现场总线网络应用及技术实现 ——基于LonWorks现场总线技术的智能火警控制网络
姓名：吴方舟
学号：200811912
专业：自动化
班级：2008080
目 录
一、概述 （2）
二、现场总线及其特点 （3）
2.1现场总线定义 （3） 2.2现场总线协议形式 （4）
2.3现场总线特点 （5）
三、LonWorks火警控制网络 （5）
3.1系统功能 （5） 3.1.1单节点火灾报警功能 （6） 3.1.2系统网络报警功能 （6） 3.1.3标准的串行通信功能 （6） 3.2网络拓扑结构 （7） 3.2.1网络通信协议 （7） 3.2.2数据传输格式 （8） 3.2.3网络通信和管理 （8） 3.2.4网络结构 （8） 3.3智能火警控制节点硬件设计 （9） 3.3.1神经元芯片（Neurom Chip） （9） 3.3.2 I/O对象的定义 （10） 3.3.3单总线（1-WIRE）接口 （10） 3.3.4存储器 （10） 3.3.5收发器 （10） 3.4节点功能的软件实现 （11）
3.4.1网络变量的定义及绑定 （11）
3.4.2软件编程要点 （12）
四、结束语 （12）
现场总线网络应用及技术实现
——基于LonWorks现场总线技术的智能火警控制网络
【摘要】现场总线以其开放性、现场装置可控性及性能可靠、安装方便、维护可靠等特点，在工业控制领域得到广泛的应用。本文介绍了LonWorks现场总线技术以及1—WIRE单总线技术，并利用该技术设计完成电厂智能火警控制网络，现实可靠，有广阔的应用前景。
【关键词】LonWorks 神经元节点 火警 串行通信 1—WIRE单总线
一、概述
近年来，现场总线技术迅猛发展，取代传统的集中式控制系统已成必然趋势。Lonworks技术是美国ECHELON公司在20世纪90年代初开发的现场控制网路产品，它以其优秀的分布处理能力、开放性、互操作性、多媒介适应能力以及多网络拓扑结构等特性适应了未来发展对测控网络的要求，成为众多现场总线中的佼佼者。
Lonworks将计算机技术、网络技术、远程控制技术集成在一片神经元芯片(Neuron chip)中，并在芯片内固化了Lontalk通信协议，该协议遵循ISO和OSI 标准，并可利用多种媒介进行通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等。另外Lontalk协议采用可预测“载波监听多路访问”(CSMA)来解决网络通信的瓶颈问题，通信速度可达 1.25Mbps，通信长度可达2700m。在Lonworks技术中，网络通信采用面向对象的设计方法，并称之为“网络变量”，使网络通信的设计简化为参数设计。Lonworks网络的应用程序以“神经元C”码编写，它是对AOSI C的扩展，使用以事件为基础的编程模型，网络本身是事件驱动的，降低了网络的业务量。最后，Lonworks还具有真正的互操作性，使得来自同一个或不同制造商的多个装置能集成在单一的控制网络中，而无需定制节点或定制编程。目前采用Lonworks技术的产品广泛地应用在工业、楼宇、家庭、能源、交通等自动化领域。
近十几年，国内各个行业都得到了突飞猛进的发展，对电力的需求量越来越大，电厂的规模也因之不断扩大。电厂本身的复杂性和大规模性决定了其对控制
的自动化程度的要求。现在在电厂中应用较多的是传统的基于主/从结构的集中式控制系统，其在设备的自动控制、状态监测、故障报警等方面曾起到很大的作用，但随着设备的增加，需要控制和监测的点也越来越多，控制系统也随之愈加庞大。由于集中式控制系统的可扩充性比较差，使得每增加一个控制点，硬件和软件上的改动都很大，系统的成本随着控制点数的增加而成指数倍增加。并且不同的集中式控制系统中的不兼容的通信协议专注于把独立的系统用继电器、定制网关和已编程的RS-232端口连接起来。但是这些接口并不能在各个系统内提供详尽的无缝的景象，它们只允许有限的状态和控制信息在各个系统间通行，故障状态信息不能共享，来自各个传感器的信息也并非经常可取用，从而出现了大量的重复投资建设。此外，各个系统不能以整个大系统为基础实时适应它们的响应。LonWorks 现场总线控制网络是一个高度分布的对等系统，它可以完全克服集中式控制系统的不足，并且很适合电厂监测点的控制设备高度分散的特点。网络中所有节点都处于对等的地位，都可以实时从网络上获取信息，并可将信息发送到网络上，实现故障状态信息的共享。并且此网络采用标准的通信协议，符合该协议的节点都可以连接到网络上，从而使网络的可扩充性增强，系统的可靠性也得到了保障。此外，LonWorks网络可采用的通信介质的多样性使得可使用现有的线路，无需重新布线，减少了系统设计周期，使用成本大大降低。
二、现场总线及其特点
2.1现场总线的定义
