现场总线技术综述
现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源：中国自动化网
现场总线控制系统技术是 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。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系 统基本结构的革命性变化。 现场总线系统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 代现场总线控制系统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。 现场总线控 制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1 现场总线的发展
计算机控制系统的早期，采用一台小型机控制几十条控制回路，目的是降低每条 回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效，所以后来发展成分布式 控制（DCS），即由多台微机进行数据采集和控制，微机间用局域网（LAN）连接起 来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年，其优点和缺点均充分显露。最主要的 问题仍然是可靠性：一台微机坏了，该微机管辖下的所有功能都失效；一块 AD 板上 的模/数转换器坏了，该板上的所有通道（8 或 16 个）全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计，但这又增加了成本，增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、 成本和复杂性之间的矛盾，更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求， 实现控制系统的网络化，一种新型控制技术──现场总线控制系统（FCS）正迅速发 展起来。 1.1 什么是现场总线 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。 通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并 联接线方式，从 PLC 控制各个电器元件，对应每一个元件有一个 I/O 口，两者之间需 用两根线进行连接，作为控制和/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， 施工和维护都十分不便。 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 线自然而然地称为了总线，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的总线， 简称现场总线。
传统的接线方式 现场总线接线方式
图 1 传统控制系统接线方式和现场总线系统接线方式的比较
1.2 现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输 和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在 保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。 一般的现场总线具有以下几个 特点： （1）布线简单 这是大多现场总线共有的特性，现场总线的最大革命是布线方式的革命，最小化 的布线方式和最大化的网络拓扑使得系统的接线成本和维护成本大大降低。 由于采用 串行方式，所以大多数现场总线采用双绞线，还有直接在两根信号线上加载电源的总 线形式。这样，采用现场总线类型的设备和系统给人明显的感觉就是简单直观。 （2）开放性 一个总线必须具有开放性，这指两个方面：一方面能与不同的控制系统相连接， 也就是应用的开放性；另一方面就是通讯规约的开放，也就是开发的开放性。只有具 备了开放性，才能使得现场总线既具备传统总线的低成本，又能适合先进控制的网络 化和系统化要求。 （3）实时性 总线的实时性要求是为了适应现场控制和现场采集的特点。 一般的现场总线都要 求在保证数据可靠性和完整性的条件下具备较高的传输速率和传输效率。 总线的传输 速度要求越快越好，速度越快，表示系统的响应时间就越短，但是传输速度不能仅靠 提高传输速率来解决，传输的效率也很重要。传输效率主要是有效用户数据在传输帧 中的比率还有成功传输帧在所有传输帧的比率。 （4）可靠性 一般总线都具备一定的抗干扰能力，同时，当系统发生故障是，具备一定的诊断 能力，以最大限度的保护网络，同时较快的查找和更换故障节点。总线故障诊断能力 的大小是由总线所采用的传输的物理媒介和传输的软件协议决定的， 所以不同的总线 具有不同的诊断能力和处理能力。
2 现场总线的应用领域
现场总线的种类很多，据不完全统计，目前国际上有 40 多种现场总线。导致多 种现场总线同时发展的原因有两个，一是工业技术的迅速发展，使得现场总线技术在 各种技术背景下得以快速发展，并且迅速得到普及，但是普及的层面和程度受到不同 技术发展的侧重点不同而各不相同； 另一方面， 工业控制领域“高度分散、 难以垄断”， 这和家用电器技术的普及不同，工业控制所涵盖的领域往往是多学科、多技术的边缘 学科，一个领域得以推广的总线技术到了另一个新的领域有可能寸步难行。 2.1 控制系统的层次 控制系统是有不同的层次的，图 2 简明地表示出控制系统的金字塔结构。左边的 文字表示系统的逻辑层次，由上到下分别为协调级、工厂级、车间级、现场级和操作 器与传感器级。现场总线涉及的是最低两级。右边文字表示系统的物理设备层次，由 上到下依次为主计算机、可编程序控制器、工业逻辑控制器、传感器与操作器（如感 应开关、位置开关、电磁阀、接触器等等）。
图2 2.2 各种现场总线的应用范围
图3 对应不同的系统层次，现场总线有着不同的应用范围。图 3 例举了几种主要现场 总线的应用范围。纵坐标由下往上表示设备由简单到复杂，即由简单传感器、复杂传 感器、小型 PLC 或工业控制机到工作站、中型 PLC 再到大型 PLC、DCS 监控机等， 数据通信量由小到大，设备功能也由简单到复杂。横坐标表示通信数据传输的方式， 从左到右，依次为二进制的位传输、8 位及 8 位以上的字传输、128 位及以上的帧传 输以及更大数据量传输的文件传输。 从图 3 看出，ASI、Sensorloop、Seriplex 等总线适用于由各种开关量传感器和操 作器组织的底层控制系统，而 Devicenet、Profibus-DP 和 WorldFIP 适用于字传输额的 各种设备，至于 Profibus-PA、Fieldbus Foundation 等更多地适用于帧传输的仪表自动 化设备。所以对我们适用的总线在 Sensor 和 Equipment 的区域内。 在发达国家，现场总线技术从 20 世纪 80 年代开始出现并逐步推广到现在，已经 被工业控制领域广泛应用。据说，2002 年欧洲有 40％的自动化工程项目采用了现场 总线控制系统，预计到 2005 年将达 65～70％。在国内，现场总线首先用在外国公司 在华投资的生产线，比如几乎所有外资汽车生产企业都有使用现场总线的生产线。啤 酒罐装、烟草加工、机械装配、产品包装等生产线也大量使用现场总线。一些市政工 程也开始使用现场总线。在中国，20 世纪 90 年中后期引入现场总线，至今在技术概 念上已被广泛接受，用户群和使用面迅速增加和扩大，许多自动化项目把现场总线控 制作为选择方案之一，还有不少本土化的现场总线产品出现，并迅速得以产业化。 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水 泥、石化、矿山以及 OEM 用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、 智能家居等新技术领域。
3 现场总线的标准
3.1 IEC61158 的制定
