工业数据通信和控制网络(现场总线)
现场总线介绍
Lonworks技术采用的LonTalk 协议被封 装在被称为Neuron Chip 的神经元芯片内得 以实现，该项技术已广泛应用楼宇自动化、 家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设 备、工业过程控制等领域。
（2）现场总线的产生
现场总线是综合自动化的发展需要.. T(time to market); Q(quality) ; C(cost); S(service) ;
要实现整个生产过程的信息集成，实施综 合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环 境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统。 以实现现场自动化智能设备之间的多点数 字通信，形成工厂底层网络系统，实现底层现 场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。 于是，现场总线应运而生。
现场总线介绍
华东理工大学自动化系 王学武
主要内容
概念 产生 现场总线的含义 特点和优点 几种总线简介 现场总线的产生历程 现场总线市场分析 现场总线产业发展现状 现场总线技术的发展趋势 国内现场总线发展概况
（1）概念
什么是现场总线？ 应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双 向串行多节点数字通信的开放型控制网络技术。
ARC高级过程自动化分析师Paula Hollywood（研究报告主要作者）说，“最初， 现场总线的主要优点被描述为降低布线、设备 安装和调试成本……，而最终用户在项目运行 成本（OpEx）上实际享受到的好处则更多，因 为双向数字通信使通信质量改进以及所链接智 能设备能够实现远程诊断使生产过程效率提高。 ARC开展的2006年现场总线最终用户问卷 调查也表明，设备维护技术人员和生产现场操 作人员效率的提高，是迄今为止现场总线能带 来的最大好处。”
市场研究最后得出结论，现场总线最重要 的优点在维护和运行中体现出来。该技术本身 并不能降低成本；但根据ARC的解释，它充当 了“一个能明显降低运行成本且有助于实现运 行卓越，使设备管理效率达到新的水平的使能 技术。”
数据通信与工业控制网络知识点总结
数据通信与工业控制网络知识点总结关键信息项：1、数据通信的基本概念和原理定义：＿___________________________特点：＿___________________________重要性：＿___________________________2、工业控制网络的类型和特点类型：＿___________________________各自特点：＿___________________________3、数据传输方式串行传输：＿___________________________并行传输：＿___________________________优缺点比较：＿___________________________4、通信协议常见协议：＿___________________________协议的作用和功能：＿___________________________5、网络拓扑结构总线型：＿___________________________星型：＿___________________________环型：＿___________________________优缺点分析：＿___________________________ 6、工业控制网络中的数据交换技术电路交换：＿___________________________分组交换：＿___________________________报文交换：＿___________________________ 7、差错控制技术纠错编码：＿___________________________检错编码：＿___________________________重传机制：＿___________________________ 8、网络安全与防护威胁类型：＿___________________________防护措施：＿___________________________ 9、工业控制网络的应用案例案例介绍：＿___________________________效果评估：＿___________________________11 数据通信的基本概念和原理数据通信是指在不同设备之间通过传输介质进行数据的传递和交换。
工业数据通信与控制网络
Ch1 绪论1．什么是工业数据通信，现场总线，控制网络？数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行信息交换的过程。
在工业生产过程中，除了计算机及其外围设备，还存在大量检测工艺参数数值与状态的变送器和控制生产过程的控制设备。
这些设备的个功能单元之间、设备与设备之间以及这些设备与计算机之间遵照通信协议，利用数据传输技术传递数据信息的过程，称之为工业数据通信。
按照IEC对现场总线（fieldbus）一词的定义，现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
这是由IEC/TC65负责和控制系统数据通信部分国际标准化工作的SC65C/WG6定义的。
因此“现场总线”一词被定位于生产现场的数据通信技术。
工业数据通信是控制网络的基础和支撑条件，是控制网络技术的重要组成部分。
在这个意义上也可以把工业数据通信与控制网络一并简称为控制网络。
