工业数据通信和控制网络(现场总线)

工业数据通信和控制网络（现场总线）

现场总线技术现场总线控制系统（简称FCS）其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构，成本低、可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。操作站

LAN

H2H1服务器H1

现场总线

现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总

线现场总线

FCS控制层32现场设备

原理图

控制系统应用图示例

使用控制系统分布确定现场总线的接线

H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT

111LT112

H1现场总线#2网段LT101

Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT110

19

SC11124IP102IP104AIP104BCooler

SC11225

SC11023

20FT102AT103

21TT104

HeaterCV-101A/O

AT106

AT107A

AT107BLT108SC10822

H1现场总线#1网段

TT105

现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。

网络节点网络体系

包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构

通信总线在现场设备中的延伸

现场总线的发展1996年到1998年，国际性组织FF（现场总线基金会）和PNO（Profibus国际组织）先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2（HSE）和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效，除H1、HSE和PA外，还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。Profibus较适合于工厂自动化，CAN适用于汽车工业，FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制

现场总线的网络结构

现场总线的星形网络结构

现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbus

IPC、PLC。

Controller/Getway

I/O子系统Filedbus

。

。

DCS实际上是“半分散”、“半数字”的系统

FCS采用的是一个完全分散的控制方式现场总线的技术特征(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

现场总线的特点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。

IEC__现场总线标准IEC__Type1:IEC__技术报告★Type2:ControlNet

^IEC—国际标准只是一种模式，8种类型都是平等的※各组织按照IEC技术报告Typel

的框架组织各自的行规，但不改变各组织专有的行规(Profile)。探IEC标准的其中Type2~Type8需要对Typel提供接口，而标准本身不要求Type2~Type8提供接口，用户在应用各类型时仍可使用各自的行规，其目的就是为了保护各自的利益。

Type3:Profibus★Type4:P-Net

Type5:FFHSE★Type6:SwiftNETType7:WorldFIPType8:Interbus

以上8种总线采用完全不同的通信协议！

控制网络要求控制网络要求确定性和可重复性。确定性是指有限制的延迟和有保证的传送，也就是说一个报文能在可预测的时间周期内成功的发送出去。可重复性是络的传输能力不受网络上节点的动态改变(增加节点或者删除节点)和网络负载的改变而影响。这正是普通局域网不适合作为控制网的原因。

现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性：一是简化技术。简化网络结构，现场总线一般将网络形式简化成线形；简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2~3层；简化节点信息，通常简化到只有几字节。经过以上简化，可以极大地提高通信传递速度。二是采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模就可以将响应时间控制在指定的时间内。总而言之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展趋势。

网络结构计算机通信系统的结构是网络状的，节点间的通信路径是不固定的；大部分现场总线的结构是线状的，节点间的通信路径是比较固定的。

FB采用线状结构的原因在于：①容易实现对现场仪表的总线供

电。②容易实现本安防爆规范。如果线状结构的现场总线上某支路断开了以后，这条支路就可能完全瘫痪，而一般的网络系统则没有这种问题，信息还可以通过选择其它路由进行传递。

现场总线网络模型（普遍性）ISO/OSI模型现场总线模型用户层（程序）用户层

应用层

7

现场总线信息规范子层FMS现场总线访问子层FAS

表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层

654321数据链路层物理层物理层通信栈

基金会现场总线FF-FF由FIP(WorldFipNorthAmerican)和