按照国际电工委员会IEC1158的定义，现场总线实际上是指将按装在工业过程现场的智能化仪表或装置与设置在控制室内德控制设备连接起来的一种全数字化、串行、双向、多节点的数据通信网络。现场总线的节点是现场设备或仪表装置，如传感器、变送器、执行器和现场智能I/O等，但它们不是传统的功能单一的现场仪表，而是具有综合功能的智能仪表。一般来说，变送器除了具有传统的测量功能外，还具有温度补偿、函数变换和PID等控制运算功能；调节阀除了具有信号驱动和输出执行功能外，还具有输出补偿、自校验和自诊断功能。符合标准的现场设备具有互换性和互操作性，采用总线供电时具有本质安全性。
2.2现场总线的协议形式
现场总线建立在国际标准化组织开放系统互联（ISO/OSI）模型的基础之上，
一般只采用规定的物理层、数据链路层和应
性，FF还增加了用户层，如图1所示。
物理层提供机械的、电气的、功能性和
规范性功能，用以在数据链路实体间建立、
维护和拆除物理连接。物理层定义了数据通
信信号的大小、波形、最大节点数量、所用
导线的类型和数据传输速率。如FF对低速
总线H1规定：通信速度31.25Kbps，总线不
供电可带32个装置，总线供电时可带12个
装置；采用18#、22#、26#AWG
别可达1900、1200和400m；总线的典型响应时间为1ms。
数据链路层的功能是保证数据的完整性并决定何时与谁对话，其帧格式通常
为：
格式控制目标地址源地址参数数据校验挂接在总线上的设备通过令牌对总线进行访问。数据链路层分为媒体存取控制子层和逻辑链路控制子层，前者用来实现对总线媒体的“交通”管理，并检测传输线路的异常情况；后者是在节点间用来对数据帧的发送、接收进行控制，并实现传输差错控制与校验。
应用层的主要任务是实现现场总线的命令、响应、数据或事件信息的控制。
它也分成两个子层，一个对应于服务即为用户层提供服务，由现场总线信息规范
所定义，一个与数据链路层连接，称为现场总线存取子层。
FF的用户层是为实现现场总线开放与互操作而在ISO/OSI模型之外增加的一
层，它是现场总线协议的关键。在用户层，规定了标准的“功能模块”，并使用设
备描述语言为用户组态提供接口。设备描述实际上是装置的一个驱动器，它包含
所有必要的参数描述和连接所需的操作步骤。这样，尽管不同厂家定义的功能模
块在算法、编程及运行特性上可能完全不同，但对其功能模块的特性描述、参数
设定及相互联系的方法是公开统一的，即对用户是透明的，从而保证了现场装置可实现真正的互操作。
2.3现场总线的特点
（1）开放性。现场总线的通信协议都是公开的、透明的。
（2）现场转置的状态可控。由于现场总线具有双向通信功能，操作人员在控制室即可对现场仪表进行定标、参数设置和功能组态，还可在线监测装置的工作情况，进行故障诊断和事故预测，实施状态维修，大大提高了系统的可靠性、可控性和可维护性。
（3）测控功能彻底分散。现场仪表都是智能化的多功能集成装置，不但具有检测、变换和补偿功能，还具有运算和控制处理能力。
（4）安装方便、维护容易、性能可靠。
（5）兼容性与互操作性。用户可以自由选择符合自己要求的不同生产厂家按统一标准生产的不同性能价格比的产品。
总之，由于现场仪表的智能化和通信总线的数字化，使现场总线在测控功能和物理地域上实现了分散，在同一个标准协议下实现了真正的开放，为组成功能强大的开放系统、实现设备资源和信息共享奠定了坚实的基础，它是未来工业控制系统的主流技术。
三、LonWorks火警控制网络
基于LonWorks现场总线技术的火警控制网络是将LonWorks技术应用于电厂自动控制系统的一个实例。火灾一直是电厂主要防范和最为棘手的问题。电厂中存在火灾隐患的地方很多，并且这些点很分散，传统的测控技术很难对这些点进行实时的监控。火警控制网络是一个典型的分布式控制系统，网络中的每一个节点除了能对本节点监测部位进行状态监测外，还能显示其他节点监测部位的火警信息，而所有部位的状态信息最终都将实时地显示在监控室的屏幕上，这种设计使得火警信息能得到及时的获取。
基于LonWorks现场总线技术的火警控制网络具有三个基本功能：实现多工位单节点火灾报警；实现多工位多节点火灾网络报警；作为标准通信模块，实现PC 机或单片机向LonWorks总线上的挂接。
3.1系统功能
基于Lonworks现场总线技术的火警控制网络采用标准的Lonworks总线标准，网络节点处具有火灾报警功能外，还能够进行网络通信，获取其他节点的报警信息，实现网络报警。此外，每个节点的设计都预留了标准的串行通信接口，以方便将传统的测控系统挂接到Lonworks网络中。
3.1.1单节点火灾报警功能
火警控制网络中的节点采用的是符合国际标准1-WIRE单总线协议的传感器和执行器，这样，节点的CPU只需提供一根线就可以将所有工位点的传感器和执行器连接起来，所以理论上，每个节点可同时监测的工位点数是没有限制的。这种设计避免了繁琐地接线，需要监测的工位点可根据需要任意地增加或减少，并且任何符合单总线操作协议的器件都可以挂接到节点的单总线上，系统的稳定性和可扩充都得到了改善。
所以，网络节点可同时监测多个工位的温度和烟度状态，具有报火警、预报警、报传感器故障等各种报警功能。在报警时，蜂鸣器以一定的频率发音，表明是何种警报，同时数码管和发光二极管也会显示报警的类别以及报警的位置。节点还提供执行器，在发生火警时，能够切断火警的来源。此外节点还具有复位、消音、传感器编码等功能，并且在报火警时还可提供外控开关量，驱动灭火器等一些紧急灭火装置。
