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.doczj.com/doc/178953683.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
信。每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能。一个 Lonworks 控制网络可以有 3 个到 30000 个或更多的节点：传感器功能(温度、压力等)、执行器功能(开关、调节阀、变频驱动等)、操作接口(显 示、 人机界面等)、 控制功能(新风机组、 VAV 等)。 由于不需要像传统控制系统中的中央控制器， Lonworks 分布式控制技术显示出很高的系统可靠性和系统响应，并且降低了系统的成本和运行费用。神经元芯片 完成节点的事件处理，并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它节点。同时还采用面向对象的设 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 通信介质和多种拓扑结构，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。 Lonworks 的核心是神经元芯片(Neuron Chip)， 使用 CMOS CLSI 技术的神经元芯片使实现低成本的 控制网络成为可能。神经元芯片是高度集成的内部含有 3 个 8 位的 CPU：第一个 CPU 为介质访问控制 处理器，处理 LonTalk 协议的第一层和第二层；Neuron 芯片的编程语言为 Neuron C，它是从 ANSI C 中派生出来的，并对 ANSI C 进行了删减和增补。Neuron 芯片可以通过 5 个通信管脚与网络上的其它节 点交换信息，也可以通过 11 个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。11 个应用管脚具有 34 种 应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。第二个 CPU 为 网络处理器，它实现 LonTalk 协议的第三层至第六层；第三个 CPU 为应用处理器，实现 LonTalk 协议 的第七层， 执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。 神经元芯片实现了完整的 Lonworks 的 LonTalk 通信协议。而开放式 Lonworks 系统具有如下的特点： (1)在设计、安装和启动上采用工业标准的网络服务。 (2)包含来自多个厂商的符合 Lonmark 的产品。 (3)除非和传统系统相互作用或者规范要求，不需要网关。 (4)与专用垂直子系统的实施不同，强调水平功能性。 并且由于在工程应用中这个开放式系统包含来自多厂商的， 那么各个厂家的设备之间使如何实现一 致性和可互操作性呢，LonMark 标准便是为解决这一问题而制定的。如果 Lonworks 系统集成商想要构 建开放式系统，就应该尽可能使用满足 LonMark 标准的产品，并且要使用基于 Lonworks 的网络服务的 网络工具设计、安装和启动网络。 2. Lonworks 的一致性和互操作性 2.1. Lonworks 的一致性 Lonworks 的一致性是指产品符合 ANSI/EIA709.1 标准的指标。ANSI/EIA 709.1 标准符合国际标准 化组织的底层协议标准，其中从第一层到第六层的功能完全有标准来处理，使用者只需对应用层进行编 程。最容易达到的办法是应用包含有 ANSI/EIA 709.1 标准的微处理器。神经元芯片和 ANSI/EIA 709.1 标准配合作为固件可进入所有采用神经元芯片的设备中去。它可做为主处理器被执行应用，也可以作为 总线连接器给世纪的主机提供通信渠道。 2.2. Lonworks 的互操作性 因为符合一致性的两个设备在如何交换数据的过程中仍然存在各种可能性， 所以一致性还不足以保 证节点之间有意义的相互作用。节点之间必须在如何交换数据，如何翻译数据，以及动作引起的反映等 方面做出约定，才能保证互操作性和可靠的通信。LonMark 互操作性准则便为 Lonworks 设备之间的互 操作提供了基础。 一个基于互操作的 Lonworks 设备的应用层接口包括很多元素：节点对象；特定应用的 LonMark 对 象；一般的 LonMark 对象，如传感器、执行器和控制器对象；单个的网络变量、配置属性和互操作文 件传输机制。
物理层的互操作性和收发设备有关。 介质、 通信方法、 位速率和收发器型号必须匹配。 目前， LonMark 标准的物理层通道类型包括光纤、双绞线、电力线、INTERNET 协议。 除了要有连接神经元芯片或相当处理器的通信端口的合适的收发器外， 还要设置合适的一系列的通 道参数，使通信协议能够以正确的格式发送和接收报文，来实现互操作。这个通信协议便是 LonTalk 协 议。 3. LonTalk 通信协议 LonTalk 协议遵循 ISO 定义的开放系统互连(OSI)模型，它除了为 Lonworks 控制网络实现可互操作 性提供条件。还提供了 OSI 参考模型所定义的全部七层服务。它具有以下的特点： （1）LonTalk 协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介 质。 （2）LonTalk 应用可以运行在任何主处理器(Host Processor)上。主处理器(微控制器、微处理器、 计算机)管理 LonTalk 协议的第六层和第七层并使用 Lonworks 网络接口管理第一层到第五层。 （3）LonTalk 协议使用网络变量与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构 体，并都有一个由应用程序说明的数据类型。