LonWorks现场总线介绍

LonWorks现场总线介绍

LonWorks是美国Echelon公司1992年推出的局部操作网络,最初主要用于楼宇自动化,但很快发展到工业现场网。LonWorks技术为设计和实现可互操作的控制网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径。一、LonWorks的神经元芯片LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuron Chip)。该芯片内部装有3个微处理器:MAC处理器完成介质访问控制;网络处理器完成OSI的3～6层网络协议;应用处理器完成用户现场控制应用。它们之间通过公用存储器传递数

LonWorks是美国Echelon公司1992年推出的局部操作网络,最初主要用于楼宇自动化,但很快发展到工业现场网。LonWorks技术为设计和实现可互操作的控制网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径。

一、LonWorks的神经元芯片

LonWorks技术的核心是神经元芯片(Neuron Chip)。该芯片内部装有3个微处理器:MAC处理器完成介质访问控制;网络处理器完成OSI的3～6层网络协议;应用处理器完成用户现场控制应用。它们之间通过公用存储器传递数据。

在控制单元中需要采集和控制功能,为此,神经元芯片特设置11个I/O口。这些I/O口可根据需求不同来灵活配置与外围设备的接口,如RS232、并口、定时/计数、间隔处理、位I / O等。

神经元芯片还有一个时间计数器,从而能完成Watchdog、多任务调度和定时功能。神经元芯片支持节电方式,在节电方式下系统时钟和计数器关闭,但状态信息(包括RAM中的信息) 不会改变。一旦I/O状态变化或网线上信息有变,系统便会激活。其内部还有一个最高1.25 M bps、独立于介质的收发器。由此可见,一个小小的神经元芯片不仅具有强大的通信功能, 更集采集、控制于一体。在理想情况下,一个神经元芯片加上几个分离元件便可成为DCS系统中一个独立的控制单元。

二、完善的开发平台

LonWorks提供的不仅仅是一套高性能的神经元芯片,更重要的是,它提供了一套完整的开发平台。工业现场中的通信不仅要将数据实时发送、接收,更多的是数据的打包、拆包、流量处理、出错处理。这使控制工程师不得不在数据通信上投入大量精力。LonWorks在这方面提供了非常友好的服务,提供了一套完整的建网工具——LonBuild。

首先,它提供了一套C语言的编译器,从而大大减少了开发时间。在这个编译

器中,提供了对11个I/O非常详尽的库函数。在通信方面,它也提出了一个全新的概念——网络变量。通过网络变量,网络上的通信只需将相关节点上的网络变量连接一下即可。网络变量是应用程序定义的一个特殊静态变量,可以是ANSI C 所定义的各种类型,也可以是自定义类型,还可以规定优先级、响应方式等。网络变量被定义为输入或输出,当定义为输出的网络变量被赋予新值时,与该输出变量相连的输入网络变量就会被立刻赋予同样的新值。

另外,LonBuild还集成开发环境和编译于一体,具备C调试器,可在多个仿真器上调试应用程序,并具备网络协议分析和通信分析的功能。

三、LonTalk:面向对象的网络通信协议

LonTalk是LonWorks的通信协议,固化在神经元芯片内。LonTalk局部操作网协议是为LonWo r ks中通信所设的框架,支持ISO组织制定的OSI参考模型的7层协议,并可使简短的控制信息在各种介质中非常可靠地传输。

LonTalk协议是直接面向对象的网络协议,具体实现即采用网络变量的形式。又由于硬件芯片的支持,使它实现了实时性和接口的直观、简洁等现场总线的应用要求。

1.LonTalk MAC的特点

介质访问控制(MAC)子层是OSI参考模型的数据链路层的一部分。目前在不同的网络中存在多种介质访问控制协议,其中之一就是大家熟悉的CSMA(载波信号多路侦听)。LonTalk正是使用该协议,但具有自己的特色。

CSMA协议要求一个节点在发送数据前侦听网络是否空闲。一旦监测到线路空闲后,不同的协议动作不同。这样在重负载的情况下,不同协议的执行结果不同。例如,Ethernet采用CSM A /CD协议,一旦检测到碰撞,采用避让算法,这种方法在重负载时导致网络介质传输率变得极低。另一些CSMA协议使用时间片规则去访问介质,使节点在限制的时间片访问介质,这样可以大大减少两个数据报发生碰撞的可能性。P-坚持CSMA和LonTalk的CSMA就是使用时间片去访问介质。