3.1.2系统网络报警功能
基于LonWorks现场总线技术的火灾报警控制网络的一个最突出的性能是它采用了LonWorks总线技术，所有的节点除了能对本节点工位进行状态监测外，还具有网络通信的功能，从网络上实时获取其他节点的状态信息。这种设计使得工作人员能够及时取得所有节点的状态。
3.1.3标准的串行通信功能
网络节点还可作为通信模块，提供四种常用的串行通信方式，包括标准的RS-232接口、半双工485接口、TTL接口。控制器的神经元芯片实行基于主机的设计，它的角色是充当通信控制器，主要功能是将上位机（PC或单片机）连接到LonWoeks总线上，而通信控制器和上位机之间又是通过串行口来实现信息交换的。这样就可以在不改变原有测控系统的情况下，将LonWorks技术应用进来。上位机
和通信控制器共同构成一个网络节点。节点的结构如图2
所示。 3.2网络拓扑结构
火灾报警控制网络借助LonBuilder 开发平台、一个
控制处理器、一个协议分析仪和2个仿真器实现网络的集
成与调试。网络的拓扑结构如图3所示。
3.2.1网络通信协议
LonWorks 技术所使用的通信协议成为LonTalk 协议。LonTalk 协议是一个分层的以数据包为基础的对等的通信协议。像有关的以太网和因特网协议一样，它是一个公布的标准，并遵守国际标准化组织（ISO）的分层体系结构要求。同时，LonTalk 协议的设计又符合控制系统而不是数据处理系统的特定的要求，每个包由可变数目的字节构成,长度不定，并且包含应用层（第7层）的信息以及寻址和其他信息。信道上的每个装置监视在信道上传输的每个包以确定自己是否是收信人。假如是，它处理该包以判明它是否包含节点应用程序所需的信息或者它是否是个网络管理包。在应用包中的数据是提供给应用程序的，如果合适，要发一个确认报文给发送装置。为了处理网上报文冲突，LonTalk 使用类似以太网所用的“载波监听多路访问”（CSMA）算法。LonTalk 协议建立在“载波监听多路访问”(CSMA)基础上，提供介质访问协议，使得可以根据预测网络业务量发送优先级报文和动态调整时间槽的数目。通过动态调整网络带宽，成为预测性P-presistent CSMA 协议的算法使网络能在极高网络业务量出现时继续运行，而在业务量较小时又不降低网络速度。
LonTalk协议支持以不同通信介质分段的网络，其支持的介质包括双绞线（Twisted Pair）、电力线（Power Line）、光纤（Fiber Optics）、无线（RadioFrequency）、红外线（Infrared）和同轴电缆（Coaxial Cable）。
3.2.2数据传输格式——网络变量
LonTalk协议的表示层中的数据称为网络变量。网络变量可以是任何单个数据项，也可以是数据结构。每个网络变量有一个应用程序说明的数据类型。对于基于Neuron芯片的节点，除了使用Network关键字外，网络变量的说明类型于C的局部变量。使用Network关键字，使得网络上的其他节点可以使用该网络变量，在应用程序中，当通过应用程序的赋值操作改变输出网络变量的值时，Neuron芯片固件使用LonTalk协议服务自动在网络上传播网络变量的新值。网络变量作为LonTalk报文被传送，Neuron芯片自动处理缓冲区的管理、报文初始化、报文语法分析和错误处理。
网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用编程。程序员不需要处理报文缓冲区、节点地址请求/响应/重试过程，以及其他的一些低层细节。
3.2.3网络通信和管理
LonWorks技术提供了网络开发的基本工具和网络协议分析工具，可以分析和检测网络通信上的通信包，网络变量的状态，包括通信量的分析，数据包的误码率、内容检测等。在使用面向对象的设计后（网络变量）低层结构对设计者来说是透明的，设计者可以集中精力在网络通信的优化上。同时，LonWorks技术对网络管理作了精确的定义，包括安装、监控、检测及网络维护。
3.2.4网络结构
火警控制网络采用自由拓扑结构，使用FTT-10收发器，以双绞线为传输介质，同时也可以使用PLT-22，以220V或380V交流电力为传输介质。
在此网络中，每个车间安放一个报警节点，并在监控室安放一个工控机，它也作为一个节点连接至网络中，获取所有报警节点的信息，并在屏幕上进行显示。如果此网络的传输距离超过2700m，则需要在网络中添加路由器节点，它不执行任何的测试和功能控制，只是负责连接两个报警节点，增大并延长网络间的传输距离。
3.3智能火警控制节点硬件设计
火警控制节点硬件结构如图4所示。
3.3.1神经元芯片（Neurom Chip）
节点的CPU选用Neuron Clip 3150.神经元芯片（Neurom Chip）是LonWorks 技术的核心。它基本上是一个“芯片上的系统”，由多个微处理器、读写存储器和只读存储器（RAM和ROM），通信和I/O接口组成。