1984 年 IEC 提出现场总线国际标准的草案。1993 年才通过了物理层的标准 IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展 61158 现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用 户带来许多头疼的技术问题， 牺牲的是用户的利益。 在现场总线领域里， 德国派 （ISP， Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以 Profibus 为基础制定的现场 总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于 IEC 无 法通过国际标准。 1994 年 6 月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下， ISP 和 World FIP 成立了 FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了 FF 现场总线。 IEC 投票的文本就是以 FF 为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于 FF 的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将 摒弃 ISP（含 PROFIBUS）和 WORLD FIP。它的成立导致了德国派 ISP 立即解散； 法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对 IEC 的方案，并且可以友好地与 IEC 方 案互联，甚至提出了与 FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派 PROFIBUS 因为与 FF 的方案和技术途径不同， 过渡将是非常困难， 因此强烈反对 IEC 方案以保住市场份额。 但是 PROFIBUS 提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于 商业利益的驱动去反对 FF，国际上的现场总线之争已经演变成为 PROFIBUS 的德国 派与以 FF 为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加 入各种现场总线以获得更多的商业利益， 如最能说明问题的是最主要的反对者西门子 公司（PROFIBUS 主要成员）也参加了 FF。这种具有特殊意义事实已经说明了 PROFIBUS 要与 FF 对抗在技术上处于明显的劣势。 因为德国派的反对,数据链路层和其它层在 1998 年 9 月 30 日投票失败（赞成票 68％，反对票 32％，），这样 IEC61158 就只能作为技术报告出版。但是事情并未了 结，美法等国立即提出了提案，要求对反对票的技术理由进行审议。 1998 年 11 月 15 日 IEC、SC65C 下发了文件，要求对德国等 6 国的反对票是否 含有技术理由进行表决。1999 年 1 月 29 日以 63％的结果支持美法提案。 1999 年 6 月 17 日 IEC 执委会否定了德国等 6 国的反对票，重新计票的结果使原 61158 标准得以通过。 执委会另一个决定是允许其他 1－2 个现场总线作为子集进 IEC 入 61158（意味着允许 Profibus 有条件地进入国际标准）。将在 1999 年的 10 月下旬 发布修改的 61158 文件草案，12 月投票。如否决，原来的 61158 方案将在 1999 年年 底成为出版物 （意味着 Profibus 的利益方如继续反对的话将被排除在国际标准之外） 。 经过有关各方的共同努力和协商妥协，在 1999 年年底的投票表决中，经过修改 后加入 Control Net 等 7 种协议的 IEC61158 国际标准已经正式获得通过。投票情况如 下：P 成员（即有投票权的成员）投票 29 个，其中 25 票赞成，4 票反对（法国、加 拿大、日本与俄罗斯），1 票弃权（意大利）。 在现场总线国际标准 IEC61158 中，采用了一带七的类型，即： 类型 1 原 IEC61158 技术报告（即 FF －H1） 类型 2 Control Net（美国 Rockwell）公司支持 类型 3 Profibus（德国 SIEMENS 公司支持） 类型 4 P-Net（丹麦 Process Data 公司支持） 类型 5 FF HSE（即原 FF H2， 美国 Fisher Rosemount 公司支持）
类型 6 Swift Net（美国波音公司支持） 类型 7 WorldFip（法国 Alstom 公司支持） 类型 8 Interbus（德国 Phoenix contact 公司支持） 目前 61158 的基本原则是 不改变原来 61158 的内容，作为类型 1 不改变各个子集的行规，作为其他类型，并对类型 1 提供接口 3.2 关于 IEC62026 的情况 IEC62026 的情况就没有那么复杂，它的构成如下： IEC62026 －1 一般要求 General Rules(in preparation) IEC62026 －2 电器网络 Device Network(DN) IEC62026 －3 操动器传感器接口 Actuator sensor interface(ASI) IEC62026 －4 协议（规约）Lontalk IEC62026 －5 灵巧配电系统 Smart distributed system(SDS) IEC62026 －6 多路串行控制总线。Serial Multiplexed Control Bus(SMCB) 另外 IEC17B 又发出一个 NP 文件“《Device Word FIP》电器网络“1998 年 4 月投 票失败尚未成为 IEC62026 系列的 CD 文件。而 Interbus 努力成为第 7 部分。 2000 年 6 月以下文件将进入最后一轮投票，并通过，（即将出版） IEC62026 －1 一般要求 General Rules(in preparation) IEC62026 －2 电器网络 Device Network(DN) IEC62026 －3 操动器传感器接口 Actuator sensor interface(ASI) IEC62026 －5 灵巧配电系统 Smart distributed system(SDS) 3.3 ISO11898 现场总线领域中，在 IEC61158 和 62026 之前，CAN 是唯一被批准为国际标准的 现场总线。CAN 由 ISO/TC22 技术委员会批准为国际标准 ISO11898（通信速率＜ 1Mbps）和 ISO11519（通信速率≤125Kbps）。CAN 总线得到了计算机芯片商的广泛 支持， 它们纷纷推出直接带有 CAN 接口的微处理器 （MCU） 芯片。 带有 CAN 的 MCU 芯片总量已经达到 130,000,000 片（不一定全部用于 CAN 总线）；因此在接口芯片技 术方面 CAN 已经遥遥领先于其他所有现场总线。 需要指出的是 CAN 总线同时是 IEC62026 －2 电器网络 Device Network(DN) 和 IEC62026 －5 灵巧配电系统 Smart distributed system(SDS) 的物理层，因此它是 IEC62026 最主要的技术基础。 3.4 现场总线的国家标准及企业标准 由于现场总线的国际标准迟迟不能建立，各种现场总线，设备总线（Device bus） 与传感器总线（Sensor bus）趁此机会，风起云涌，相继成立，莫不大肆宣传，推广 应用，有些大的现场总线组织更是力图扩大自己的地盘，企图造成既成事实，使自己 成为国际标准。
现场总线国家标准 德国的 Profibus 法国的 FIP 英国的 ERA 现场总线企业标准 Echelon 公司的 LONWORKS， Phenix Contact 公司的 Interbus， Rober Bosch 公司的 CAN，
挪威的 FINT 等 丹麦的 PNET 中国的 Devicenet 和 ASi
Rosemount 公司的 HART， Carlo Garazzi 公司的 Dupline， Process Date 公司的 P-net， Peter Hans 公司的 F-Mux 据不完全统计，约有 40 多种。
目前看来现场总线标准不会统一，多标准并存现象将会持续。由于不同的标准在 一定意义上代表着不同的厂商利益， 厂商之间市场、 利益的竞争会反映到标准的推广、 应用和被采纳的广度和深度，所以使得协议之间实际也存在着竞争。那些技术相对落 后，支持厂商少或者弱的协议逐步被淘汰，那些技术先进、支持厂商多而强、开放度 高的协议更容易被接受，更具有生存和发展的空间。
4 几种典型的现场总线介绍