网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大 大降低了开发人员的工作量。 （4）LonTalk 协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的 构建。 综上可知，Lonworks 技术是支持完全分布式的网络控制技术，是开放的、可互操作的控制系统的 一个技术平台。近年来的 Lonworks 的用户、系统集成商和 OEM 产品生产商的队伍迅速扩大，其中包 括世界上许多著名的自动化厂商，如 Honeywell、ABB、Philips、HP 等。据 1997 年统计，已有 2500 家 生产和使用 Lonworks 产品，已有 500 万个 Lonworks 节点在使用运用。已有 3500 种 LonworksOEM 产 品问世，其中 30％-40％应用于工业领域。而 Lonworks 最大的应用领域在楼宇自动化，它包括建筑物 监控系统的所有领域，即人口控制、梯和能源管理、消防/救生/安全、照明、保暖通风、测量、保安等。 在工业控制领域，Lonworks 在半导体制造厂、石油、印刷、造纸等应用领域都占有重要的地位。 二、Lonworks 技术在楼宇自动化系统中的应用 为了方便我们更好地理解 Lonworks 所控制的对象是什么，应该怎样控制，如何更好地控制。下面 则给出两个具体的工程应用实例对 Lonworks 技术进行说明， 为此， 本文插入下面一些有关 BAS （Building Automation System）的一些相关知识。 相比与传统的那种封闭的楼宇控制系统，现在的楼宇自动化控制系统（BAS）就是对大厦内的各种 机电设施进行全面的计算机监控管理，如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、 消防、安全防范系统等；通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学 管理，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的 能耗并降低管理成本。其基本组成及相应功能如下： 1.BAS 的组成 (1) 建筑设备运行管理的监控,包括：
a.暖通空调系统的监控(HVAC); b.给排水系统监控; c.供配电与照明系统监控。 (2)火灾报警与消防联动控制、电梯运行管制 (3)公共安全技术防范,包括: a.电视监控系统； b.防盗报警系统； c.出入口控制及门禁系统； d.安保人员巡查系统； e.汽车库综合管理系统； f.各类重要仓库防范设施； g.安全广播信息系统。 诸多的机电设备之间有着内在的相互联系， 于是就需要完善的自动化管理。 建立机电设备管理系统， 达到对机电设备进行综合管理、调度、监视、操作和控制。 2.BAS 的功能 (1)制定系统的管理、调度、操作和控制的策略； (2)存取有关数据与控制的参数；管理、调度、监视与控制系统的运行； (3)显示系统运行的数据、图象和曲线；打印各类报表； (4)进行系统运行的历史记录及趋势分析；统计设备的运行时间、进行设备维护、保养管理等； 具体地说，传统的楼宇自控系统就其本身而言是一种封闭的系统，主要表现在其通信协议上。不同 厂商的产品采用不同的通信协议，互不兼容，而现在的 BAS 则使用的是一种开放控制技术，为实现对 建筑物内水、电、消防、保安等各类设备的综合监控和管理，利用计算机网络和接口技术将分散在各子 系统中不同楼层的直接数字控制器连接起来， 通过联网实现各个子民中央监控管理级计算机之及子系统 之间的信息通信是一套分布式智能控制系统，该系统在网络结构上突破了传统集散系统二级网、三级网 的概念， 系统中所有的控制和管理设备均可通过 Lon Words 现场总线连接在一起， 各控制设备之间可实 现点对点的通讯方式，组成对等式的通讯网络。 三、Lonworks 技术应用实例 1.工程简介 本工程是一栋机关办公楼， 分主楼和配楼两部分， 由办公室、 多功能厅、 餐厅及接待室等用房组成。 主楼建筑面积 26000 平方米，地下一层，地上九层。配楼建筑面积 7600 平方米，地下一层，地上五层。 本工程属于旧楼改造项目，改造后的大楼将实现楼宇设备的自动控制，达到对大楼内的水、电、热、空 调、通风、电梯、高低压配电、停车场等系统进行监测、控制和科学管理，以实现舒适、安全、高效、 节能的目的，并使设备损耗降低，延长使用寿命。 2. 系统总体设计 本楼宇自动化系统包括：冷冻水系统、新风机组、空调机组、给排水系统、变配电系统、电梯系统、 照明系统、有害气体检测系统和热交换系统九部分。由于 Lonworks 技术的开放性和全分布式的特点，
并且考虑到以后与其它功能子系统的集成，决定采用 Lonworks 技术作为本系统的技术平台。这个平台 上集成了来自三个不同厂商的基于 Lonworks 技术的产品，它们分别是：美国 SIEBE 公司的 I/A 系列新 风、 空调控制器； 澳大利亚 AUSLON 公司的 DI-10E1； Echelon 公司的 LonPoint 系列产品(DI-10、 DO-10、 AI-10、SCH-10 和 LPR-10 路由器模块)。 系统的网络结构充分体现了 Lonworks 控制网络的特点，即全分布式的，对等的，开放性的网络结 构，与集中式网络比较，Lonworks 控制网络的节点控制箱放置在被控对象的附近，这样做减少了布线 工作量，节省了人力，降低了成本，提高了工作效率，也十分便于调试及维护。另外，如果网络中一个 设备出现故障不会影响全网其它设备的正常工作，把故障点分散到最小的程度。 整个网络采用自由拓朴结构，网线线采用 Echelon 公司推荐的 Belden 公司 8741 型双绞线，连接方 式全部采用手拉手连接方式。整个系统分为三个子网，主楼部分分成两个子网：21 台新风机组组成一 个子网，其它照明、给排水、变配电等系统为另一个子网；配楼所有系统组成第三个子网。每个子网之 间采用路由器(LonPoint 的 LPR－10)相互隔离。 3. 