在这种芯片中有三个CPU，即介质访问控制处理器、网络处理器和应用处理器，它们分别负责OSI的七层。Neuron芯片有一个非常通用的通信口，它由五个管脚组成。为了适应不同的通信介质，可以将五个通信管教配置三种不同的接口模式，以
适合不同的编码方案和不同的波特率。这三种模式是：单端（Single-ended）、差分（Differential）和专用模式（Special Purpose Mode）。另外，神经元芯片还拥有11个管脚的I/O口。这些管脚可以根据不同外部设备I/O的要求，灵活的配
置多达34种的输入输出方式，能很方便地实现测量、计时和控制等功能。
Neuron的编程语言是Neuron C。它是从ANSI C中派生出来的，专门为神经元芯片而设计，同时进行了扩展。它允许以自然的方式来表达逻辑事件驱动的任务，同时控制这些任务的优先级的执行。它建立了一个RUN-TIME函数库，调用它可以实现事件检查、I/O活动的管理。通过网络接收和发送报文以及控制Neuron 芯片的各种功能。
3.3.2 I/O对象的定义
节点I/O口定义如下：I/O-2、I/O-3、I/O-4、I/O-5作为直接I/O对象分别连接消音键和用于传感器编码的按键，而复位键直接连接至CPU的RESET脚；扩展的I/O口用于驱动数码显示器、矩阵灯显示器、继电器和读入节点编码开关的值；I/O-1驱动蜂鸣器，它和数码管及矩阵灯一起来共同完成声光报警功能；I/O-6和I/O-7作为Touch IO对象用于单总线的输入和输出；I/O-8和I/O-10采用异步串行数据格式输入/输出方式，以连接MAX232、MAX485和MAX483。
3.3.3单总线（1-WIRE）接口
火警控制节点中神经元芯片（Neuron Chip）与各工位点传感器、执行器的连接采用的是国际标准的单总线接口。CPU与单总线器件之间的信息是以串行的数字信号传递的。这样，CPU只需提供一根I/O口资源，而且还大大简化了现场的布线，另外，还优化了系统的可扩充性。使用者可以根据需要任意地增加或减少探测点数，而节点的硬件和软件都不需要做任何改动，因为CPU可以运用单总线协议的寻码（Serach ROM）功能自动确定传感器和执行器的类型及其数量，以及它们所在的位置。
3.3.4存储器
选用EPROM 27C128来存放Neuron固件，用EEPROM 28C256存放应用程序，并选用6264作为数据存储区，这种设计可以方便地通过网络将程序下载至节点中，使节点的功能具有很好的可扩充性。
3.3.5收发器
选用FTT-10A或PLT-22，网络采用自由拓扑结构，传输介质为双绞线或电力线，通信模式分为差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Coded
Communication）
3.4节点功能的软件实现
系统的所有软件采用Neuron C语言编程实现。Neuron C是对ANSI C的扩展，它包括一个内部多任务调度程序，并采用事件驱动编程结构。所以，节点功能的软件实现实质上就是由若干个时间驱动完成的，即计时器终止事件，完成50ms的定时循环采集，以及存在多个外警信息时，进行外警信息的循环显示；输入网络变量更新事件，获取其他节点的报警信息；I/O时间，接收按键信息，完成按键的功能；RESET事件，完成系统的一切初始化工作。其中RESRT事件的优先级别最高。
此外，模块化编程也是这套系统软件部分的一个特点，它能够增强程序的可读性、可扩充性及通用性。整套软件由五个模块组成：主程序模块，完成事件的调度；自检模块，实现系统硬件部分的自检功能；实现系统硬件部分的自检功能；单总线操作模块，完成对单总线传感器和执行器的操作；显示模块，实现MAX7219初始化，以及数码管和矩阵灯的显示；串行口通信模块，完成串行通信功能，以实现和其他系统的连接。其中，单总线操作模块和显示模块都具有通用性，给用户提供了友好的接口，例如，使用单总线操作模块时，只需提供节点号和工作号即可，而对于显示模块，只需提供所要显示的数据，所以，它们适用于任何其他点总线操作和需要显示的测控系统中。
3.4.1网络变量的定义及绑定
所有节点网络变量采用相同的数据结构：
unsigned int jiedanhao；
typedef struct baojingdata； unsigned intgongweizhuangtai[10]；
其中，jiedianhao记录本节点的编号，由编码开关设置；gongweizhuangtai[10]一维数组，分别代表20个工位的状态。
每个火灾报警节点定义一个输出型网络变量，和一个n-1维的输入性网络变量数组，可分别与其他节点的输出型网络变量绑定。n为网络节点数。
监控中心节点定义一个n维的输入性网络变量数组，分别与所有报警节点的输出型网络变量绑定。
报警节点定时将各个工位的状态信息赋给输出型网络变量，监控中心节点负
责将所有节点的状态信息实时显示在计算机屏幕上，而其他节点对输入性网络变量的信息进行处理，当发现有火警信息时，将发生火警的节点号和工位号显示出来，并发出火警音。
3.4.2软件编程要点