2．企业网络系统的层次结构是什么？如图1.4。
按网络连接结构。
一般将企业的网络系统划分为3层：他以底层控制网（infranet）为基础，中间为企业的内部网（intranet），并通过他伸向外部世界的互联网（internet），形成internet-intranet-infranet的网络结构按网络的功能结构分：企业资源规划层EPR（enterprise resource planning）、制造执行层MES(manufacturing excurtion system)以及现场控制层FCS(field control system)。
3．控制网络企业管理的网络层相连方案是什么？P12Ch2 数据通信基础工业数据通信系统的组成是什么？数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成。
Ch3 控制网络基础1．控制网络的特点是什么？控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于，他必须满足对控制的实时性要求，实时控制往往要求对某些变量的数据准确时刷新。
工业控制网络现场总线复习资料
CIMS:计算机集成制造系统。
离散行业。
CIPS：计算机集成生产系统。
应用于流程行业，与工厂综合自动化系统、管控一体是同一概念。
三层：ERP（企业资源规划层或BPS）,MES（制造执行层）,PCS（现场控制层）PCS级:以产品质量和工艺要求为目标的先进控制技术MES级:以生产综合指标为目标的生产过程优化控制、优化操作与优化管理技术BPS级:以财务分析决策为核心的整体资源优化技术关键技术：系统集成，信息集成，先进控制。
系统集成：连接各层的网络（硬件），以及数据库技术（软件）信息集成：信息采集、数据校正、数据挖掘、对象模型先进控制：改进常规控制的性能工业通讯方式：（1）现场总线（2）工业以太网（3）无线网络现场总线：应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的开放型控制网络技术。
现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也被称之为工厂的底层网络（Infranet）总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的是控制信息。
现场总线的产生：（1）综合自动化的要求，改善TQCS，解决自动化孤岛；（2）控制系统网络化发展趋势，计算机集中控制系统-DCS-FCS（3）智能仪表的发展（通信技术、信号处理技术）技术支撑：计算机技术、网络技术自动化孤岛：设备之间采用传统一对一连线，或自成体系的封闭式集散系统，很难实现设备之间及系统和外界的信息交换。
本质含义：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。
（智能现场设备：具有数字计算、数字通信能力的测量控制设备）现场总线系统既是开放的数据通信系统、网络系统，又是由现场设备实现完整控制功能的全分布式控制系统。
既是通信网络，又是控制网络。
本质表现：（1）现场设备互连：传感器、变送器等设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。
（2）现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。
什么是现场总线现场总线的本质
什么是现场总线现场总线的本质现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
那么你对现场总线了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是现场总线的内容，希望大家喜欢!现场总线的简介现场总线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。
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。
现场总线的本质通信网络用于过程自动化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。
设备互联依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。
互操作性用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。
分散功能块FCS 废弃了DCS 的输入/输出单元和控制站, 把DCS 控制站的功能块分散地分配给现场仪表, 从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。
通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量, 这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表, 与其配套的还有安全栅。
开放式互联网现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。
从以上内容我们可以看到，现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，而这些正是DCS系统的缺点。
DCS通常是一对一单独传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于“失控”状态，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。