系统功能 在系统功能设计过程中，除了要对楼宇内各机电设备实现基本功能的控制以外，要着重考虑系统节 能，以便为用户日后带来更大的经济效益。 3.1 冷冻水系统 主要是对 3 台冷水机组、3 台冷却塔、3 台冷却水泵、3 台冷冻水泵、集水器、分水器及相关阀门 和水流开关等设备进行监视和控制。 ◆自动监测冷水机组、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵的工作状态、故障情况。 ◆由 LonPoint 的 SCH-10 模块控制冷冻机组定时启/停。 ◆由实际冷负荷控制冷水机组的开启台数，并对相应的阀门和水泵进行联动控制。 ◆根据供回水压差 PID 控制旁通阀的开度，保持供回水压差平衡。 ◆在人机界面(HMI)上，可实时地观察到系统各个设备的运行情况，并可强制控制旁通阀的开度。 3.2 新风机组 主要对主楼的 21 台新风机组和配楼的 7 台新风机组进行监视和控制。 ◆自动监测新风机组的新风温度、送风温度、送风湿度、新风阀门和风机的运行状态，并累计风机
的运行时间和机组的启停次数。 ◆自动监测并报警过滤网阻塞、防冻开关和风机故障信息。当有报警发生时对新风阀门、风机和冷 /热水阀进行联动控制。 ◆根据送风温度 PID 调节冷/热水阀门的开度，保持送风温度在一定范围内。 ◆在冬季运行模式下，根据送风湿度控制加湿阀的开关，保持送风湿度在一定范围内。 ◆正常运行情况下，由 LonPoint 的 SCH-10 模块控制新风机组定时启/停。 ◆在人机界面(HMI)上，可实时地观察到系统各项运行参数，并可强制启/停新风机组。 3.3 空调机组 主要对主楼的 2 台空调机组进行监视和控制。 ◆自动监测空调机组的新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度、新/回风阀门开度和风机的运 行状态，并累计风机的运行时间和机组的启停次数。 ◆自动监测并报警过滤网阻塞、防冻开关和风机故障信息。当有报警发生时对新/回风阀门、风机 和冷/热水阀进行联动控制。 ◆根据新风焓值和回内焓值 PID 调节冷/热水阀门的开度，保持回风温度在一定范围内。 ◆在冬季运行模式下，根据送风湿度控制加湿阀的开关，保持送风湿度在一定范围内。 ◆正常运行情况下，由 LonPoint 的 SCH-10 模块控制新风机组定时启/停。 ◆在人机界面(HMI)上，可实时地观察到系统各项运行参数，并可强制启/停空调机组、强制新/回 风阀门的开度、强制冷/热水阀门的开度、强制启/停风机、强制启/停加湿阀。 3.4 照明系统 主要对主楼和配楼的公共照明、应急照明和泛光照明进行监视和控制 ◆自动监视各路照明的开关状态。 ◆正常运行情况下，由 LonPoint 的 SCH-10 模块控制各路照明的定时开/关。
◆在人机界面(HMI)上，不仅可观察到各路照明的状态，还可强制开/关各路照明。 3.5 变配电系统 主要对变配电系统的 2 路高压进线、4 台变压器、6 个高压断路器、4 个低压断路器、1 个高压母联 开关和 2 个低压母联开关进行监测。 ◆自动监测并定期记录高压进线和低压出线的电压、电流、功率因素、有功功率和无功功率和电度 等参数。 ◆自动监视断路器和高/低母联开关的工作状态和报警状态。 ◆自动监视 4 台变压器的高温报警和超高温报警状态。 ◆自动监测变电室的室内温度。 在这个楼宇自动化系统中，还包括给排水、电梯、热交换、有害气体检测、送/排风等系统，这些 系统大都是对相关的设备进行状态监测，这里不作详细介绍。
4. 人机界面(Human Machine Interface，HMI) 这个楼宇自动化系统的人机界面由美国 WonderWare 公司的 Intouch 组态软件经二次设计完成。通 过 Echelon 公司提供的 PCLTA-10 网络接口卡和 LNSDDE Server 动态数据交换软件，人机界面可以从 Lonworks 网络上采集信息，也可以把控制命令发送给网络上的控制节点，而完成相应的控制任务。它 具有以下功能： (1)操作功能：提供 5 级操作密码；能够强制控制一些设备的启/停；可以调整及修改设定值；可以 增加、修改、取消设备运行的时间表；可以修改模拟量的报警限值。 (2)设备管理功能：所有设备的原始信息，例如设备编号、设备型号、设备的物理位置和设备的生 产厂商等；设备投入运行时间、故障记录和设备维修报告记录。 (3)数据实时显示功能：所有被测量的模拟量数据与开关量的状态都能在相应的画面上生动、形象 地表现出来。 (4)故障报警功能：当设备出现故障时，系统能及时显示出当前报警信息，并有报警音乐提示，同 时能记录在故障记录表中。
(5)报表打印功能：能编制各类数据的报表，打印输出给管理人员。 5. 总结 由于采用了开放的 Lonworks 技术作为这个楼宇自动化系统的技术平台，在选择产品时可以有更多 的选择余地，这样有效地控制了系统成本，保护了业主的投资。基于 Lonworks 技术的网络具有很好的 扩充性，我们可以分期添加一些功能不同但都是基于 Lonworks 技术的系统到这个网络中。 四、Lonworks 总线技术展望 当然与其它几种总线相比，Lonworks 主要应用在楼宇自动化、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。由 Profibus－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA 组成的 PROFIBUS,DP 用于分散外设间高速数据传输， 适用于加工自动化领域。 FMS 适用于纺织、 楼宇自动化、 可编程控制器、低压开关等。PA 用于过程自动化的总线类型. 而基于 CAN-BUS 技术的 Devocemet 总 线，则是一种理想的设备层现场总线。它主要被广泛应用于现代工厂自动化系统，尤其是汽车制造行业 等。 参考了相关的总线与 BAS 方面的资料，对于 Lonworks 总线，我认为在以下几个方面可以进一步发 展完善以提高竞争力: (1)我们可以给予各个节点更多的可视化操作，实现人与控制中心的反馈交流功能，而不是单单的 在节点处设置几个传感器，通过对一些模拟量进行采集而达到监控功能，毕竟人才是最好的传感器，如 果在神经元芯片为核心的终端加入可视化操作功能。 (2)在 BAS 与外部网络的资源共享方面，在该总线技术开放的前提下，我们应该实现 Lonworks 网 络与外部 INTERNET 的无缝连接，或使用 GPRS 技术与移动网络的无缝连接，可以为业主随时随地提 供有关自己家里房间电气设备等的相关信息。 对于世界范围内的总线来说，我则认为应该制定一个统一的标准，打破各总线的封闭状态，尽量使 其兼容，能够实现跨总线类型的一致性与互操作性，在 BAS 领域方面，BACnet 则做的不错，因此我们 应该根据其各自总线的特点，取长补短，重点发展，充分利用现有的通信技术和网络技术的先进性，不 断完善和发展，制定出标准的总线协议，这样才嫩更加有利于技术的创新与发展。 五、参考文献 [1] 张浩，谭克勤，朱守云.现场总线与工业以太网络应用技术手册.上海：上海科学技术出版社， 2002 [2] 周明，现场总线控制，北京：中国电力出版社，2001 [3] 邬宽明，现场总线技术应用选编，北京：北京航空航天大学出版社，2003 [4] 阳宪惠，现场总线技术及应用，北京：清华大学出版社，1996 [5] Dietrich, Dietmar, Lonworks 技术：开放的控制网络与应用中的分布系统，2003 [6] 董春桥，智能楼宇 BACnet 原理与应用，北京：电子工业出版社，2003 [7] 郑洁，Lonworks 与 BACnet 的应用探讨，中国工控网，2004 [8] 庄灿皇，Lonworks 应用在楼宇与小区自动化的开放性系统设计，中国工控网，2004
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自动化系统之间的数据交换，有利于实现多种产品的网络化
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、
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）
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.doczj.com/doc/178953683.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
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。
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。
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
1.现场总线概述 现场总线（Field bus）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。 它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。现场总线应用行业：现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用，对国民经济的增长
有着非常重要的影响。现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。 现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。 ①现场总线的定义： 现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络 ②现场总线的优点： 实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。 现场总线特征 (1) 全数字化通信 (2) 开放型的互联网络 (3) 互可操作性与互用性 (4) 现场设备的智能化 (5) 系统结构的高度分散性 (6) 对现场环境的适应性 现场总线特点及缺陷 现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 现场总线总线优点 现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的
现场总线
现场总线的定义： 是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。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 现场总线的特点： (1)现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 (2)通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 (3)功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到 (4)现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 现场总线的优点: (1)现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为 广阔的领域； (2)一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用； (3)节省维护开销； (4)提高了系统的可靠性； (5)为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。 Dupline 现场总线的主要应用优势 1、自由的拓扑结构可以持久的，灵活的以及方便的一步步安装 2、友好的用户界面：易于编写地址和测试，易于从 PC/PLC 机读取数据 3、高亢电子干扰性能，不需要屏蔽电缆，可利用现存的电缆/导线管/管道 4、10km 以内的数据通信不需要信号中继器 5、仪表系统可与 Dupline 的门-照明灯-远程控制及负载开关结合起来 6、与普通系统相比经济实惠 7、后期维护比传统布线更方便、简单。 