（1） 对输出网络变量的赋值不能过于频繁，否则将导致系统忙于处理输入网络变量更新事件而影响其他时间的触发。所以，在本系统的软件中，设立了赋值标志，只有发生火警时才对输出网络变量赋值，且每个工位只赋值一次，这样就解决了任务调度中的“瓶颈”问题。
（2） 由于Neuron Chip没有串行口中断事件，为了在进行串行口通信时不丢失数据，且不影响其他事件的触发，程序将通信的主动权交给Neuron Chip，只有当它发出通信请求并提供握手信号时，其他的系统才进行响应。 （3） 为了防止由于外部的干扰而造成错误报警，在软件编程中要采取数字滤波技术。
四、结束语
作为标准的通信模块，火灾报警控制节点成功地实现了和现有的测控系统挂接，这样，实现原有测控系统向LonWorks网络上挂接已成为可能。基于LonWorks 现场总线技术的火灾报警控制网络，是运用LonWorks现场总线技术在电厂控制系统中进行通信和控制的一种尝试，并达到了预期的目的。在现有的各种现场总线中，LonWorks技术以其特有性能，在通信和控制领域中具有广阔的应用前景。
参考文献：
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现场总线技术及控制系统 摘要：文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程，分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线，简要介绍了各自的技术特色，指出控制系统的开放互连是发展的必然。 关键词：现场总线，集散控制系统，分布式控制，FCS，DCS，开放式互连系统 一、前言 七十年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高；但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统（如集散控制系统）无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。 现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线规范，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线规范陆续形成。其中主要的有：基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）、控制局域网络CAN（Controller Area Network）、局部操作网络LonWorks（Local Operating Network）、过程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus）和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，总线规范的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国际化规范工作进展缓慢。但是不论如何，制定单一的开放国际现场总线规范是发展的必然。 二、当前流行的几类现场总线 1、基金会现场总线FF 基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种 技术。其前身是以美国Fisher－Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World
现场总线控制网络与网络集成 文章介绍了现场总线技术在工控系统中应用的特点及现场总线条件下控制网络的分层结构，同时探讨了控制网络间及控制网络与信息网络集成的问题。 计算机与通信技术结合产生了计算机网络后，企业管理部门间通信都以网络为中介，实现了信息与资源共享。同时，信息技术的发展也引起了自动化结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。Fieldbus(现场总线)就是顺应这一形势发展起来的新技术，它是计算机网络与控制系统结合的必然产物，它的出现标志着工业控制领域又一个新时代的开始。 现场总线是对DCS(集散控制系统)的拓展，突破了DCS相对封闭的限制，它将测控任务分散到现场设备中，上位计算机只负责监控以及一些复杂的优化和先进控制的功能。现场总线是工厂底层信息及数据传递的主体，在整个工厂的控制网络中，现场总线处于重要的基础地位。自80年代末以来，国外相继出现了一些有影响的现场总线标准，如：基金会现场总线(FF，Foundation Fieldbas)、lonWork总线、 Profibus、CAN控制局域网等，它们大都是在各公司标准的基础上逐渐形成的，在今后一段时期内，会出现几种现场总线标准共存的局面。现在一个统一的现场总线通信协议的国际标准已经形成，真正的开放互连系统，是大势所趋。 1现场总线控制系统的特点 现场总线系统(FCS)与传统的集散控制系统 (DCS)相比，有以下特点： 1．