现场总线实例—以太网
工业以太网与现场总线技术及应用
工业以太网与现场总线技术及应用摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。
以太网就是这样的一种网络。
本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。
关键词：现场总线控制系统以太网 FCS一引言随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。
它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。
但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。
首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。
复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。
其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。
同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation Fieldbus等几十种现场总线。
由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。
因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。
因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。
为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。
二以太网进入现场总线以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。
它具有如下特点：(1)以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术,它受到广泛的技术支持,因此容易获得控制领域生产厂家的认可。
精选现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通 信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可 支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。
1与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： ➢ 网络管理报文（NMT） ➢ 服务数据对象SDO(Service Data Object） ➢ 过程数据对象PDO（ProcessData Object） ➢ 预定义报文或者特殊功能对象
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现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CiA Draft Standard Proposal 402
1 2 3 4 5 6
PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
➢ 节点启动(boot-up)
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现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Module Control
现场总线与工业以太网CAN总线课件
基金会现场总线主要应用于 化工、石化、冶金等领域； LonWorks总线主要应用于 楼宇智能化、家庭自动化等 领域；Profibus总线主要应 用于制造业、流程工业等领 域；而Modbus总线则广泛 应用于工业自动化领域。
Profibus总线的传输速率范 围为9.6k～12Mbps，是传 输速率最高的总线； LonWorks总线的传输速率 范围为78k～1.5Mbps；基 金会现场总线的传输速率范 围为12k～150kbps；而 Modbus总线的传输速率范 围为1200～9600bps。
随着总线技术的不断发展，网络安全问题也日益突出。为了解决这一问
题，需要加强网络安全防护措施，如加密通信、访问控制等。
02 03
不同总线协议的兼容性问题
目前存在多种总线协议，不同协议之间的兼容性问题给应用带来了困扰 。为了解决这一问题，需要加强不同总线协议之间的互联互通，提高兼 容性。
总线设备的互操作性
02
工业以太网的发展前景良好，随着工业自动化和网络技术的不
断发展，将有更大的应用空间。
CAN总线在汽车和工业自动化领域的应用前景仍然广阔，但面