通信原理： Dupline?信号传输基于时分复用原理，相对传统的面向信息的方法而言，能 使简单信号的传输更加有效。因此，Dupline?运行的的载波频率可低至 1 kHz， 这也是 Dupline?传输距离远、 抗扰性高和稳定性高的关键所在。 控制器产生的方 波信号有一个 8 ms 同步期，随后是 128 个长度为 1ms 的脉冲。这条 136ms 的脉 冲串不断重复。 每个脉冲定义一个时隙，分配到具体脉冲号的模块则可传输和接 收信息。因此，实际上 I/O 模块是互用（交替使用）两条线。不论网络的节点数 量和主要信号如何，Dupline?系统的响应时间通常低于 272ms. 拓扑结构： 总线系统的拓扑指确定采用哪一种电缆布线方式。Dupline?采用 完全自由的拓扑结构，构建的网络可以是线型、环型、星型或其中几 种的组合。这种拓扑结构便于规划，为任何时候的变更和未来的系统 扩展提供了高度的灵活性。
现场总线技术的发展与应用 摘要：现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用。为此本文阐述了现场总线的发展和多现场总线技术的应用。关键字：现场总线自动化控制系统 1概述 在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、PHEONIG 公司的INTERBUS、AS —INTERFACE 总线等。 自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。
从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线，整个系统构造比较单一。 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。 1.1现场总线是一个巨大的商业机会 一项权威报告声称现场总线的应用将使控制系统的成本下降67 %;巨大的商业利益直接导致产生一个巨大的市场，并且促使传统市场萎缩，从而引发技术进步。这些对于我们行业来说都很重要，因为我们正处在新旧市场交替的关口。 1.2.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
OPC Server技术及其在现场总线系统 中的应用 专题报告书 题目：OPC Server技术在现场总线系统中的应用 指导教师： 班级： 学号： 姓名：丁 日期：2013年6月5日 1.OPC Server概念及技术基础 OPC Server概念:OPC是OLE for Process Control的缩写。顾名思义，OPC是一种利用微软的COM/DCOM技术来达成自动化控制的协定. 技术基础: 微软的COM/DCOM技术 2.现场总线技术的应用促进了哪些领域的变革（技术特点及应用优势等） 目前国际上有40多种现场总线, 每种总线大都有其相应的促进的领域，比如FF、PROFIBUS-PA促进了石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域的发展；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet促进了楼宇、交通运输、农业等领域的发展；DeviceNet、PROFIBUS-DP促进了加工制造业的发展，而这些划分也不是绝对的，每种现场总线都力图将其应用领域扩大，彼此渗透。 3.以…技术为代表的现场总线技术发展趋势 从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：一是寻求统一 的现场总线国际标准；二是Industrial Ethernet走向工业控制网络；统 一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术，过去一 直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环 境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得 到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。随着 FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将 会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 4.总结
8:20:02下午9/12/201915 现场总线技术与应用做题及答案 什么是现场总线？ 答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场 总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数 字化、双向串行、多节点的底层通信总线。 现场总线的本质含义表现在哪些方面？ 答：1．现场通信网络；2．现场设备互联；3．互操作性；4．分散功能块；5．通信线供电；6．开放式互联网络。 现场总线有哪些优点？ 答：1．全数字化；2．全分布；3．双向传输；4．自诊断；5．节省布线及控制室空间；6．多功能仪表；7．开放性；8．互操作性；9．智 能化与自治性 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？ 答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？ 答：1．数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。 2．在车间级与设备级通信的数字化网络。 3．现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。 4．现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底