4.1 Profibus PROFIBUS 是 1987 年，德国联邦科技部集中了 13 家公司的 5 个研究所的力量， 按 ISO/OSI 参考模型制订的现场总线的德国国家标准， 其主要支持者是德国西门子公 司， 并于 1991 年 4 月在 DIN19245 中发表， 正式成为德国标准。 开始只有 PROFIBUS －DP 和 PROFIBUS－FMS，1994 年又推出了 PROFIBUS－PA，它引用了 IEC 标准 的物理层（IEC1158－2,1993 年通过），从而可以在有爆炸危险的区域（EX）内连接 本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使 PROFIBUS 更加完善。PROFIBUS 已于 1996 年 3 月 15 日批准为欧洲标准 EN50170 的第 2 卷。 ① 组成：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） 这是一种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。
图 4 Profibus 的组成部分 Profibus-PA（Process Automation）
是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 用双线进行总 线供电和数据通信。 图 4 为 PROFIBUS 组成说明，图 5 为 PROFIBUS 的应用范围。PROFIBUS 支持 多主站通信（令牌方式）和主－从通信。
图 5 Profibus 应用范围 ② 协议结构 Profibus 协议结构是根据 ISO7498 国际标准以 OSI 作为参考模型的。但省略了 3～6 层，同时又增加了服务层。 PROFIBUS－DP 使用了第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口， 第三层到第七层未加以描述。这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，直接数据 链路映象（DDLM）为用户接口易于进入第二层。用户接口规定了用户系统以及不同 设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同 PROFIBUS－DP 设备的设备行为， 还提供了传输用的 RS485 传输技术或光纤传输技术。 PROFIBUS－FMS：对第一层、第二层和第七层（应用层）均加以定义。 PROFIBUS－PA： 采用了扩展的 DP 协议。 另外还使用了描述现场设备行为的 PA 规约。根据 IEC1158－2 标准，这种传输技术可确保其本质的安全性并通过总线给现 场设备供电。 使用分段式耦合器， PROFIBUS－PA 设备能很方便地集成到 PROFIBUS －DP 网络上。 PROFIBUS－DP 和 PROFIBUS－FMS 系统使用了同样的传输技术和统一的总线 访问协议，因而这二套系统可在同一根电缆上同时操作。 ③ 传输技术 PROFIBUS 提供了三种类型的传输： 用于 DP 和 FMS 的 RS485 传输 用于 PA 和 IEC1158－2 传输 光纤（FO） A. RS485 传输是 PROFIBUS 最常用的一种传输技术，这种技术通常称为 H2。采
用屏蔽双绞铜线，共用一根导线对。线性总线结构允许站点增加或减少，而且系统的 分步投入也不会影响到其它站点的操作。 后增加的站点对已投入运行的站点没有任务 影响。 传输速率可选：9.6Kbps 和 12Mbps 之间。 站点数：每分段 32 个站，不带中继器；带中继器可多达 127 个站 传输距离：
波特率 (Kbps) 距离/段 (m) 9.6 1200 19.2 1200 93.75 1200 187.5 1000 500 400 1500 200 12000 100
B. IEC1158－2 传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称 为 H1。 传输速率：31.25Kbps，电压式。 站点数：每段最多为 32 个，总数最多为 126 个。 距离：采用双绞线电缆，传输距离可达 1900m。 C. Profibus 系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体以增加高速传 输的最大距离。许多厂商提供专用总线插头，可将 RS485 信号转换成光信号和光信 号转换成 RS485 信号，这样就为 RS485 和光纤传输技术在同一系统上使用提供了一 套开关控制的十分简便的方法。 ④ 应用情况 PROFIBUS 的应用包括了加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。据调查在 1996 年 PROFIBUS 已赢得了 43％的德国市场，以及大约 41％的欧洲市场。目前各主 要的自动化设备生产厂均为其所生产的设备提供 PROFIBUS 接口， 产品范围包括 1000 多种不同设备和服务，约有 200 种设备已经认证。PROFIBUS 已在全世界十多万的实 际应用中取得成功。到 1997 年 1 月为止，安装的 PROFIBUS 芯片已超过一百万台。
4.2 FF（Fundation Fieldbus）基金会现场总线 （ ） 现场总线基金会是一个国际性的组织，有 120 多个成员，包括了全球主要的过程 控制产品的供应商，基金会成员生产的变送器、DCS 系统、执行器、流量仪表占世 界市场的 90％。 FF 是迫于用户的压力于 1994 年 6 月由 ISP 与 WORLDFIP （北美） 合并成立的现场总 线基金会。 ISP 是可互操作系统协议 （Interoperable system protocol） 的简称， 它基于德国的 Profibus 标准，成立于 1992 年 9 月，当时有 100 多个公司参加，其中以仪表厂为多，由 Fisher Rosemount 公司牵头。 WORLDFIP 是工厂仪表世界协议 （World Factory Instrumentation Protocol）的简称，它基于法国的 FIP 标准，由 Honeywell 公司牵头，也有 100 多个 公司参加，不少是 PLC 制造厂。 ①FF 的拓朴结构 （图 6）
图 6 FF 的拓扑结构 H1 低速现场总线 31.25Kbps 2～32 个设备/段 供电与通讯 本质安全 双绞线 1900 米（最大） 适用于过程设备的基层总线。 H2 高速现场总线 1Mbps/2.5Mbps 速率 可集成多达 32 条 H1 总线 冗余 双绞线 750m/500m。 支持 PLC 和加工工业设备 ② FF 的协议结构 FF 应用了 ISO/OSI 模型的第一层、第二层和第七层（应用层），再在应用层上 加上了用户层。FF 的物理层符合 IEC1158－2 标准，采用 IEC1158－2 技术。 ③FF 特点 由于世界上一些大的仪表公司都参加了 FF， 因此 FF 开发的现场总线产品在品种 与性能上都能满足过程控制的要求，而且使用方便，FF 具有很好的可互操作性和可 互换性， 可互操作性就是来自同厂家的设备可以相互通讯并且可以在多厂家的环境中 完成功能，可互换性就是来自不同厂家的设备在功能上可以用同类设备互换。 ④ 应用情况 1997 年， 由多个供应商提供的基于 H1 标准的小的试验系统被用于培训和技术确 认，并已在世界上试用。 4.3 CAN（Controller Area Network） （ ） CAN 是由 Robent Bosch 公司为汽车制造工业而开发的，是开放的通讯标准，包 括 ISO/OSI 模型的第一层和第二层，由不同的制造者扩展第七层，CIA（CAN in Automation）组织发展了一个 CAN 应用层（CAL）并由此规定了器件轮廓，以联网