1总线式结构 一对传输线(总线)挂接多台现场设备，双向传输多个数字信号。这种结构比一对一的单向模拟信号传送结构布线简单，安装费用低，维护简便。 1．2开放互操作性 现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互联网络，对用户是透明的，在传统的DCS中，不同厂家的设备是不能相互访问的。而FCS采用统一的标准，不同厂家的网络产品可以方便地接入同一网络，集成在同一控制系统中进行互操作，因此简化了系统集成。 1．3彻底的分散控制 场总线将控制功能下放到作为网络节点的现场智能仪表和设备中，做到彻底的分散控制，提高了系统的灵活性、自治性和安全可靠性，减轻了控制站 CPU 的计算负担。 1．4信息综合、组态灵活 通过数字化传输现场数据，FCS能获取现场仪表的各种状态、诊断信息，实现实时的系统监控和管理。此外，FCS引入了功能块的概念，通过统一的组态方法，使系统组态简单灵活，不同现场设备中的功能块可以构成完整的控制回路。1．5多种传输媒介和拓扑结构 FCS由于采用数字通讯方式，因此可用多种传输介质进行通信。根据控制系统中节点的空间分布情况，可应用多种网络拓扑结构。这种传输介质和网络拓扑结构的多样性给自动化系统的施工带来了极大的方便，据统计，FCS与传统DCS 的主从结构相比，只计算布线工程一项即可节省40％的经费。
控制网络与现场总线 第一章绪论 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CAN 总线是一种现场总线，它在工业控制领域中占有重要的地位，并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、三表系统及楼宇自控系统等领域。而以太网具有结构简单，工作可靠，传输速率高等特点，目前以它作企业的为上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。这样就形成了以CAN 为低层控制网络，由以太网组成上层管理网络的局面。然而企业生产需要下层与上层的信息交换，而异构网络是不能直接进行信息交换的，如何有效的实现这种信息交换，成为目前的一个热点问题。 1.1 研究背景及意义 1.1.1 现场总线控制系统 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、多点和双向通信的数据总线。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间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控制系统。现场总线的出现正符合了现代工业生产领域中的测控系统的需求，即通过测控仪器或系统从生产现场获得各种参数，通过自控手段，使生产各环节得到优化。 1.1.2 以太网技术 近年来，以太网在工业控制领域的应用逐渐的广泛起来，它具有通信速率高、软硬件产品丰富和应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了一定程度的应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。但是由于普通以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的，而未针对较恶劣的工业现场环境来设计（如
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、
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/6913942847.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
课程名称：现场总线实验任课教师：廉迎战 学院：自动化 专业班级： 学号： 学生姓名：
2015 年6月16日 实验一频移键控法仿真实验 一．实验目的 初步掌握通信原理基础知识中频移键控法的基本原理。 能用MATLAB仿真软件，编写并调试简单的仿真程序。 二．实验主要仪器设备和材料 1. 实验用计算机 2. MATLAB仿真软件 三．实验内容 四．实验步骤及结果测试 1．安装部署MATLAB仿真环境，同时根据频移键控法要求，设置仿真环境。 2.在MATLAB环境下，输入频移键控法原理图。 原理图如下：
方法一 方法二 Repeating sequence stair:F3数字信号sine wave ：100Hz信号 Sine wave1 ：50Hz信号 Scope1：示波器
方法一：Switch1:选通开关//方法二：用乘法器product代替 3.在MATLAB中产生F1=50Hz和F2=100Hz的交流信号，以及需要 发送的数字信号，数字信号为：F3=01101001方波波形。 4.加载输入信号，观察仿真原理图输出信号波形，同时记录并分析。 如下图： 五．思考题 1.数字信号01101001的频移键控法输出波形表示形式如下： 输出的数字信号为10110101时，其频移键控波形如下的OUT：