03
临技术更新和市场变化的挑战。
06
总线技术的未来发展趋势与挑战
总线技术的未来发展趋势
1 2 3
向工业4.0和智能制造发展
未来的总线技术将更加注重与工业4.0和智能制 造的融合，实现更加智能化、自动化的工业生产 。
LonWorks总线和基金会现 场总线都支持多个节点的连 接，最多可连接64个节点； 而Profibus总线和Modbus 总线则支持多个主站和从站 之间的连接，最多可连接 127个节点。
03
工业以太网技术概述
工业以太网的概念
EtherCAT - 以太网现场总线
EtherCAT - 以太网现场总线本文深入阐述了基于以太网现场总线系统的EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)技术。
EtherCA T为现场总线技术领域树立了新的性能标准，具备灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，和现场总线系统一样操作直观简便。
另外，由于EtherCA T实施的成本低廉，因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的场合中选用该现场总线。
1. 引言1.1 以太网和实时能力2. EtherCAT 运行原理3. EtherCAT 技术特征3.1 协议3.2 拓扑3.3 分布时钟3.4 性能3.5 诊断3.6 高可靠性3.7 安全性3.8 EtherCAT 取代PCI3.9 设备行规3.9.1 EtherCAT实现CAN总线应用层协议(CoE)3.9.2 EtherCAT实现伺服驱动设备行规IEC61491 (SoE)3.10 EtherCAT实现以太网(EoE)3.11 EtherCAT实现文件读取(FoE)4. 基础设施成本5. EtherCAT 实施5.1 主站5.1.1 主站实施服务5.1.2 主站样本代码5.2 从站5.2.1 EtherCAT Slave Controller5.2.2 从站评估工具包6. 小结7. 参考文献1. 引言现场总线已成为自动化技术的集成组件，通过大量的实践试验和测试，如今已获得广泛应用。
正是由于现场总线技术的普及，才使基于PC的控制系统得以广泛应用。
然而，虽然控制器CPU的性能（尤其是IPC的性能）发展迅猛，但传统的现场总线系统正日趋成为控制系统性能发展的“瓶颈”。
急需技术革新的另一个因素则是由于传统的解决方案并不十分理想。
传统的方案是，按层划分的控制体系通常都由几个辅助系统所组成（周期系统）：即实际控制任务、现场总线系统、I/O系统中的本地扩展总线或外围设备的简单本地固件周期。
正常情况下，系统响应时间是控制器周期时间的3-5倍。
以太网与现场总线技术的比较
确 定性通信场 合 ， 场 总线技 术还 将 处于主导 地位 ； 现 必须 学会 点。本 文将 只就 这 一 问题 ， 以太 网与现 场总 线的技 术 比较 从
２１ ０ ０年第 ２ ２期 （ 总第 １ ７期 ） ５
南 懒紊 煮
（ ｍａＮＮ．１ Ｃ ｕｉｙ２ ７） ｕ Ｉｅ．２ ｔｔＯ ０ Ｖ ２１ ｏ ０ ５
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以太 网与现 场总线技术 的比较
杨 建
（ 东中烟 工业有 限责任 公 司济 南卷烟 厂 ， 东 济 南 ２ ０ １ ） 山 山 ５０ ３
嵌 入式 系统 技 术、 物技 术等 。在 遵循统 一协议 的 同时它却 生
又提供 强 大 的兼容 平 台 ， 信 随着 工业 自动化 要求 的不断 提 相 熄 焦 车上 实现统 一 的装入 ， 低 压 电器 、 动设 备 、 频器及 从 机 变 高 ， 些新 的科技还 会不 断地涌入和 扩充这个领域 。 ～ Ｐ Ｃ几乎 均 为西 门子品牌 避 免不 同组 态编 程 问题 ， 对后期 Ｌ 这 的生产 维 护和工 艺扩 展 ， 以及 实 现行 车 、 煤 、 平 装煤 的 稳定性 参 考文献 打 下坚 实基础 ： 为了摆 脱 高温、 尘和 大量 的有害 气体 、 劳 粉 把 【 １ 志敏 ， 继 海 ， 爱 华 ． 变频 器调 速 系统 设 计 与 维护 【 ． 】周 周 纪 Ｍ】 动 强度大 的操作 工 人解 放 出来 实现 四大车 联 锁定 位 ， 他们 引 进 了无 线 网络 技术和计 算机技 术。利 用机车 天线 箱发射 的高 ［ ２ 】吴启红 ．变频 器 ／ 编程序控 制器及触摸屏综合应 用技 术 可 频信 号通 过 电磁 感 应被地 面 的编 码 电缆接 收 后 ， 检测 编译传 递 到 中控 室 ， 通过 中控 室 的电脑 画面 来直 观的监 测生产 现状 ， 同时再 有 中控室把 数据做 统一 管理后 电脑发 出指令 来实 现下 步 的计划。 整个控 制过 程中 Ｐ Ｃ与变频 器 ， Ｌ 以及计 算机 与
现场总线与工业以太网及其应用技术
“现场总线和工业以太网之间的转换是可能的，但是需要使用相应的转换设 备或者转换软件来实现。”