相互可操作的以 CAN 为基础的控制器件，或使 EIA 模块相互可操作。 CAN 目前已由 ISO/TC22 技术委员会批准为国际标准 ISO11898（通信速率＜ 1Mbps）和 ISO11519（通信速率≤125Kbps），在现场总线中，目前是唯一被批准为 国际标准的现场总线。但 IEC 下面的 TC22 是分管电力电子的技术委员会，而工业自 动化的现场总线则是由 IEC 的 TC65 所分管，须经 TC65 的批准才行。 ①CAN 的协议结构 采用 ISO/OSI 模型的第一层、第二层和第七层。 ②CAN 的特点 废除了传统的站地址编码而代之以对通信数据块进行编码。 采用双绞线，通信速率高达 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达 10km/5kbps。可挂 设备最多可达 110 个。 信号传输采用短帧结构，每一帧有效字节数为 8 个，因而传输时间短，受干扰的概 率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该接点与总线的联系，使总 线上的其他接点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。 CAN 支持多主站方式，网络上任何接点均可在任何时刻主动向其它接点发送信息， 支持点对点，一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。CAN 采用总线仲裁技术， 当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点继续发送数据，而优先级 低的节点则主动停止发送，从而避免总线冲突。 CAN 不能用于防爆区。 ③ 应用情况 CAN 目前主要用于汽车、公共交通的车辆、机器人、液压系统及分散型 I/O 五大 行业。 此外 Allen-Bradley 以及 Honeywell、 Micro Switch 在 CAN 基础上发展了特殊的 应用层，组成了 A－B 公司的 Device Net 和 Honey Well 公司的 SDS（智能分散系统） 现场总线。由于 CAN 的帧短，速度快，可靠性强，比较适合用于开关量控制的场合， 故 CAN 的销量在增加，据欧洲市场调查，CAN 占有率从 1994 年的 5％增加到 1996 年的 9％。 4.4 WorldFIP 成立于 1987 年 3 月，是以法国几个跨国公司为基础，开发了 FIP（工厂仪表协 议）现场总线系列产品。到目前为止，WorldFIP 协会拥有 100 多个成员，这些成员 生产 300 多个 WorldFIP 现场总线产品。WorldFIP 产品在法国市场占有率大于 60％， 在欧洲市场占有大约 25％的份额。这些产品广泛用于发电及输配电、加工制造自动 化、铁路运输过程自动化等领域，1996 年 6 月成为欧洲标准 EN50170 第 3 卷。 用 WorldFIP 构成的系统分为三级，即过程级、控制级和监控级。用单一的 WorldFIP 总线可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的需要。 WorldFIP 的协议结构是由 ISO/OSI 模型的第一层、第二层和第七层构成。其中第一 层物理层符合 IEC1158－2 标准。 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 CEGELEC 公司的 Alspa-8000 系统，Schneider 公司的 Modicon-TBXplc 系统，GEC－ALSTHOM 公司的 S－900 SCADA 系统等。 4.5 Devicenet DeviceNet 是一种低成本的现场总线链路，将工业设备（如：限位开关、光电传 感器、阀组、电动机起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器 和操作员接口）连接到网络，从而免去了昂贵的硬接线。DeviceNet 是一种简单的网 络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业 自动化设备的成本和时间。DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且 同时提供了相当重要的设备级诊断功能，这是通过硬接线 I/O 接口很难实现的。 DeviceNet 总线技术具有网络化、系统化、开放式的特点，DeviceNet 总线的组织 机构是“开放式设备网络供货商协会”，简称“ODVA”（Open DeviceNet Vendor Association）。ODVA 是一个独立组织，管理 DeviceNet 技术规范，促进 DeviceNet 在全球的推广与应用。ODVA 实行会员制，会员分供货商会员（Vendor members）和 分销商会员 （Distributor member） ODVA 现有供货商会员 300 多个， 。 其中包括 ABB、 Rockwell、Phoenix Contacts、Omron、Hitachi、Cutler-Hammer 等几乎所有世界著名 的电器和自动化元件生产商。 ODVA 的作用是帮助供货商会员向 DeviceNet 产品开发 者提供技术培训、产品一致性试验工具和试验，支持成员单位对 DeviceNet 协议规范 进行改进；出版符合 DeviceNet 协议规范的产品目录，组织研讨会和其它推广活动， 帮助用户了解掌握 DeviceNet 技术； 帮助分销商开展 DeviceNet 用户培训和 DeviceNet 专家认证培训，提供设计工具，解决 DeviceNet 系统问题。ODVA 全球网站地址： hppt:\\https://www.wendangku.net/doc/6516476490.html,，ODVA 在中国有办事机构 ODVA China，网址： hppt:\\https://www.wendangku.net/doc/6516476490.html,。 DeviceNet 的网络结构如图 7 所示。
图 7 Devicenet 的网络结构 Devicenet 可以归纳出以下一些技术特点：
最大 64 个节点。 125kbps~500kbps 通信速率。 点对点，多主或主/从通信。
可带电更换网络节点，在线修改网络配置。 采用 CAN 物理层和数据链路层规约，使用 CAN 规约芯片，得到国际上主要 芯片制造商的支持。 支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送。 低成本、高可靠性的数据网络。 既适用于连接低端工业设备，又能连接象变频器、操作终端这样的复杂设备。 采用无损位仲裁机制实现按优先级发送信息。 具有通信错误分级检测机制、通信故障的自动判别和恢复功能。 得到众多制造商的支持，如：Rockwell、OMRON、Hitachi、Cutter-Hammer、 Mithileichi 等。Devicenet 制造商协会拥有三百多个会员遍布世界各地。 2002 年 12 月 1 日发行的国家标准化管理委员会通报中，公布了 Devicenet 现场 总线已被批准为国家标准。DeviceNet 中国国家标准的编号为 GB/T 18858.3-2002，名 称为《低压开关设备和控制设备 控制器－设备接口（CDI） 第 3 部分：DeviceNet》。 该标准于 2002 年 10 月 8 日被批准，并于 2003 年 4 月 1 日开始实施。 4.6 ASi ASi（Actuator Sensor Interface 执行器传感器接口）总线是自动化系统中最低层级 的现场总线。它是一种开发式与生产商无关的总线，适用于二值传感器和执行器的联 网。 ASi 总线的优点： 不再需要传感器/执行器与较高级的控制器之间的大量连接线， 代之以一根二芯电缆 线； 不需要参数化的软件； 在电气和机械方面都是标准化的，与生产商无关； 应用穿刺法接触连接，安装简单、快速，极性不可能接错； 接口芯片可以集成在传感器和执行器上，以提高其监视和故障分析能力’ 防护等级高，可在现场直接应用； 具有自检测功能，抗干扰能力强。 ASi 总线是一种简单的主从系统，控制数据传输的每个线路段只有一个主设备。 主设备依次查询从设备并要求从设备应答。它采用固定的报文长度和数据格式，识别 过程是不必要的。 ASi 总线的主要技术数据如下： 网络结构：线形或树型结构； 传输媒体：数据和电源共用的无屏蔽双线电缆（2×1.5mm2）； 连接方法：采用穿刺法； 最大电缆长度：无中继器/扩展器时为 100m，有中继器/扩展器时为 300m； 最大循环时间：当完全配置时为 5ms； 最大站点数：31 个； 二值传感器/执行器数： 124 个（当用 4 输入，4 输出，2 输入/2 输出或 2×2 数模块时，即 4×31 个）； 248 个（当用 4 输入/4 输出模块时，即 8×31 个）；
访问方法：循环查询主-从方法，从主设备（PLC、PC）循环采集数据； 错误纠正：数据采集包含对错误报文的识别和重发。 4.7 Interbus Interbus 是一种器件级现场总线，它是德国 PhoenixContact 公司（一种中小型私 人企业）研究和开发的，在 1987 年正式公布，1996 年成为 DIN19825 标准，1998 年 成为 EN50254 欧洲标准，目前已成为 IEC61158 国际标准。它快速、准确（令牌传递、 环形拓扑），最多可连接 512 个“远程”节点，每段距离为 400m。Interbus 也允许次级 有 10m 的回路环，在这些“本地”总线中，远程和本地可应用相同的芯片，但节点不能 相互交换数据。 到 1997 年底， Interbus 已有 125000 多个应用项目和 170 万个联网的节点。 Interbus 俱乐部有 700 多家制造商支持、400 多家会员单位，主要应用于汽车、印刷、物资搬 运和机床等。 4.8 部分现场总线技术特点总结