1~6行输出信号分别为：1.数字信号10110101的输入信号；2. 50Hz 频率sine；3.100Hz频率sine；4. Product输出；5.product1输出； 6.add输出 2.如何实现幅移键控法的信号通讯技术？ 通过信号幅值的高低映射到数字信号的1和0从而达到载波传输信号，可利用 现成的电信网，电话网等设施构成信道。
现场总线与网络技术 ?作者： ?出处： ?阅读： ?发布时间：2008-7-18 14:42:54 ?供稿： 关键词：现场总线 PB-M网桥电力系统 1 引言 PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)、PROFIBUS-PA(Process Automation)、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。其中PROFIBUS-DP是一种高速低成本用于设备级控制系统与分散式I/O通信的一种总线。其传输介质为双绞屏蔽线，波特率从9600bps 到12Mbps。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或4-20mA信号传输。 Modbus目前是工业领域全球最流行的协议之一。此协议支持传统的带RS-232、RS-422、RS-485和以太网接口的设备。许多工业设备，包括PLC、DCS、智能仪表等都在使用Modbus协议作为它们之间的通讯标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。 作者在设计某电力自动控制系统时，需要将许继公司生产的继电保护装置的参数读取到Siemens公司的S7-400 PLC中，并集成到SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)监控系统中，参与实际的连锁控制。继电保护装置提供RS-485通讯接口，其通讯协议为Modbus RTU(Remote Terminal Unit)协议。为了实现Modbus RTU协议到PROFIBUS协议的转换，本设计将西门子PLC S7-400作PROFIBUS主站，利用北京鼎实公司生产的Profibus-Modbus网桥(以下简称PB-M网桥)和Modbus从站通讯，然后通过PLC中的工业以太网模块、现场总线模块连接到企业SCADA系统中，使二者得到完美的结合。 表1 遥信信息点通讯的数据
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）
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
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。
现场总线控制系统学习心得 班级：电技131 姓名：杨秋 学号：20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。 目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念 根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS，它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。 其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为
4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类 老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF，LonWork现场总线，Profibu 现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为
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
现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020
南阳理工学院自动控制仪表课程报告 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器（升）学生： *** 指导教师： * * 完成日期2015年 12 月
自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 总计：自动控制仪表课程报告 20 页 插图： 14 幅