“在选择合适的通信协议时，需要考虑控制系统的具体需求和实际情况，包 括设备的成本、通信距离、数据传输速率、可靠性等方面的需求。”
这些摘录不仅可以帮助读者理解现场总线和工业以太网的基本概念和技术， 还可以帮助读者了解这些技术在现代工业控制网络中的应用和优势。这本书还提 供了大量的应用案例，这些案例可以帮助读者更好地理解和应用所学到的知识。
“Modbus是一种非常流行的现场总线协议，它可以支持多种不同类型的数据 传输，包括ASCII、二进制和RTU格式。”
“Profinet是一种基于以太网的工业自动化通信协议，它可以在TCP/IP网络 上实现实时的数据传输。”
“对于一个典型的工业控制系统来说，控制器、传感器和执行器之间的距离 可能会非常远，这需要使用合适的通信协议来实现远距离通信。”
《现场总线与工业以太网及其应用技术》是一本非常值得一读的书。它既提 供了关于现场总线和工业以太网的基本知识，又展示了这些技术在现代工业中的 应用现状和发展趋势。通过阅读这本书，我对这个领域有了更深入的了解，也有 了更全面的认识。这不仅丰富了我的知识库，也提升了我对现代工业自动化的理 解和分析能力。
通过阅读这本书，我对现场总线和工业以太网的应用有了更为清晰的认识。 我了解到，这两种网络技术在现代工业自动化和过程控制领域发挥着越来越重要 的作用。它们的出现，大大简化了复杂的网络结构，提高了系统的稳定性和可靠 性。特别是在实现远程监控和维护方面，这两种技术提供了极大的便利。
我也对现场总线和工业以太网的技术发展趋势有了新的认识。随着新技术的 不断发展，这两种网络技术也在不断演进和完善。例如，对于工业以太网而言， 其正在向更高速度、更远距离、更灵活的方向发展；而对于现场总线而言，其正 在追求更开放、更智能、更安全的特点。这些发展趋势，为我提供了新的视角和 思考。
现场总线与工业以太网融合的技术路径
现场总线与工业以太网融合的技术路径现场总线与工业以太网融合的技术路径随着工业自动化和智能制造的快速发展，现场总线与工业以太网的融合成为了实现工业4.0的关键技术之一。
现场总线技术以其简单、可靠、成本效益高的特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。
而工业以太网则以其高速、大容量、易于扩展的优势，在现代工业通信中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨现场总线与工业以太网融合的技术路径，分析其发展趋势和实现策略。
一、现场总线与工业以太网概述现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信网络，它连接了现场设备与控制系统，实现了设备之间的数据交换和控制命令的传输。
现场总线技术具有实时性、可靠性和抗干扰性强的特点，能够满足工业现场复杂环境的要求。
工业以太网则是基于传统以太网技术发展起来的，专门用于工业环境的网络通信技术。
它继承了以太网的高速、大容量、易于扩展等优点，同时针对工业环境的恶劣条件进行了优化，如增强了抗电磁干扰能力、提高了设备的稳定性和可靠性。
二、融合技术的必要性与挑战随着工业自动化水平的不断提升，对现场通信网络的要求也越来越高。
现场总线虽然在实时性和可靠性方面表现优异，但其数据传输速率相对较低，难以满足日益增长的数据传输需求。
而工业以太网虽然传输速率高，但在实时性和可靠性方面尚需进一步提升。
因此，将两者的优势结合起来，实现现场总线与工业以太网的融合，成为了满足现代工业自动化需求的有效途径。
然而，融合技术的发展面临着诸多挑战。
首先是技术兼容性问题，不同的现场总线和工业以太网标准之间存在差异，需要通过技术手段实现互联互通。
其次是性能优化问题，如何在保证实时性和可靠性的同时，提高数据传输速率和网络容量，是融合技术需要解决的关键问题。
此外，还有成本控制问题，融合技术的研发和部署需要考虑成本效益，以确保其在工业领域的广泛应用。
三、融合技术的关键技术实现现场总线与工业以太网的融合，需要依赖一系列关键技术。
这些技术包括但不限于：1. 协议转换技术：通过协议转换器，将现场总线的数据包转换为工业以太网的数据包，或者反之，实现不同网络之间的数据交换。
第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术
现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动 化领域的计算机局域网。 它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级 控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅 是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的 控制系统。 这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的 综合技术，已受到世界范围的关注而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。