现场总线 Profibus-DP 特 点 传输速率 9.6-12Kbps 传输距离 100－1200m 传输介质 双绞线或光缆 FF 传输速率 31.25Kbps 传输距离 1900m 传输介质 双绞线或光缆 CAN 传输速率 5－500Kbps 传输距离 40-500m 传输介质 两芯电缆 WorldFIP 传输速率 31.25－2500Kbps 传输距离 500－5000m 传输介质 双绞线或光缆 DeviceNet 传输速率 125、250、500Kbps 传输距离 100－500m 传输介质 五芯电缆 Interbus 传输速率 500K－12Mbps 传输距离 100m 传输介质 同轴电缆或者光缆 ControlNet 传输速率 5Mbps 传输距离 100－400m 传输介质 双绞线 LonWorks 传输速率 78－1250Kbps 传输距离 130－2700m 传输介质 双绞线或电力线 由于智能神经元节点技术和电力载波技 术，可广泛应用于电力系统和楼宇自动化 车间级网络控制和 PLC 网络控制 车间设备和 PLC 网络控制 适用于电器设备和控制设备的设备级网络 控制，以及过程控制和顺序控制设备等 可应用于连续或断续过程的自动控制 汽车内部的电子装置控制，大型仪表的数 据采集和控制 应 用 支持 Profibus-DP 总线的智能电气设备、 PLC 等，适用于过程顺序控制和过程参数 的监控 现场总线仪表，执行机构等过程参数的监 控
现场总线技术的特点及发展趋势
现场总线技术的特点及发展趋势 摘要现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、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，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品开发列入九五国家重点科技攻关项目。 关键词现场总线数字通讯集散系统 现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90 年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、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，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品开发列入九五国家重点科技攻关项目。现场总线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，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。国际上许多有实力、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。 人们把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代控制系统，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统，把数字计算机集中式控制系统称为第三代控制系统，把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代控制系统，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。作为新一代控制系统，它一方面突破了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。开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现有较强实力和影响的现场总线技术有:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。 一、现场总线的技术特点 1、具有良好的系统开放性。现场总线技术通信协议公开，相关标准的一致，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。用户可按自己需要的大小把来自不同供应商的产品随意组成不同的系统。 2、系统结构的高度分散性。因为自控技术的飞速发展，现场设备本身已经具备自动控制的基本功能，所以现场总线技术采用了全分布式控制系统的体系结构。这种体系结构从根本上改变了现有DCS的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统可靠性。 3、互可操作性与互用性。现场总线技术可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。互用性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。 4、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、流量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
现场总线技术的现状及其发展前景
现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名： +++ 班级：电气112 班 学号： 11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年 11 月 17 日
现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点 ,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 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。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/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，施工和维护都十分不便。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称为了总线，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
现场总线综述及应用实例.
现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是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。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统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 年代现场总线控制系统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。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）
现场总线技术论文
总线技术论文 1．引言 1.1 计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS 现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。 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。现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.2 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。 ISA/ SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。 1.3 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。 1.4现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推广更加容易。