LonTalk协议使用一个改进的CSMA介质访问控制协议,称为预测的P-坚持CSMA。LonTa lk协议在保留CSMA协议优点的同时,注意克服它在控制中的不足。目前存在的MAC协议(如IEEE 802.2、802.3、802.4、802.5)都不能在重负载下很好地保持网络高效率、支持大网络系统和多通信介质。

如果有很多网络节点等待网络空闲,一旦网络空闲,这些节点都会马上发送报文而产生碰撞。它们产生碰撞后会后退一段时间,假如这段时间相同,就会发生重复碰撞,这将使网络效率大大降低。在预测的P-坚持CSMA中,所有LonWorks 节点等待随机时间片间隔访问介质, 这就避免了以上情况的发生。在LonWorks

中,每个节点发送前随机插入1～16个很小的随机时间片。在空闲网络中,每个节点发送前平均插入8个随机时间片。

在P-坚持CSMA中,当一个节点有信息需要发送时并不立即发送,而是等待一个概率为 P的随机时间片。而LonTalk协议可根据网络负载动态调整P值。时间片的增加通过一个N值,插入的随机时间片为N×16,这个N值的取值范围是1～63。LonTalk称N为网络积压的估计值,是对当前发送周期有多少个节点有报文需要发送的估计。LonTalk协议根据网络积压动态地调整介质访问,允许网络在轻负载情况下用较短的时间片,在重负载情况下用较长的响应时间片。

对照实验表明,36个LonWorks节点互联,采用一般P-坚持算法,当每秒要传输的报文达500 ～1000包时,碰撞率从10%上升到54%;而采用预测的P-坚持算法,在500包以下时碰撞率与前者相当,在500～1000包时稳定在10%。

对所有令牌环网络,LonTalk具有对多介质的支持,但这些介质必须在总线

上具有环的结构 ,令牌在这个环线上轮巡。这对使用电力线和无线电作为介质的网络显然不可行,因为网上所有节点几乎能同时收到令牌。同时,令牌环网络还需增加令牌丢失时的恢复机制、令牌快速应答机制,这些都增加了硬件上的开销,使网络成本增加。

对令牌总线网络,LonTalk在令牌中加入网络地址,从而在物理总线上建立

一个逻辑环的结构,使令牌在这个逻辑环上轮巡。但是,在低速网络中令牌轮巡时间变得很长。另外,令牌总线在有节点上网或下网时都会发生网络重构。在电池供电的系统中,会因经常休眠和唤醒而导致网络上下网时频繁重构;在恶劣的环境中,常会发生令牌丢失而导致网络重构。这些网络重构会大大降低网络的效率。同时,由于网络地址的限制,每个网络至多只有255个节点。

我们常用的CSMA/CD(如Ethernet),在轻负载情况下具有很好的性能;在重负载情况下, 过多的碰撞使网络效率变得极低。

目前,在现场总线中还有一种十分流行的网络——CANbus。它采用无主结构,这一点大大优于Bitbus。其MAC层上的管理很有特色。它也采用CSMA方式,但将网络上的节点分成不同的优先级,采用支配位(0)和避让位(1)、以及总线回读的方法实现非破坏性总线仲裁。即当两个节点同时向网络传递信息时,优先级低的节点主动停止发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输,这可以有效地避免总线碰撞。但是,这要求网络一定要同步,这对多介质的情况显然不适用。另外,对各节点不太需要优先级的网络,由于不得不定义一个优先级,因而当网络通信较繁忙时,有些优先级低的节点可能很长时间不能发送信息。因此,Canbus较适合介质单一、节点数目较少的小网络。