NRZ编码采用频带传输。调制方式主要有CPFSK和 COFSK。现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无 线介质。 2．数据链路层 数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC） 和逻辑链路控制层（LLC）。MAC功能是对传输介质传送 的信号进行发送和接收控制，而LLC层则是对数据链进行 控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线网络中的 设备可以是主站，也可以是从站，主站有控制收发数据的 权力，而从站则只有响应主站访问的权力。 关于MAC层，目前有三种协议： （1）集中式轮询协议 其基本原理是网络中有主站，主站周期性地轮询各个节点， 被轮循的节点允许与其他节点通信。
现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结 构对比如图8-1所示。
操作站 LAN 控制站 操作站 LAN CANBUS 服务器 PROFIBUS-DP 4~20mA H1 现场设备
网桥
LonWorks 现场总线 现场设备
传统的模拟仪表
DeviceNet 现场总线
图8-1 FCS与DCS结构比较
8.1.1 现场总线的产生
在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着 一种信号标准，那就是4~20mA的模拟信号标准。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而此时 的计算机提供的是集中式控制处理。 20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理器被 嵌入到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。 随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电 子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、 传输及优化控制等功能的智能设备。 一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪 表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自 校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、 状态报告、趋势图等功能。
RS485和CAN总线与以太网比较
以太网、CAN总线、RS485总线都属于现场总线范畴，用户根据不同的场合和应用需求而采用不同的现场总线方式，每种总线有不同的标准特性，通过下列描述了解各种总线的特性以及各种总线优缺点。
一、RS485接口标准✧RS-485的电气特性：逻辑"1"以两线间的电压差为+（2-6）V表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-（2-6）V表示。
接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。
✧RS-485的数据最高传输速率为10Mbps✧RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。
✧RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。
而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。
即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。
但RS-485总线上任何时候只能有一发送器发送。
✧因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。
✧因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。
二、CAN总线接口标准✧国际标准的工业级现场总线，传输可靠，实时性高；✧传输距离远（最远10Km），传输速率快（最高1MHz bps）；✧单条总线最多可接110个节点，并可方便的扩充节点数；✧多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高；✧实时性高，非破坏总线仲裁技术，优先级高的节点无延时；✧出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系，不影响总线的通讯；✧报文为短帧结构并有硬件CRC校验，受干扰概率小，数据出错率极低；✧自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高；✧硬件报文滤波功能，只接收必要信息，减轻cpu负担，简化软件编制；✧通讯介质可用普通的双绞线，同轴电缆或光纤等；✧CAN总线系统结构简单，有极高的性价比。