FCS则采取一对多双向传输信号，采用的数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去。
什么是现场总线
什么是现场总线？随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统（DistributedControlSystem DCS）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FC S），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种工业控制技术。
通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同于计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网1．1、现场总线的特点根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)对现场总线的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字、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，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。
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：（1）同一数据链上过程控制单元（PCU）、PLC等与数字1/0设备互连；（2）现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；（3）通信媒体安装费用较低。
SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是：●星型总线用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线●总线型总线数据传输距离长、速率高，采用点对点、点对多点和广播式通信方式2．2、现场总线技术特征现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。
（1）现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绘线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连；（2）网络数据通信采用基带传输（即数字数据数字传输），数据传输速率高（为Mbit/s或10Mbit/s级），实时性好，抗干扰能力强；（3）废气了集散控制系统（DCS）中的I/O控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；（4）分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；（5）开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；（6）互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线（Fieldbus）是一种新型的工业通信技术，它是以数字化的方式将数据传输到工业现场设备和控制系统之间的通信总线。
现场总线的出现大大提高了工业自动化的可靠性、效率、安全和灵活性。
下面将介绍现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用和使用方法。
一、发展历程现场总线的发展可追溯到20世纪70年代，当时欧洲的一些机构开始研究数字控制系统。
80年代初，德国联邦教育研究部门的PLC工艺小组提出了“第三代工厂控制理论”，并提出了“现场总线”的概念。
90年代初，现场总线开始应用于工业自动化领域，并逐渐发展成为主流的工业通信技术。
二、特点及分类1. 特点（1）数字化传输：现场总线采用数字化通信方式，避免了模拟信号的干扰和失真，提高了数据的可靠性和准确性。
（2）灵活性：现场总线可以连接多种类型的设备和控制系统，实现设备之间的信息交换和协同工作。
（3）可扩展性：现场总线可以根据工业自动化系统的需求进行扩展和升级，具有很高的灵活性和适应性。
（4）实时性：现场总线可以实现实时数据传输和控制，提高了工业生产的效率和精度。
（5）安全性：现场总线支持加密和认证技术，保障了工业通信的安全性和可靠性。
2. 分类目前常用的现场总线主要有以下几种：（1）Profibus：是德国西门子公司研发的一种现场总线，可以实现高速数据传输和设备的实时控制。
（2）Modbus：是Modicon公司开发的一种现场总线，适用于数据采集和控制。
（3）CAN总线：是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的现场总线，具有高速、可靠、抗干扰等特点。
（4）DeviceNet：是美国罗克韦尔公司开发的一种现场总线，适用于工业设备之间的通信和控制。
三、主要应用现场总线广泛应用于各个工业领域，包括制造业、石化、水处理、电力等。
主要应用包括以下几个方面：（1）数据采集和监控：现场总线可以实现对工业设备的数据采集和监控，提高了生产过程的可靠性和效率。
工业通信中的工业以太网与现场总线比较