层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。 5．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。 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？ 答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线 进行互联。 （1）变送器常用的变送器有温度、压力、流量、物位和分析五大类，它既有检测、变换和补偿功能，又有PID控制和运算功能。 （2）执行器常用的执行器有电动和气动两大类。执行器的基本功能是控制信号的驱动和执行，还内含调节阀输出特性补偿、PID控制和 运算功能，另外有阀门特性自动校验和自诊断功能。 （3）服务器和网桥服务器下接H1和H2，上接局域网LAN（Local Area Network）；网桥上接H2，下接H1。 （4）辅助设备辅助设备有H1/气压转换器、H1/电流转换器、电流/H1转换器、安全栅、总线电源、便携式编程器等。 （5）监控设备监控设备主要有工程师站、操作员站和计算机站，工程师站提供现场总线控制系统组态，操作员站实现工艺操作与监视， 计算机站用于优化控制和建模。
现场总线技术与应用做题及答案 什么是现场总线？ 答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一 般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串 行、多节点的底层通信总线。 现场总线的本质含义表现在哪些方面？ 答： 1．现场通信网络； 2．现场设备互联； 3．互操作性； 4．分散功能块； 5．通信线供电； 6．开放式互联网络。 现场总线有哪些优点？ 答：1．全数字化； 2．全分布； 3．双向传输； 4．自诊断； 5．节省布线及控制室空间； 6．多功能仪表； 7．开放性； 8．互操作性； 9．智能化 与自治性 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？ 答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？ 答：1．数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。 2．在车间级与设备级通信的数字化网络。 3．现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。 4．现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。 5．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。 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？ 答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线 进行互联。
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INTERBUS系统用总线 工行业中，用于连接传感器/执行器的信号到计算机控制站，是一种开放的串行总线系统。距离：分布式，最长距离可达12.8km，系统安装费用低。传输介质：双绞线、光缆、红外线等，网络可在各种工业环境联接，并可混合使用。 PROFIBUS-DP/FMS总线 PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。它与PROFIBUS－ PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message CAN系统用总线
AS INTERFACE系统用总线 ASI现场总线能够直接连接二进制执行器和传感器，形成自动化底层控制系统，是属于现场总线（FIELDBUS）下层设备层的监控网络系统； 是一个比较小的低成本的属于设备层的总线技术。 Device Net系统用总线 Devicenet是90年代中期发展起来的一种基于CAN（Controller Area
Network）技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。 Devicenet现已成为国际标准IEC62026-3《低压开关设备和控制设备控制器设备接口》，并已被列为欧洲标准，也是实际上的亚洲和美洲的设备网标准。2002年10月DeviceNet被批准为中国国家标准 GB/T18858.3-2002，并于2003.4.1起实施。 目前，Devicenet技术属于"开放DeviceNet厂商协会"ODVA组织所有及推广。ODVA在世界范围拥有300多家著名自动化设备厂商的会员（如Rockwell、ABB、Omron等）。我国的ODVA组织由上海电器科学 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不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。 Devicenet是一个开放的网络标准。规范和协议都是开放的，供货商将设备连接到系统时，无需为硬件，软件或授权付费。任何对DeviceNet技术感兴趣的组织或个人都可以从开放式DeciceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范，并可以加入ODVA，参加对 EIB(Europe Installation BUS)用总线电缆