现场总线与工业以太网国际标准综述
现场总线与工业以太网国际标准综述在工控现场中，开发和使用现场总线是为了用智能数字仪表内部所具有的数字信号替代4～20mA等模拟信号来实现控制室与现场之间的信息传输，现场总线技术最初应用于过程控制及制造业。
我们在使用了现场总线以后得到了更多的好处：例如控制功能彻底分散到现场，先进的现场设备管理功能得以实现，系统的可靠性大大提高等等。
现场总线有过不同的定义，其实质是指应用在测控现场，实现现场设备、系统管控设备之间信息交换的串行双向数字通信网络。
从这一概念出发，本文所述的应用在公路车辆、铁路列车、低压配电与控制以及机床运动控制等领域的ISO11898、IEC 61375、IEC 62026、IEC 61491等标准所定义的工业网络都可以认为是现场总线。
这种现场网络的发展从过程控制及制造业测控领域开始，以后很快发展到诸如电力监控与继电保护、楼宇自动化、环境监控、交通工具、能源管理、农业、自动测试系统、医疗仪器、机器人等各种领域，现在现场总线已经无处不在。
现场总线国际标准IEC 61158自上个世纪80年代中期开始，世界上各大控制厂商及标准化组织推出了多种互不兼容的现场总线协议标准，据不完全统计，迄今为止世界上已出现过的总线有近200种。
不同标准的现场产品不能互换，将给用户造成极大的不便。
从1984年起，IEC（国际电工委员会）/TC65（工业过程测量及控制技术委员会）和ISA（美国仪表学会）就开始了制订国际标准的工作。
但由于受到大控制厂商相互竞争的影响，国际标准的制订困难重重，商业集团为了自身的利益给国际标准的投票通过制造阻力，使得国际标准迟迟不能完成。
最终不得已在1999年12月通过了一个包含了多种互不兼容的协议的标准，即IEC 61158国际标准。
该标准包括了目前国际上用于过程工业及制造业的8类主要的现场总线协议。
Type1，IEC 61158技术规范。
这是由IEC/ISA负责制订的，曾试图使之成为统一的国际标准的一个技术规范，基金会现场总线FF的H1（低速现场总线）是它的一个子集。
超详细的工业以太网与现场总线分析
超详细的工业以太网与现场总线分析导读随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。
其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。
随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。
其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。
现场总线现场总线是应用在生产现场，用于连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
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。
控制组成01、现场总线控制系统它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。
首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。
通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。
在网络运行过程中系统实时采集数据、进行数据处理、计算。
优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。
02、现场总线的测量系统其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率、高准确性、抗干扰畸变能力强等特点，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。
03、设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。
04、总线系统计算机服务模块以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。
服务器表示数据源（提供者），应用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进行处理。
客户机运行在PC机或工作站上。
服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。