工业通信中的工业以太网与现场总线比较工业通信是指在工业环境中实现设备之间信息传递和控制的过程。
随着工业自动化的发展，工业通信技术也得到了广泛应用。
其中，工业以太网和现场总线是两种常见的通信技术。
本文将对工业以太网和现场总线进行比较，探讨其各自的特点和适用场景。
一、工业以太网工业以太网是一种基于以太网技术的通信网络，它采用了以太网的物理层和数据链路层协议，同时也引入了一些工业特定的协议。
与普通的以太网相比，工业以太网在实时性、可靠性和稳定性方面进行了优化。
它支持高速通信和大带宽传输，能够满足现代工业环境中对数据传输速度和质量的要求。
工业以太网适用于需要高速通信和大规模连接的场景，如工业自动化、机器人控制和分布式控制系统。
它可以同时传输多个数据流，并支持实时监控和控制。
由于其基于标准的以太网协议，工业以太网具有较好的兼容性和可扩展性，易于集成和维护。
二、现场总线现场总线是另一种常用的工业通信技术，它是一种分布式控制系统中用于实现设备之间数据传输和通信的协议。
现场总线通常采用串行通信方式，将控制系统中的各种设备连接起来，通过总线传输数据和命令。
现场总线具有以下几个特点：首先，它是一种实时性较好的通信技术，能够满足工业自动化对实时监控和控制的需求；其次，现场总线采用分布式的网络结构，可以减少布线的复杂性和成本；第三，现场总线支持多主控制，可以实现多台设备之间的并行操作；最后，现场总线具有较好的抗干扰能力和可靠性，能够适应恶劣的工业环境。
现场总线适用于需要分布式控制和小范围通信的场景，如工业机械、设备监控和传感器网络。
由于现场总线采用串行通信方式，它的传输速率相对较低，适用于不需要大带宽和高速通信的应用。
三、工业以太网与现场总线的比较工业以太网和现场总线在工业通信中都有自己的优势和适用场景。
下面对它们进行比较：1. 传输速率：工业以太网的传输速率相对较高，可以达到百兆甚至千兆级别，而现场总线的传输速率一般在几十到几百kbps之间。
LonWorks(现场总线)
现场总线现场总线结构图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络，也称现场网络。
也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。
原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。
目录现场总线简介按照IEC的解释定义主要用于典型的现场总线技术现场总线的特点及优点发展趋势展开现场总线简介按照IEC的解释定义主要用于典型的现场总线技术现场总线的特点及优点发展趋势展开编辑本段现场总线简介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。
编辑本段按照IEC的解释现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
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。
编辑本段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。
编辑本段主要用于制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。
编辑本段典型的现场总线技术2003年4月，IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准，规定10种类型的现场总线。
Type 1 TS61158现场总线Type 2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线Type 3 Profibus现场总线CC-LinkType 4 P-NET现场总线Type 5 FF HSE现场总线Type 6 SwiftNet现场总线Type 7 World FIP现场总线Type 8 Interbus现场总线Type 9 FF H1现场总线Type 10 PROFInet现场总线国内工业总线EPA，G-link,Symotion与NCUC-BUSSymotion是一种用于运动控制的实时工业总线，基于10/100M以太网物理层，应用层使用canopen及精简协议。
工业控制网络(现场总线)
3.3.1 总线经典电平
3.3.1 总线经典电平
3.3.1 总线经典电平
3.3.1 总线经典电平
3.3.2 LLC子层和MAC子层
LLC子层旳主要功能： 接受过滤是指LLC子层经过对报文整个标识符 或部分标识符旳屏蔽/筛选来决定是否接受报文； 超载告知是指在发生超载条件时，LLC子层发 送超载帧以示通告，从而延迟下一种数据帧或远 程帧； 恢复管理是指在发送期间，对于丢失仲裁旳或 已损旳报文，LLC子层具有自动重发旳功能。
3.2.2.1 CAN节点旳分层构造
3.2.2.2 帧格式和帧类型
1．数据帧 数据帧由7个不同旳位场构成：帧起始、
仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答 场、帧结束
3.2.2.2 帧格式和帧类型
3.2.2.2 帧格式和帧类型
3.2.2.2 帧格式和帧类型
2．远程帧 3．错误帧 4．超载帧 5．帧间空间
3.2.1.4 错误类型和界定
➢填充错误(Stuff Error) 在应使用位填充措施进行编码旳报文中，
出现了第6个连续相同旳位电平时，将检出一 种填充错误。
3.2.1.4 错误类型和界定
➢CRC错误(CRC Error) CRC序列是由发送器完毕旳CRC计算成果