综上所述,Lon的MAC子层具有以下优点:支持多介质的通信,支持低速率的网络,可在重负载情况下保持网络性能,支持大型网络。

2.LonTalk对优先级的支持

在LonWorks网络中,为提高紧急事件的响应时间,提供了一个可选择的优先级机制。该机制允许用户为每个需要优先级的节点分配一个特定的优先级时间片,并保证有且只有一个节点拥有这样的优先级时间片。在发送过程中,优先级数据报将在该时间片内把数据报发送出去。优先级时间片为0～127,0是不需等待立即发送,1是等待1个时间片,2是等待2个时间片 ,依此类推。低优先级的节点需等待较多的时间片,而高优先级的节点需等待较少的时间片 ,这个时间片加在P-概率时间片之前。非优先级的节点必须等待优先级时间片都完成后, 再等待

P-概率时间片后发送。因此,加入优先级的节点总比非优先级的节点有更快的响应时间。

3.LonTalk对多介质的支持

LonTalk协议对各种介质的支持是独立的。Lon的神经元芯片可以容许的通信介质类型非常广泛,如双绞线、电力线、无线电、红外线、同轴电缆、光纤等。

4.LonTalk对多通道的支持

一个通道是指在物理上能独立发送报文(不需要转发)的一段介质。LonTalk 规定,一个通道至多有32385个节点,一个网络可以由一个或多个通道组成,通道之间通过路由器来连接。

这样,不仅可实现多介质在同一网络上的连接,而且可减轻一个通道的网络信道过于拥挤。

5.LonTalk对大网络的支持

网络地址可以有以下三层结构:

第一层结构是域。域的结构可以保证在不同的域中通信彼此独立。例如,不同的应用节点共存在同一通信介质中(如无线电),不同的域的区分可以保证它们的应用完全独立,不会彼此干扰。

第二层结构是子网。每个域最多有255个子网,一个子网可以是一个或多个通道的逻辑分组 ,有一种子网层的智能路由器产品可以实现子网间的数据交换。

第三层结构是节点。每个子网最多有127个节点,所以一个域最多有

255×127=32385个节点。任一节点可以分属一个或两个域,容许一个节点作为两个域之间的网关,也容许一个传感器节点将采集到的数据分别发向两个不同的域。

节点也可以被分组,一个分组在一个域中跨越几个子网或通道。在一个域中最多有256 个分组,每个分组对需应答服务最多有64个节点,而无应答服务的节点个数不限。一个节点可以分属15个分组去接收数据。分组结构可以使一个报文同时被多个节点接收。

另外,每个神经元芯片有一个独一无二的48位ID地址。这个地址由厂方规定,一般只在网络安装和配置时使用,可以作为产品的序列号。

通道并不影响网络的地址结构,域、子网和分组都可以跨越多个通道。

6.LonTalk的报文服务

LonTalk协议提供了四种类型的报文服务:

·应答方式或端对端的应答服务:当一个节点发送报文到另一个节点或分组时,每个接收到报文的节点都分别向发送方应答。如果发送方在应答时间内没有收到全部应答,则重新发送该报文。重发次数和应答时间都是可选的。报文应答服务由网络处理器完成,不必由应用程序来干预。报文ID号确保节点不会收到重复的报文。

·请求/响应方式:当一个节点发送报文到另一个节点或分组时,每个接收到报文的节点都分别向发送方响应。如果发送方在响应时间内没有收到全部响应,则重新发送该报文。重发次数和响应时间都是可选的。报文响应服务由应用处理器完成,可以包含数据,是由应用处理器完成的,适合远程过程调用和客户/服务器的应用。

·非应答重发方式:当一个节点发送报文到另一个节点或分组时,不需每个接收到报文的节点向发送方应答或响应,而是重复多次发送同一报文,使报文尽量可靠地被接收方收到。这种方式适于节点较多的分组的广播发送,从而避免因节点响应而使网络过载。

·非应答方式:当一个节点发送报文到另一个节点或分组时,不需每个接收到报文的节点向发送方应答或响应,也不必重复多次发送同一报文,只发一次即可。这种方式适合对可靠性要求不高,但报文长度较长、需要速度较高的报文。

7.LonTalk网络认证

LonTalk支持报文认证。收发双方在网络安装时约定一个6字节的认证字,接收方在接收时判断报文是否经过发送方认证,只有经过发送方认证的报文方可接收。

8.碰撞检测

Lon支持在通信介质上的硬件碰撞检测(如双绞线)。LonTalk可以将正在发送的碰撞报文自动取消,重新再发。如果没有碰撞检测,若碰撞发生,只有到响应或应答超时时才会重发报文。