05、数据库它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。
广义现场总线标准与工业以太网
由于CAN没有规定应用层和物理接口，一些组织给它制定了不同的应用层和物理接口标准构成了几种完整的现场总线协议，其中比较有名的有下文提到的DeviceNet、SDS以及CANopen等。
（2） 1999年9月IEC TC9（铁路电气设备技术委员会）发布的国际标准IEC 61375列车通信网（TCN）[5]。
WTB用于车辆之间的连接，每一车辆一个节点，WTB可有32个节点（最大62个），860m，媒体冗余，采用有护层的屏蔽双绞线、变压器隔离、曼彻斯特（Manchester）编码，速率1.5Mb/s。
由于总线长，接收信号动态范围大，解码器采用SDSP（统计数字信号处理器）。媒体访问采用主从方式，主站固定，但所有节点均有作为主站的能力，必要时（如主站失效、列车重组等）可改变主站节点。
ISO 11898 3的特点是具有总线管理功能和容错性能。在总线CAN H和CAN L之一断线、CAN H和CAN L之一对电源短路或对地短路、CAN H和CAN L相互短路及线路与终端电阻断开时均能给出指示。总线在正常状态时为差分传输，故障时转为单线传输，故障消除后又自动转为差分传输。
Type1，IEC 61158技术规范。这是由IEC/ISA负责制订的，曾试图使之成为统一的国际标准的一个技术规范，基金会现场总线FF的H1（低速现场总线）是它的一个子集。
Type2，ControlNet现场总线。美国AB公司、Rockwell开发，ControlNet International（CI）组织支持。
除了IEC 61158外，IEC及ISO还制定了一些特殊行业的现场总线国际标准。
（1） 1993年ISO/TC22/SC3（公路车辆技术委员会电气电子分委员会）发布的ISO 11898公路车辆—数字信息交换—用于高速通信的CAN以及低速标准ISO 11519。
基于以太网现场总线的实时测试技术研究
第 ｌ ６卷
第 ２期
电子 测 量 与仪 器学 报
Ｊ ＲＮ Ｌ Ｏ Ｅ ＥＣ ＲＯ Ｃ ＯＵ Ａ Ｆ Ｌ Ｔ ＮＩ
ＭＥ ＵＲＥＭＥＮＴ ＡＮＤ Ｎｓ ＲＵＭＥＮＴ Ａｓ Ｉ Ｔ
％ ｆ１ ．６
Ⅳ０． ２
２０ ０ ２年 ６月
・
３ ・ ９
第 １ ６卷
２ 几 种 典 型 现 场 总 线 的 比较
性 ， 决 好 以太 网 的实 时性 成 为组 建 测试 系统 的关 键 技 术之 一 。 解
本文 于 ２０ 年 ２月 收到。沈艳 ： ０１ 博士研 究生 ； 古天祥 ： 教授 ， 博导 。
维 学 报
基 于 以 太 网 现 场 总 线 的 实 时 测 试 技 术 研 究
沈艳 古 天祥
（ 电子科技 大学 自动 化系 １０ 教研 室 ， ４３ 成都 ６ ０５ ） １０４
【 摘要】 目前， 由于多种现场总线并存， 制约了现场总线技术的推广和应用。本文首先通过对几种典型的现
场总线 的比较 ， 出基 于以太 网现 场总线 的测试系统 ， 后对 其 中的关键 技 术一实 时性 进行 研究 并描 述 基于 以 提 然 太 网现场总 线的实 时通 信协议 。 关键词 ： 网络 化测试 现场总线 以太网 实 时通信
１ 引 言
随着 计算 机 、 电子 、 微 通信 和 网络 技术 的飞速 发 展 和 相 互 作 用 ， 网络 化 测 试 技 术 的产 生 和 为 迅 速发 展 提供 了强有 力 的技术 基 础 。一方 面 ， 使 得 测 试 的过 程 、 试 的 目的 、 试 结 果 的管 理 这 测 测 等观 念 发 生 了改 变 ； 另一 方面 ， 通 用 计算 机 、 用 软 件 、 准 网络 思 想 的指 导 下 ， 试 技 术 逐 渐 在 通 标 测 向计 算 机标 准 、 网络 规 范靠 拢 。组建 网络 化测 试 系统 不 仅 能实 现 更 多 的资 源共 享 ， 化 系统 建 设 简 和设 备 维 护 ， 降低 组 建 系统 的费 用 ， 可提 高 测 试 系统 的 功 能 ， 拓 宽 其 应 用 的范 围 。随 着 测 试 还 并 网的发 展 ， 试 网络 和 信息 网络 的集 成 ， 终 实现 统 一 的 网络 ， 是 必然 的发 展趋 势 。 测 最 将
现场总线论文——浅谈工业以太网
浅论工业以太网技术1.引言网络技术的迅速发展引发了自动控制领域的深刻技术变革，以现场总线和工业以太网技术为代表的控制网络技术是现代自动控制技术与信息网络技术相结合的产物，是下一代自动化设备的标志性技术，是改造传统工业的有力工具，也是信息化带动工业化的重点方向。
目前网络控制技术正从传统的控制网络技术——现场总线向现代控制网络技术——工业以太网技术的方向发展。
2.工业以太网的产生工业以太网是西门子公司提出的一种基于以太网通讯的一种工业用的通讯模式。