构成旳。接受器以与发送器相同旳措施计算 CRC。假如计算成果与接受到旳CRC序列不 相同，则检出一种CRC错误。
变沿（和在低位速率旳情况下，选择旳“显性”至“隐 性”旳跳变沿）都将被用于重同步。
3.2.1.6 CAN振荡器容差旳提升
为使振荡器容差最大值由目前旳0.5%提升到 1.5%，并与目前CAN指标向前兼容，CAN2.0进 行了下列修正：
1.若一种CAN节点在间歇场旳第3位采样到一种 显性位，则它将此位了解为帧起始位；
现场总线与工业以太网总线知识概述
现场总线与工业以太网总线知识概述1. 简介现场总线和工业以太网总线是现代工业自动化中常用的通信协议，用于实现工业设备之间的数据交换和联网。
本文将对现场总线和工业以太网总线的基本概念、特点、应用、优缺点等进行概述。
2. 现场总线概述2.1 定义现场总线是一种用于工业现场设备之间数据交换和通信的网络协议，它通过将控制和信号传输集成到一根通信线上，实现设备的多对多通信。
2.2 特点•高可靠性：现场总线具有高抗干扰性和冗余技术，能够保证数据的可靠传输。
•简化布线：现场总线使用单根通信线连接多个设备，减少布线工作量。
•实时性强：现场总线能够实现实时数据交换和控制，满足工业自动化的要求。
•易于扩展：现场总线支持设备的插拔，方便系统的扩展和维护。
2.3 应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，用于实现工业控制系统中各个设备之间的通信和数据交换。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、Modbus等。
3. 工业以太网总线概述3.1 定义工业以太网总线是基于以太网技术的通信协议，用于实现工业现场设备之间的高速数据交换和通信。
3.2 特点•高带宽：工业以太网总线支持高速数据传输，满足对数据通信速度要求较高的应用场景。
•灵活可靠：工业以太网总线支持灵活的拓扑结构和冗余技术，能够满足复杂工业环境中的通信需求。
•开放性强：工业以太网总线基于标准以太网协议，具备良好的兼容性和互操作性。
•易于集成：工业以太网总线可以与现有的以太网设备和IT系统进行无缝集成。
3.3 应用工业以太网总线在工业自动化领域得到广泛应用，特别是在大规模工业控制系统中。
常见的工业以太网总线协议有Ethernet/IP、Profinet、EtherCAT等。
4. 现场总线与工业以太网总线的比较4.1 网络结构现场总线采用集线器或总线控制器连接多个设备，形成总线型拓扑结构；而工业以太网总线通常采用交换机连接设备，形成星型或树型拓扑结构。
4.2 通信速度工业以太网总线的通信速度较快，可达到千兆位级别，适用于对通信速度要求较高的场景；而现场总线的通信速度较慢，一般在10M或100M的范围内。
现场总线的概念
现场总线的概念
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，它用于在现场设备（如传感器、执行器、变送器等）和控制系统（如PLC、DCS、FCS等）之间进行数字通信。
现场总线是一种开放式、数字化、双向通信系统，它允许不同的设备之间进行实时通信和数据交换。
这些设备通常位于工厂的现场，用于监测和控制生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
现场总线的特点包括：
1.开放式：现场总线是一种开放式通信协议，允许不同的设备之
间进行通信，不受厂商和技术的限制。
2.数字化：现场总线采用数字信号进行通信，相比传统的模拟信
号具有更高的精度和稳定性。
3.双向通信：现场总线支持双向通信，即设备之间可以进行数据
交换和相互控制。
4.实时性：现场总线具有较高的实时性，能够满足工业自动化领
域的实时监测和控制要求。
5.可靠性：现场总线具有较强的抗干扰能力，能够在恶劣的工作
环境下稳定运行。
常见的现场总线协议包括Modbus、Profinet、CAN总线、HART等。
这些协议各有特点，适用于不同的应用场景。
在选择现场总线时，需要根据实际需求和应用场景进行综合考虑。
现场总线实验报告
一、实验目的1. 理解现场总线的基本概念和原理。
2. 掌握现场总线的硬件连接和软件配置方法。
3. 学习使用现场总线进行数据传输和设备控制。
4. 分析现场总线在实际应用中的优缺点。
二、实验原理现场总线（Field Bus）是一种用于工业自动化领域的通信网络，主要用于连接现场设备和控制系统。
它具有以下特点：1. 串行通信：现场总线采用串行通信方式，可以实现多节点之间的数据传输。
2. 多点通信：现场总线支持多点通信，可以实现多个设备之间的数据交换。
3. 抗干扰能力强：现场总线具有较好的抗干扰能力，可以在恶劣的工业环境中稳定运行。
本实验采用CAN总线（Controller Area Network）作为现场总线的通信协议，其基本原理如下：1. CAN总线采用双绞线作为传输介质，具有较高的抗干扰能力。
2. CAN总线采用多主从通信方式，任何一个节点都可以主动发送数据。
3. CAN总线采用帧结构进行数据传输，包括标识符、数据、校验和等字段。
三、实验内容1. 硬件连接（1）连接CAN总线模块和单片机开发板。
（2）连接电源线和地线。
（3）连接杜邦线，将CAN模块的TXD、RXD、GND等引脚与单片机开发板的相应引脚连接。
2. 软件配置（1）编写单片机程序，初始化CAN控制器，配置波特率、消息ID、接收滤波器等参数。
（2）编写数据发送和接收程序，实现节点之间的数据传输。
3. 实验步骤（1）启动单片机程序，初始化CAN控制器。
（2）发送数据：在主节点上编写发送程序，发送一个数据帧。
（3）接收数据：在从节点上编写接收程序，接收主节点发送的数据帧。
