特点有哪些答：主要有：1、结构网络化2、节点智能化3、控制现场化和功能分散化4、系统开放化和产品集成化5、对现场环境的适应性5、HART通信模型有那几层组成答：HART通信模型由3层组成：物理层、数据链路层和应用层6、与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有哪些优势答：与传统布线相比，P-NET现长总线技术在工业控制应用中有很大的优势，它可以简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。
7.WorldFIP可用的运输速率有哪些，标准传输速率是多少？答：传输速率用于铜线的有31.25Kbit/s、1Mbit/s和2.5Mbit/s，其中1Mbit/s是标准速率。
第二章1、什么是差错控制答：在计算机通信中，为了提高通信系统的传输质量而提出的有效的检测错误并进行纠正的方法叫做差错检测和校正，简称为差错控制2、数据通信系统由哪几部分组成答：数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成3、简要介绍通信系统的通信指标答：通信指标有1、有效性指标2、可靠性指标3、通信信道的频率特性4、介质宽带，信息传输的有效性指标和可靠性是通信系统最主要的指标4、数据传输方式有哪些？选取其中两种进行简要介绍答：数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输的同步方式，有串行传输与并行传输，同步传输与异步传输，位同步、字符同步与帧同步等几种在串行传输中，数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输，每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。
DCS及现场总线技术
2.3 DCS旳硬件系统
本节从过程控制站、人机接口设备、系统通信 设备等三个方面，对DCS旳硬件系统和构成作 一种扼要论述。
硬件基础
冗余：通俗来讲，冗余就是热备用，能够了解既 多出又不多出。
2．控制级（层）旳功能
1）过程控制站旳功能 能对现场设备（如传感器、变送器等）传来
旳信息，按照一定旳控制策略进行分析、处理并 计算出所需旳控制量，经过输出通道将控制量信 息传递给现场旳执行器，完毕系统旳控制任务。 2）数据采集站旳功能
数据采集站能完毕过程数据采集、设备监测、 系统测试和故障诊疗。
拷贝机、键盘、鼠标等。
☞操作站提供了良好旳人机交互界面， 用以实现集中监视、操作和信息管 理等功能。
在有旳小DCS中，操作站兼有工 程师站旳功能，在操作站上也能够 进行系统组态和维护旳部分或全部 工作。
4.工程师站
工程师工作站 （Engineering Work Station，EWS）是由PC机 配置一定数量旳外部设备所 构成，如CRT（或LED）显 示屏、键盘、鼠标、打印机 和绘图机等。
模件机笼用于安装功能模件（主控卡）、数 据转发模（卡）件、端子板和各类I/O模（卡）件 等，均可采用冗余构造配置，构成双冗余主控构 造和冗余I/O构造。
☞综上所述，操作站、工程 师站和管理计算机构成 了DCS旳人机接口，用 以完毕集中监视、操作、 组态和信息综合管理等 任务。现场控制站和数 据采集站构成DCS旳过 程接口，用以完毕数据 采集与处理和分散控制 任务。通信总线是连接 DCS各部分旳纽带，是 实现集中管理、分散控 制目旳旳关键。
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现场总线技术
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，
它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场
设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信
息传递问题。
由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的
优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
微处理器的出现，特别是微控制器的发展为现场总线的产生和发展
创造了条件。
现有的多数现场设备，为提高其性能价格比，在实现其内部操作时都采用了微处理器和数字化元件，于是就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。
采用现场总线的目的就是为了满足这种要求，为工业领域中的测量和调节控制设备提供实现串行数字通信的手段。
图中为倍加福公司开发的传感器和执行器总线。
该总线处于总线的最下一层。
对于现场总线，一方面把传统的模拟仪表变成数字仪表，变单一功能为多项功能，实现现场仪表的互操作和互换信息；另一方面是把DCS（分散型控制系统）变成FCS（现场控制系统），在现场建立开放式的现场通信网络，实现全系统的数字通信网络化。
现场总线有以下优点：
1.一对N的结构，一对传输线，可以对应多台现场数字仪表，也可采用多种网络拓扑结构，简化了工程设计，降低了工程费用。
2.现场总线采用数字信号传输。
3.实现远程监控
4.综合多种功能，以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能；另外数字调节阀直接从现场总线接收数字调节信号，在现场总线上就可以构成回路，把原来的DCS站的功能下放到现场仪表，实现彻底的分散，提高系统的可靠性。
目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART（过渡协议）等。
我国市场也有一些系统集成公司推出自己基于不同现场总线的系统，如艾讯推出BITlink，康拓工控推广的Bitbus 和Atcent两个现场总线产品等。
其中HART和LonWorks在我国开发和应用较多。
下面只简单介绍一下WorldFIP的情况。
WorldFIP现场总线不论高速还是低速，只有一套通信协议，可以不需要任何网桥或网关，低速与高速的衔接只用软件完成。
WorldFIP组织认为，它的生产者/使用者（Producer/Consumer）模式和总线仲裁器（BUSArbiter）的调度方式特别适合工业过程控制的现场总线系统。
它的很多优点都与此有关。
FF与IEC标准草案都采用了这种通信模式，只是名称不同。
FF称为发布方/接收方（Publisher/Subscriber）与链接调度器（LAS），实际方式与WorldFIP基本一致。
这也说明了为什么WorldFIP支持IEC标准，因为他们向IEC靠拢在技术
上是比较容易的。
目前，WorldFIP的应用领域为：输电、铁路运输、地铁、化工、空间技术、汽车制造等。
1998年5月，WorldFIP组织在中国建立了技术推广中心，并把注意力放在中国的能源和铁路两个将大力发展的领域。