在技术上与商业以太网(即IEEE802.3标准)兼容，但在产品设计时，材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性等方面能够满足工业现场的需要，也就是满足环境性、可靠性、安全性以及安装方便等要求的以太网。
以太网是按IEEE802.3标准的规定，采用带冲突检测的载波侦听多路访问方法(CSMA/CD)对共享媒体进行访问的一种局域网。
其协议对应于ISO/OSI七层参考模型中的物理层和数据链路层，以太网的传输介质为同轴电缆、双绞线、光纤等，采用总线型或星型拓扑结构，传输速率为10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps 或更高。
在办公和商业领域，以太网是最常用的通信网络，近几年来，随着以太网技术的快速发展，以太网技术已开始广泛应用于工业控制领域，它是现代自动控制技术和信息网络技术相结合的产物，是下一代自动化设备的标志性技术，是改造传统工业的有力工具，同时也是信息化带动工业化的重点方向。
国内对工业以太网络技术的需求日益增加，在石油、化工、冶金、电力、机械、交通、建材、楼宇管理、现代农业等领域和许多新规划建设的项目中都需要工业以太网络技术的支持。
以太网是当今最流行、应用最广泛的通信技术，具有价格低、多种传输介质可选、高速度、易于组网应用等诸多优点，而且其运行经验最为丰富，拥有大量安装维护人员，是一种理想的工业通信网络。
首先，基于TCP/IP的以太网是一种开放式通信网络，不同厂商的设备很容易互联。
工业以太网与现场总线技术在污水处理厂的应用
工业以太网与现场总线技术在污水处理厂的应用摘要：该文通过对工业以太网和现场总线技术的介绍，简要介绍了工业以太网和现场总线在污水处理厂的结合应用。
关键词：工业以太网现场总线污水处理城镇污水处理是目前各地区比较重视的一个环境保护项目。
随着网络技术的进步，污水处理工艺及设备、仪器仪表技术的发展，污水处理行业的信息收集管理系统也在发生变化。
近来，在相当多企业的网络中，TCP/IP协议成为办公自动化的首选，多层次分布式网络也逐渐为以太网所取代。
但由于现场总线所处的特殊环境及所承担的实时控制任务，是普通局域网通信技术所难以取代的，因而现场总线依然保持着它在底层控制网络的地位和作用。
1 工业以太网所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太网（即IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能满足工业现场的需要。
1.1 物理层的改进所用的接插件、集线器、交换机和电缆等未针对较恶劣的工业现场环境来设计，故商用网络产品不能应用在有较高可靠性要求的恶劣工业现场环境中。
而近年来，随着网络技术的发展，工业等级的接插件、集线器、交换机和电缆不断推陈出新，总线供电的规范标准也应运而生。
这些方面的解决，使以太网的稳定性和可靠性得以大大增强，满足了工业环境应用的要求。
1.2 介质访问控制方式的改进商用以太网采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect载波监听多路访问/冲突检测）技术，在共享式网络中，所有的站点采用相同的物理介质连接，这就意味着2台设备同时发出信号时，会出现信号的相互冲突。
快速以太网与交换式以太网技术的发展，首先，Ethernet的通信速率从10M、100M增大到如今的1000M、10G，在数据吞吐量相同的情况下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻和网络传输延时的减小，即网络碰撞机率大大下降。
现场总线与工业以太网基金会现场总线
一种经典旳工程实例
• FF总线在拜耳漕泾工厂旳应用
•
上海拜耳漕泾园区(Bayer Material
Science)下属工厂旳涂料厂、公用工程厂和
聚酯厂已于2023年建成投产，该项目选用了
FF基金会现场总线，在仪表选型和安装调试
方面有自己旳特色，尤其是聚酯厂，使用旳
FF现场总线仪表较多，系统设置明朗、可靠
FF-H1主要用于过程工业（连续控制）旳自动化。FFHSE则采用基于Ethernet (IEEE802.3) +TCP/IP旳六层构造， 其通信距离为750m和500m。物理传播介质可支持双绞线、 光缆和无线发射，协议符合IEC61158-2原则。FF-HSE主要 用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级 控制等场合。
3．基金会现场总线这一开放、可互操作旳技术已经成为全球 范围内领先旳数字化控制系统处理方案。近年来，越来越多旳 最终顾客采纳了基金会现场总线技术。该技术已广泛应用在石 油、天然气、石油化工、化工食品、制药、电力、水处理、钢 铁矿山、造纸、水泥等行业有着广泛应用，其中石化领域目前 是FF总线最主要旳应用领域。
(6)系统测试技术。