四、LonWorks与现场总线

按照国际电工委员会(IEC)的叙述,把低级或底层的工业数据总线定名为现场总线。其基本要求包括:以串行通信的方式取代传统的4～20mA的信号传输,并且一条现场总线可为众多的可寻址的现场设备实现多点连接;支持底层的现场智能设备与高层的系统利用公用介质交换信息;现场总线的协议在物理层和链路层与OSI模型有相同的含义。目前,一些公司、厂商所推出的现场总线产品,其基本要求大体与上述内容类似。

从前面对LonWorks的分析介绍可以看出,LonWorks的性能覆盖了IEC关于现场总线的推荐规范,而且应用更加灵活。

①神经元芯片是一个很好的低成本的现场总线处理器。它处理现场互联的全部任务,还能处理现场传感器、执行器的动作,以及简单的数字逻辑运算等现场任务。

②以IEEE P1118(ver 3.0)制定的现场总线功能要求为例,与LonWorks的性能做一比较 :在物理层上的比较见表2,在链路层上的比较见表3,在应用层上的比较见表4。

③LonTalk是OSI参考模型面向现场对象应用的一个子集。它比现场总线历来推荐的功能覆盖面更广,如支持多介质、大网络。这为工厂制造自动化的测、控、管一体化提供了全局性的解决方案,而且都可通过固化有LonTalk协议的神经元芯片实现,只需用一个神经元和某种网络的专用控制器相连构成的桥接器同生产管理级、厂级互联。另外,它比现场总线以往提供的应用服务更友好、更方便,用户只需按对象来定义和连接网络变量。

④LonWorks支持各种拓扑结构,不限于总线,选择不同的收发器可构成星形、环形、树形或混合形结构;而寻址由协议来解决,这样现场互联更加灵活。

综上所述,LonWorks是一种全新的现场总线。它为全分散式的现场设备提供了可互操作的控制网络,已获得世界上140多个公司、组织的确认,并组成LonMark协会。目前,有1500家组织选择它,在各行各业成功地构成了应用系统。

几种现场总线技术的介绍比较

几种现场总线技术的介绍比较 ---- [编者按]: 现场总线技术是自动化领域计算机、通讯和网络技术的发展而发展起来的新兴技术，它是先进的电子技术、仪表技术、计算机技术和网络技术的集成体。现场总线（Filedbus）是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，现场总线控制系统FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。[FCS的发展与历史] 现场总线技术(FCS)简介 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。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出，“目前自动化技术领域出 现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系统的功能，而同时 一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始改变PLC市场格局。相比PLC， 这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快的CPU速度，使PLC成为一种通 用的自动化平台组件。”同时，他们还对PAC的概念进行了详细定义：诸如在一种平台上实 现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能；具有公用对象标记和统一数据库 的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个过程单元之间的过程流进行控制 设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是过程行业的单元运行，都能满足 其生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准，能够实现不同供应商的

三种工业总线及其中的现场总线

一，工业总线三种基本类型 *传感器级总线，即485总线网络 *设备级总线，即HART总线网络 *现场总线，即FieldBus现场总线网络 现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网 现场总线分为以下几种： 下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。 1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF） 这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网） 最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。 3、Lonworks 它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI 模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s

几种常见的现场总线简介

几种常见的现场总线简介从1984年IEC开始制订现场总线国际标准至今，经过16年的努力和有关各方的协商妥协，最终，采用包括8种类型现场总线的IEC6lI58标准，并于1999年底的投票中得以通过。 2.1 Type l IEC技术报告（即FF H1）FF H1现场总线的网络协议是按照ISOOSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。基金会现场总线（FF）是Type1现场总线的一个子集（Subset）。 2.2 Type 2 ControlNet ControlNet现场总线得到美国Rockwell公司支持。它采用了一种新的通信模式：生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个数据源存取相同的数据。这种模式最主要的特点是增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。 2.3 Type 3 Profibus Profibus得到德国Siemens公司支持。Profibus数据链路层总线存取有两种方式，即令牌环（Token-Ring）方式和主站/从站（Master/Slave）方式。Profibus系列由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA。Profibus-DP适用于设备级控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。Profibus-FMS适用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，符合IEC61158.2物理层规范，