菲尼克斯现场总线与INTERBUS现场总线综述
1 引言 在近100多年的历史中，机械制造工业从未有过如此激烈的竞争和变动。全世界都在查找符合以后进展的先进的自动化制造技术的概念。信息技术、计算机技术和操纵网络技术的进展给制造工业的进展提供了巨大的机遇。要在制造工业市场上占有领先的地位，那个企业必须具有提高生产率、降低制造成本的能力。这种能力的提高的关键是如何将新型的自动操纵系统应用在生产制造业中。众所周知，计算机技术、通讯技术、IT技术的进展不断地渗透到工业操纵领域，引起了工业自动化操纵的不断变革，其要紧特征确实是现场总线技术、PC-based技术以及工业以太网技术。这些技术的出现使得工业自动化技术的水平达到了一个新的高峰，面向21世纪的现代工业操纵系统正在逐渐形成。十多年来，Phoenix Contact公司坚持不断创新，不断变革，在
工业自动化操纵领域提出自己独特的解决方案，特不针对如何提高生产率这一制造工业关键的问题。一种具有开放性通讯平台的模块化自动操纵系统—AUTOMATIONWORX（AX）已在生产实际中得到广泛的应用，其先进性、经济性和可靠性得到了实践的证明。事实表明将这种技术用于汽车制造业上可减少 25%的厂房面积、70%系统部件的库存量和90%的安装调试时刻，使生产率和经济效益得到了最大的提高。 2 生产率的提高取决于生产过程的信息化以及制造系统 的集成能力 在当今科学技术迅猛进展的时代，生产率的提高是增强竞争能力的关键。机器和工业设备经济使用的必要性越来越得到人们的重视。这不仅仅是指机械生产厂，同时也是对产品制造厂的要求。充分的利用生产的潜力，尽可能地缩短定单到发货的时刻，这需要工业制造厂家的高度的灵活性和产品生产厂生产新的产品的机动性。这确实是讲，机器和工业设备的制造必须在一定的程度上与技术流程的信息流相结合，即通讯技术必须与生产制造技术紧密的结合起来。为了满足生产设备的高度适应性以及产品快速地改朝换代，制造厂家在制造设备时必须考虑设计、制造、安装和现场调试时所使用的自动操纵方案的一致性，即它的集成
现场总线技术文献综述
《现场总线技术》 论文 论文题目: 现场总线技术文献综述 论文类型：文献综述 姓名: 学号: 班级: 2016 年 6 月 6 日
摘要 现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。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。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术 是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术 是能应用于各种计算机控制领域的工业总线 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[1]。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发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统 已被称为第五代过程控制系统[2]。而FCS 和DCS 的真别在于其现场总线技术。现总线技术以数字信号取代模拟信号 在3C(Computer 计算机、Control 控、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 目前现场总线网络互联都是遵守OSI 参考模型[3]。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础 这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法 将极大地推动整个工业领域的技术进步 对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。 关键字 CAN总线、LonWorks总线、FF总线 Abstract Fieldbus (Fieldbus) refers to open, international standardization, digital and mutual exchange operations two-way transmission, connecting intelligent instrument and control system of communication network. It as plant digital communication network, the basis of the production process communication between field and the control equipment with higher control management level and the contact between. It s not only a grass-roots network, but also a kind of open, new whole distribution control system. This is an intelligent sensing, control, computer, digital communication technology as the main contents of the comprehensive technology, is becoming an information based society impetus industrialization and the industrialization push the applicable technology, information can be applied to various computer control areas of industrial bus, because of fieldbus potential great opportunities, the worldwide each big companies invest considerable human, material nd financial resources to develop research [1]. Today's Fieldbus technology has been international companies competitive field, because of Fieldbus technology unceasing innovation, process Control System consists of the fourth generation since the DCS development of Fieldbus Control System (FCS) System, has been called the fifth generation process Control System [2]. But the real difference of DCS and FCS in the fieldbus technology. Now bus technology replaced with digital signal analog signals in 3C (Computer Control Control, Computer, Commcenication communication) technology, and on the basis of field test and Control information of in situ Set, in situ treatment and on-the-spot use, many control functions from the control room moved to site equipment. The big company because international in the fieldbus technology this field of competition, still not form an unified standards, currently fieldbus network interconnection abide by the OSI reference model [3].