自动控制仪表课程报告 现场总线控制系统 Fieldbus control system 学院（系）：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器（升） 学生姓名： *** 学号：1%%%%%%% 指导教师（职称）：（高级工程师） 评阅教师： 完成日期： 2015年12月 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology
现场总线控制系统 测控技术与仪器（升） *** [摘要]技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。 [关键词] 现场总线；工业控制；应用广泛 Fieldbus control system Measurement & Control Technology and Instruments Major（l） *** Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of
《现场总线控制技术》教学大纲 课程名称：现场总线控制技术 适用班级：2016级电气自动化技术 辅导教材：《工业控制网络》王振力等编著人民邮电出版社 一、本课程的地位、任务和作用 本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。 本课程的主要任务是使学生在了解工业自动化的发展历程以及在现场总线技术中使用的基础知识的基础上，掌握目前在工业现场使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA的基本原理和具体应用，对工业以太网技术、AS-i技术及与现场总线密切相关的OPC技术和IEC61131-3编程语言等新技术也要有所认识。通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的研究工作。 二、本课程的相关课程 《可编程序控制器》、《可视化数据处理技术》、《计算机控制技术》，《机电传动与控制》，《单片机原理与应用》，《自动控制原理》等课程。 三、本课程的基本内容及要求 教学基本要求： 第1章概述 了解现场总线与现场总线控制系统的现状与发展，了解现场总线与现场总线控制系统的特点。 第2章数据通信基础 掌握通信模型、数据传输、传输媒体、传输数据编码、数据通信接口和差错检测与校正的概念及方法，了解多路复用技术的构成及使用方法。 第3章现场总线体系结构 了解网络体系结构的基本概念，掌握开放系统互连参考模型中的若干重要概念及现场总线体系结构的建立方法和特点，了解现场总线网络的拓扑结构。第4章媒体访问控制技术 了解媒体访问控制技术的概念，掌握集中控制型受控访问方法，了解ALOHA随机访问方法和CSMA随机访问方法，了解物理环访问方法和令牌总线访问方法。 第5章位传输现场总线 了解位传输总线的基本概念，和汽车总线的分类，了解CAN总线体系结构及协议标准，了解CAN控制器、CAN总线收发器、CAN节点的实现方法，了解CAN总线应用系统设计的基本方法。 第6章设备现场总线
现场总线技术及控制系 统 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
现场总线技术及控制系统 摘要：文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程，分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线，简要介绍了各自的技术特色，指出控制系统的开放互连是发展的必然。 关键词：现场总线，集散控制系统，分布式控制，FCS，DCS，开放式互连系统 一、前言 七十年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高；但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统（如集散控制系统）无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。 现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线标准，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线标准陆续形成。其中主要的有：基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）、控制局域网络CAN（Controller Area Network）、局部操作网络LonWorks（Local Operating Network）、过程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus）和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，总线标准的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国