主流现场总线简介

主流现场总线简介 下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。 1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF） 这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2、CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网） 最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN 支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。 3、Lonworks 它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。 4、DeviceNet DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。DeviceNet总线的组织结构是Open

现场总线技术及其应用研究论文

现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势

第一章绪论 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。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、

常用现场总线种类介绍

常用现场总线种类介绍公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

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

Lonworks总线及其应用

Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 现场总线是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的。 随着微处理器与计算机功能的不断增强和价 格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自 动化，形成工厂底层网络，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。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.wendangku.net/doc/6b12732367.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求， 设备一对一的分别进行连线的结构 形式。把原先 DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有 通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底 的分散控制。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产 品组成开放互连的系统。 系统间、 设备间可以进行信息交换， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通

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）

常用现场总线种类介绍

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

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，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。 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

现场总线技术在电力自动化中的应用

现场总线技术在电力自动化中的应用 1、概述 现场总线（Fieldbus）是当前自动化领域的热门话题，被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。 2、现场总线 现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的，用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的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。 现场总线系统FCS称为第五代控制系统，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DSC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。

2.1 特点 现场总线技术是计算机，网络通讯、超大规模集成电路、仪表和测试、过程控制和生产管理等现代高科技迅猛发展的综合产物，因此现场总线的内涵现在已远远不是指这一根通讯线或一种通讯标准。现场总线的控制系统在精度、可靠性、经济性等许多方面都要比传统的控制系统要优越得多，其主要特点如下。 A 系统的开放性。 传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通讯。在ＦＣＳ中, 工作站同时靠挂于现场总线和局域网两层网络，通过后者可以与其它计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，没有专利许可要求，实行技术共享。它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。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。 B 可操作性与互用性 不同厂家生产的DCS产品不能互换，要想更新技术和设备，只能全部更换。FCS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。不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

几种典型现场总线的比较与应用

几种典型现场总线的比较与应用 摘要：技术是目前正在兴起的一种全新的控制技术。该文阐述了现场总线的技术特点及发展现状，并且对当前典型的几种现场总线做了详细的介绍和对比，以利于现场总线技术的推广应用。。 一现场总线的背景及发展状况工业现场控制随着通信、微电子、微处理器等技术的进步而不断的展,60~70年代采用两线制4~20 mA标准信号;进入80年代,微处理器被嵌入到各种仪表设备之中,形成了分布式控制系统(DCS)。在分布式控制系统中,虽然现场仪表因含有微处理器而形成智能现场仪表,但由于是三层结构模式,成本较高,且各公司的DCS系统有各自的标准,不能互联。鉴于以上情况,国外提出了现场总线概念,现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通迅规程,是互相操作以及数据共享的公共协议。现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点课题,并受到各国自动化设备制造商与用户的广泛关注。它的出现,给工业控制技术领域带来了又一次革命,以现场总线为基础的全数字控制系统———现场总线控制系(FCS)将是21世纪自动控制系统的主流。 二现场总线的特点(1)实现自动化仪表技术从模拟数字混合向全数字的转变，自动化系统从封闭式向开放式的转变。(2)不同厂家的产品互操作性与互用性给用户进行系统集成提供了方便，即用户具有高度的系统集成主动权。(3)控制、报协、趋势分析等功能分散到现场级仪表和装置中，简化了上层系统。(4)从根本上改变了现有DCs集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统的实时性和可靠性 WorldFIP WorldFIP现场总线是以法国几家跨国公司为主开发的 是法国标准和欧洲标准。WorldFIP组织目前有100多个会员单。它们在共同研究、开发这项技术的同时 也将这项技术推广到了各个应用领域。经过十多年的应用与改进 WorldFIP已经是一项完全成熟的技术 具有品种齐全的通信产品和开发工具。WorldFIP现场总线目前已被广泛应用于发电与输配电、楼宇自动化、机械过程、机车、铁路运输、航运和造船、地铁、食品与饮料工业、核工业、化工、航空与航天、汽车制造等多个自动化控制领域。WorldFIP在技术上有很多特点与优势 如下 a.实用性。WorldFIP采用IEC物理层标准 支持电缆冗余,大部分协议固化在硬件上 稳 定性强 它的生产者/使用者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条总线上传递大量信息的同时 不会干扰时限变量的通信。b.它具极强的抗干扰能力和实时性 能完全满足IEC关于电磁兼容性的EMC标准 它的通讯模式支持后台传输报文、周期和事件变量 保证诊断信息传输不影响实时控制。 c.WorldFIP现场总线不论低速还是高速 只有一套通信协议 所以不需要任何网桥或网关 低速与高速网络的衔接只用软件完成。d.WorldFIP是开放的现场总线 WorldFIP产品的设计者、用户或集成商都可以得到WorldFIP组织的帮助 帮助大家在产品开发应用及安装的过程中 正确地使用WorldFIP协议及各种器件 为客户提供产品规划、硬件设计、软件设计和测试支持等。 b. 2. 基金会现场总线 FF 其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首 联合 Foxboro、横河、ABB、西门子等80余家公司制订的ISP协议和以法国阿尔斯通、斯耐德等几家法国公司为首 联合欧洲与北美等地的150家公司制订的WorldFIP协议。基金会现场总线得到了过程控制领域自动控制设备的主要供应商的支持。这些公司对工业底层网络的功能需求了解透彻 也具备左右该领域现场自控设备发展方向的能力。所以该总线具有相当的权威性。目前它只有低速现场总线协议与产品。低速现场总线速率为 31.25kbps 通信距离可达1900米 可加中继器延长 可支持总线供电 支持本质安 全防爆环境。上层直接与工业以太网连接。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射 协议符合IEC61158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。这是一种