INTERBUS_现场总线技术及其发展
INTERBUS 现场总线技术及其发展 1 引言 2005年5月，INTERBUS现场总线正式成为我国行业标准JB/TIO308.8《测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型8:INTERBUS规范》。INTER- BUS是世界上开发最早的现场总线，早在1984年就由德国Phoenix Contact公司研发，并得到Interbus Club 国际组织支持。由于该总线的快速发展和广泛使用，INTERBUS 已先后成为DIN19258德国标准、EN50254欧洲标准和IEC61158现场总线国际标准。INTERBUS在全球有1000多家总线设备生产商，提供多达2500种产品。到目前为止，INTERBUS现场总线在世界各地的节点安装突破750万，在各种现场总线中名列第二。 2 INTERBUS系统结构与规范 INTERBUS是数字的串行通信系统，用于控制系统(如可编程序控制器)与工业传感器和执行器类现场设备之间的通信。INTERBUS总线使用中央主——从访问方式和树状拓扑结构，用于所连接的主站系统应用与从站应用程序之间数据的交换，其系统结构图示于图1。INT ERBUS协议给用户提供了两个数据传输通道:过程数据通道和参数通道。组合两种通道形成混合的网络通信结构。从主站开始的网段是第一网段(一组从站)，同时该网段可通过总线耦合器扩展更多网段。从站和总线耦合器不带地址，它们的地址是由其在环中的位置决定。
图1 INTERBUS系统结构 对于INTERBUS系统来说，整个系统是由互相连接的总线段构成。INTERBUS总线可分为三种不同的总线段，即远程总线段、本地总线段和Interbus环路段。每个远程总线段开始于一个远程总线终端模块，一个远程总线的最大长度为400m(铜缆)，整个INTERBUS系统的总长可达12.8公里。如果远程总线需要供电，则称为安装远程总线，即传输数据，也传输电源;每个远程总线终端模块都引出一个由本地总线模块组成的本地总线段，本地总线主要用在控制柜内，并给变送器和执行器提供附加电源;Interbus环路段是可以直接应用于IP 65现场的本地总线段，它采用两芯无屏蔽导线，总线供电。一个环路可带63个模块，总长为200m。根据用户的不同要求，利用以上不同的Interbus总线段可以构成能够满足各种实际需要的现场总线网络结构。INTERBUS系统规范见表1。从表1中可以看出INTER- BUS 数据的安全性得到充分保护。
航空航天数据总线技术发展综述
航空航天数据总线技术发展综述 综述1 70年代以来，随着微电子、计算机、控制论的发展，使得航空电子系统的发展更为迅速。1980年美国专门制定了军用1553系列标准和ARINC系列标准，使数据总线更加规范化。目前自动化程度较高的军、民用飞机，如F-16、F-117、幻影2000、空中客机A340等都采用了数据总线技术。数据总线技术在我国航空电子系统设计中已有十几年的设计和使用经验，本文针对具有代表性的总线标准，包括MIL-STD-1553B、ARINC429、MIL-STD-1773、ARINC629、STANAG3910、RS485及CAN总线技术进行介绍。 1. MIL-STD-1553B MIL-STD-1553B总线全称为飞行器内部时分命令/响应式多路数据总线,它由美国自动化工程师协会在军方和工业界的支持下制定,正式公布于1978年,1986-1993年进行了修改和补充。我国与之对应的标准是GJB289A-97。该总线采用冗余的总线型拓扑结构,传输数据率可达1 Mb/S，足以满足第三代作战飞机的要求。1553B总线系统主要由总线控制器BC和远程终端RT和组成，其字长度20bit，数据有效长度为16bit，半双工传输方法，双冗余故障容错方式，传输媒介为屏蔽双绞线，1553B总线的冗余度设计，提高了子系统和全系统的可靠性。 1553B总线的主要功能是为所有连接到总线上的航空电子系统提供综合化、集中式的系统控制和标准化接口。该总线技术首先运用于美国空军F-16战斗机。在过去的30年中,MIL-STD-1553B已成功地应用于多种战机,并且成功应用于其它控制领域,如导弹控制、舰船控制等，在海军和陆军的武器和维护系统中已经开始采用1553B总线。 随着国防现代化的建设和武器系统的升级换代，我军也开始将1553B协议大量应用到武器系统的设计中。 2. ARINC429 ARINC429总线协议是美国航空电子工程委员会（Airlines Engineering Committee）于1977年7月发表并获得批准使用的,它的全称是数字式信息传输系统(DITS)。协议标准
现场总线基础知识
现场总线基础知识 现场总线技术综述 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、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。 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有:FoudationFieldbus （FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础，紧扣系统的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状，最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。 一、现场总线的技术特点 1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，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。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，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、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等
现场总线CAN原理与应用技术综述报告
现场总线CAN综述报告 CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。 现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。 一． CAN总线的产生与发展 控制器局部网（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网，由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。 随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展，工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支，并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求，工业控制系统的发展主要表现为：控制面向多元化，系统面向分散化，即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。 分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心，将 5C 技术--COMPUTER（计算机技术）、CONTROL（自动控制技术）、COMMUNICATION（通信技术）、CRT（显示技术）和 CHANGE（转换技术）紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面，较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性。 典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制造业自动化的需要，因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。 尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准，但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网 CAN正是在这种背景下应运而生的。 由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广，导致要求各种应用领域通信报文的标准化。为此，1991 年 9 月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制订并发布了 CAN 技术规范（VERSION2.0）。该技术规范包括A和B 两部分。2.0A给出了曾在CAN 技术规范版本1.2 中定义的CAN报文格式，而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式。此后，1993 年11 月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网（CAN）国际标准（ISO11898），为控制器局部网标准
现场总线概述