它涉及通信系统旳一致性与互可操作性测试技术、总线监 听分析技术、系统旳功能和性能测试技术。一致性与互可操作 性测试是为确保系统旳开放性而采用旳主要措施。一般要经授 权过旳第三方认证机构作专门测试，验证符合统一旳技术规范 后，将测试成果交基金会登记注册，授予FF标志。只有具有 了FF标志旳现场总线产品，才是真正旳FF产品，其通信旳一 致性与系统旳开放性才有相应保障。有时，对由具有FF标志 旳现场设备所构成旳实际系统，还需进一步进行互可操作性测 试和功能性能测试，以确保系统旳正常运转，并到达所要求旳 性能指标。总线监听分析用于测试判断总线上通信信号旳流通 状态，以便于通信系统旳调试、诊疗与评价。
现场总线与工业以太网_CAN__总_线
ISO11783（农业和森林机械）都在美国标准J1939的基础上定 义了基于CAN应用的子协议。 ３．CAN的发展过程 尽管当初研究CAN的起点是应用于客车系统，但CAN的第 一个市场应用却来自于其他领域。特别是在北欧，CAN早已得 到非常普遍的应用。在荷兰，电梯厂商Kone在电梯上使用了 CAN总线，Philips医疗系统也使用CAN构成X光机的内部网络， 成为CAN的用户。 1992年5月，CiA“CAN in Automation”用户集团正式成立。 CiA推荐仅使用遵循ISO11898的CAN收发器。现在，在当时的 CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消 失。 从1990年中期起，Infineon公司和Motorola公司等生产 CAN模块集成器件的15家半导体厂商已向欧洲的汽车厂商提供
同时，由于CAN总线的特点，其应用范围目前已不仅局限 于汽车行业，已经在自动控制、航空航天、航海、过程工业、 机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器 械及传感器等领域中得到了广泛应用。
4.1
概述
4.1.1 4.1.2 4.1.3
CAN工作原理、特点 发展背景及应用情况 一个典型的工程实例
4.1.1 CAN的工作原理、特点
1． CAN 的工作原理 当CAN 总线上的一个节点(站)发送数据时，它以报文形 式广播给网络中所有节点。对每个节点来说，无论数据是否 是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符 为标识符(CAN2.0A)，定义了报文的优先级，这种报文格式称 为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不 可能有两个节点发送具有相同标识符的报文。当一个节点要 向其它节点发送数据时，该节点的CPU 将要发送的数据和自 己的标识符传送给本节点的CAN芯片，并处于准备状态；当它 收到总线分配时，转为发送报文状态。
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现场总线实例—以太网
以太网接口模块
T1H-EBC和T1H-EBC100模块在基于你的PC控制或WinPLC系统和终端I/O之间提供了一个低成本，高性能的链接。
这些接口模块支持工业标准10 Base-T或10/100Base-T通讯。
支持的协议：
终端EBC s支持IPX和TCP/IP。
将来，通过我们网站的一个免费升级操作系统也将完全支持MODBUS TCP。
网络主机
网络主机包括了用于新的以太远程主模块的DL205 WinPLCs和用于嵌入了以太I/O驱动器的PC控制软件的PC 。
廉价的电缆的连接装置
终端EBC被与工业标准RJ45连接头做在一起，以便于网络的使用。
畅销的以太网路由器和中继器使网络配置象一阵风一样快捷容易。
无需DIP-开关的设定
所有的寻址和装置特性都可通过软件配置工具来配置。
所有I/O数据被送入EBC缓冲器并可作为一个块，与设备进行即时通讯。
增加I/O模块
T1-EBC和T1H-EBC 100完全支持分立的和模拟量模块的I/O。
∙你的终端I/O系统与相竞争的I/O相比更省钱。
∙事实上，I/O的点数不受限制。
∙在某个网站上进行I/O的刷新。
∙使用现行的网络器件连接你目前的网络
∙加快I/O的刷新，直到<1ms/时基
∙在板上有操作面板或ASCⅡ设备的系列端口。
现行的系统解决办法
你可以购买以PC为基础的控制软件，与我们新的，快捷的T1H-EBC基本控制器连接起来，或者，你可以选择我们的超快速T1H-EBC100控制器（不久就可买到）。
以PC为基础的控制软件包与可兼容的I/O设备驱动器，程序开发工具和工作环境配备在一起。
参见单源整体式PC控制方法目录的PC控制部分。
你需要的所有资料一起附上，使用你的PC成为一个工业区控制器。
快来！
许多以PC为基础的控制和HM1软件应用提供商正在和我们一起对I/O的产品进行开发。
检查一下我们的网站的最新资料清单。
零售商产品网址
软件开发
客户激励了我们对I/O程序的开发。
我们提供了一套免费的软件开发包（SDK）。
SDK 提供了一个与T1H-EBC（100）连接的简化的API。
软件接口库可被提供给WIN32，WIN26和DOS操作系统。
开发者可使用源码。