现场总线的概念和特点

现场总线的概念和特点 1.什么是现场总线随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实 现网络化管理控制已经成为一种必然趋势，改善工业控制系统同样也需要在不同生产设备之间实现高效、可靠、标准化的互联，经过多年的努力，国际上最后公布了8 种现场总线。制定总线的初衷在于不同厂家的设备进行互连，可是，这8 种总线目前是不能完全互连的。 所谓现场总线，是指将现场设备(如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等)与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。现场总线控制系统FCS 是集当今计算机技术、网络技术和控制技术为一体的当代最先进的计算机控制技术，它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将成为现代计算机控制系统的主流。具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。现场总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，节省了系统的硬件和布线费用，方便了用户对系统的组态、管理和维护。 现场总线(Field b 山)技术是工业自动化最深刻变革之一。PLC 和工控机采用现场总线后可方便地作为νo 站和监控站连接在DCS 系统中。现场总线可以更容易地从现场获取设备信息，工厂操作员和管理人员能够对其过程进行更严格的控制，从而改进性能、增加过程的可用性和一致性。 当前，国际上具有代表性的现场总线技术与产品是Profibus、CanBus 与LonWorks，CC-link，DeviceNet，Modbus 等，后面分别予以简要说明。2.现场总线技术特征

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。

各类总线的介绍

总线 一．总线的概念 总线是一组用于计算机之间各部件之间进行数据和命令的传送的公用信号线。二．总线的分类 （一）总线（微机通用总线）按功能和规范可分为三大类型: (1)片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。 (2)内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。 (3) 外总线(External Bus, E-Bus) 又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIA RS-232C、IEEE-488等。（现场总线CAN属于外总线） 三类总线在微机系统中的地位和关系 其中的系统总线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB

（Control Bus）。 （二）总线按照传输数据的方式划分：可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。 （三）总线按照时钟信号是否独立划分：可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。 三．各类总线介绍 内部总线 1．I2C总线是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 2．SPI总线串行外围设备接口SPI是一种同步串行接口，SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使CPU 有更多的时间处理其他事务。 3．SCI总线串行通信接口SCI是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。 系统总线 1．ISA总线总线标准是IBM 公司推出的系统总线标准。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽，ISA总线有98只引脚。 2．EISA总线是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。 3．VESA总线是一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时