现场总线概述 现场总线控制系统技术是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。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统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 年代现场总线控制系统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。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1 现场总线的发展 计算机控制系统的早期，采用一台小型机控制几十条控制回路，目的是降低每条回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效，所以后来发展成分布式控制（DCS），即由多台微机进行数据采集和控制，微机间用局域网（LAN）连接起来成为一个统一系统。DCS沿用了二十多年，其优点和缺点均充分显露。最主要的问题仍然是可靠性：一台微机坏了，该微机管辖下的所有功能都失效；一块AD板上的模/数转换器坏了，该板上的所有通道（8或16个）全部失效。曾有过采用双机双I/O等冗余设计，但这又增加了成本，增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、成本和复杂性之间的矛盾，更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求，实现控制系统的网络化，一种新型控制技术──现场总线控制系统（FCS）正迅速发展起来。 1.1 什么是现场总线 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。 通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/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，施工和维护都十分不便。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称为了总线，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的总线，简称现场总线。
现场总线技术综述
现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源：中国自动化网
现场总线控制系统技术是 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。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系 统基本结构的革命性变化。 现场总线系统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 代现场总线控制系统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。 现场总线控 制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1 现场总线的发展
计算机控制系统的早期，采用一台小型机控制几十条控制回路，目的是降低每条 回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效，所以后来发展成分布式 控制（DCS），即由多台微机进行数据采集和控制，微机间用局域网（LAN）连接起 来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年，其优点和缺点均充分显露。最主要的 问题仍然是可靠性：一台微机坏了，该微机管辖下的所有功能都失效；一块 AD 板上 的模/数转换器坏了，该板上的所有通道（8 或 16 个）全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计，但这又增加了成本，增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、 成本和复杂性之间的矛盾，更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求， 实现控制系统的网络化，一种新型控制技术──现场总线控制系统（FCS）正迅速发 展起来。 1.1 什么是现场总线 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。 通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并 联接线方式，从 PLC 控制各个电器元件，对应每一个元件有一个 I/O 口，两者之间需 用两根线进行连接，作为控制和/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， 施工和维护都十分不便。 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 线自然而然地称为了总线，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的总线， 简称现场总线。
现场总线习题答案
现场总线习题答案 作者：张磊 第一章现场总线技术概述 1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？ 大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。 2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？ 包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分 3.现场总线的基本定义？ 现场总线(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备（例如，变送器、执行器、控制器)与高层设备(例如主机、网关、人机接口设备)之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。 5. 现场总线控制系统的技术特点。 1.开放性； 2.全数字化； 3.双向通信； 4.互可操作性与互用性； 5.现场设备的智能化与功能自治性 6.系统结构的高度分散性 7.对现场环境的适应性 6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？ 1．FCS实现全数字化通信2．FCS实现彻底的全分散式控制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 7. 分析现场总线的现状，展望其发展前景。 第二章数据通信基础与网络互联 1.何谓现场总线的主设备、从设备？ 可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？ 总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。 3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址 4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能? 通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。 信息源和接收者是信息的产生者和使用者 发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。 传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是无线的，也可以是有线的(包括光纤)。有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。 5.通信方式按照信息的传输方向分为哪几种? 单工(simplex)方式；半双工(Half duplex)方式；全双工(Full duplex)方式 6.通信的传输模式分为哪几种? 基带传输载波（带）传输宽带传输异步转移模式ATM 7.在载带传输中有哪几种常用的数据表示方法？ 调幅方式、调频方式、调幅方式 8.在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式? 线路交换方式报文交换方式报文分组交换方式 9.比较通信系统中的几种拓扑结构。 星型结构：在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中
开放式现场总线 CC-Link 综述
开放式现场总线 CC-Link 综述 相关专题：电子元器件 虽然 CC-Link 在中国的市场表现良好，国内已经存在大量广泛的应用和一些合作伙伴，但是关于 CC-Link 的全貌的介绍相对较少。 作为包容了现场总线最新技术的 CC-Link ，其先进的技术性能和特点非常鲜明。有必要逐步向广大的用户和合作伙伴及中国的工程技术人员，介绍 CC-Link 有关技术和应用情况。使 CC-Link 的技术为更多的业内人士所了解，为中国的现场总线的发展，提供有益的参考。 一、开放式现场总线 CC-Link 技术背景和 CLPA 在 1996 年 11 月，以三菱电机为主导的多家公司以“ 多厂家设备环境、高性能、省配线” 理念开发、公布和开放了现场总线 CC-Link ，第一次正式向市场推出了 CC-Link 这一全新的多厂商、高性能、省配线的现场网络。并于 1997 年获得日本电机工业会（ JEMA ）颁发的杰出技术成就奖。CC-Link 是 Control& Communication Link ( 控制与通信链路系统 ) 的简称。 即：在工控系统中，可以将控制和信息数据同时以 10Mbps 高速传输的现场网络。 CC-Link 具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出优点。作为开放式现场总线， CC-Link 是唯一起源于亚洲地区的总线系统，CC-Link 的技术特点尤其适合亚洲人的思维习惯.于 1998 年，汽车行业的马自达、五十铃、雅马哈、通用、铃木等也成为了 CC-Link 的用户，而且 CC-Link 迅速进入中国市场.1999 年，销售的实绩已超过 17 万个节点， 2001 年达到了72 万个节点，到 2001 年累计量达到了 150 万，其增长势头迅猛，在亚洲市场