（4）分析接收到的数据，验证数据传输的正确性。
四、实验结果与分析1. 数据传输成功通过实验，成功实现了主从节点之间的数据传输。
发送的数据帧被从节点正确接收，验证了现场总线通信的正确性。
2. 波特率设置实验中，根据实际需求设置了不同的波特率。
结果表明，在不同波特率下，数据传输仍然稳定可靠。
水电厂计算机监控系统第6章：工控通信与现场总线概述
CPU
I/O, AD/DA etc. Modules
良工
P&V 1
水电厂计算机监控系统
良工
P&V 2
良工
P&V 3
良工
P&V 4
良工
P&V 5
一、工控网络技术概述
3、发展趋势 （1） 以工业PC为基础的工控自动化已成为主流
❖工业控制自动化的三个层次：
基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心是基 础自动化和过程自动化。
❖ 智能控制系统的研究范围
模糊逻辑控制、专家控制、神经网络控制、混沌控制、学习 控制系统等
水电厂计算机监控系统
二、 现场总线控制系统体系结构的特点
1、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。也有将 现场总线定义为应用在生产现场，在智能测控设备之间 实现双向串行多节点数字通信的系统。也称为开放式、 数字化、多点通信的低成本底层控制系统。
❖ 由德国 Bosch 开发,起初专为汽车工业设计； ❖ 遵循ISO/OSI模型,采用了物理层和数据链路层,应 用层协议允许用户自行开发； ❖ 采用短帧结构,最可靠； ❖ 可采用双绞线、同轴电缆、光缆等传输介质； ❖ 通讯速率最高1Mb/s,最远通讯距离可达10km； ❖ 成为ISO国际标准； ❖ 芯片由摩托罗拉,Intel等公司生产,价格低廉,用量 最大；
集散控制系统：也称为分布式控制系统或分散式控制系统（DCS），它采 用了标准化、模块化和系列化的设计，由过程控制级、控制管理级和生产 管理级组成，以通信网络为纽带，对数据进行集中显示，而操作管理和控 制相对分散，是一种配置灵活、组态方便、具有高可靠性的控制系统。
分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调
现场总线与工业以太网工业数据通信和控制网络
现场总线采用总线拓扑结构，而工业以太网可以使用多种拓扑结构，如星型、环形和树 形。
3 可靠性和实时性
现场总线具有较高的可靠性和实时性，而工业以太网在可靠性和实时性方面存在挑战， 但有不断改进的解决方案。
现场总线与工业以太网的互联方式
1
网关转换
通过网关转换，可实现现场总线和工业以太网之间的互连，实现数据的交换和通 信。
总结
现场总线与工业以太网是工业数据通信和控制领域的重要网络技术。通过了解它们的介绍、应用领域、比较和 互联方式，可以更好地应用于实际项目中。
现场总线与工业以太网工 业数据通信和控制网络
现场总线与工业以太网是用于工业数据通信和控制的两种关键总线介绍
定义与特点
现场总线是一种用于现场设备之间通信的串行通信系统，具有简单、可靠和低成本的特点。
应用领域
在工业自动化、智能交通系统和智能建筑等领域广泛应用，实现设备之间的数据交换和控制。
工业以太网介绍
定义与特点
工业以太网是一种基于以太网技术的工业网络，具 有高速、大带宽和可靠性强的特点。
应用领域
在工业自动化、远程监控与控制以及物联网等领域 广泛应用，实现高效的数据传输和通信。
现场总线与工业以太网的比较
1 传输速度和带宽
现场总线通常较慢，适合小规模系统，而工业以太网速度更快，适用于大规模系统和高 带宽需求。
工业控制网络现场总线
现场总线的作用
现场总线是自动化领域技术发展的热点之 一，将对传统的工业自动化带来革命，从 而开创工业自动化的新纪元。 现场总线控制系统必将逐步取代传统的独 立控制系统、集中采集控制系统和集散控 制系统DCS（Distributed Control System）， 成为本世纪自动控制系统的主流。
哈工大网络与电气智能化研究所
1.1 现场总线的概念
第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工业控制系统中 的 现 场 总 线 标 准 —— 第 2 部 分 ： 物 理 层 规 范 （ Physical Layer Specification ） 与 服 务 定 义 （Server definition）又进一步指出：
哈工大网络与电气智能化研究所
1.3.1 现场总线的技术特点
数字通信网络 ——特点2
现场底层的变送器／传感器、执行器、控制器之间的信号传
输均用数字信号；
中／上层的控制器、监控／监视计算机等设备之间的数据传
送均用数字信号； 各层设备之间的信息交换均用数字信号。
传统的DCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪
哈工大网络与电气智能化研究所
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括：
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平 台软件。当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即 为控制器编程软件，如RSLogix500（用于SLC500系 列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形图逻 辑 编 程 软 件 ） 、 RSLogix5000 （ 用 于 Logix 平 台 所 包 括的各种控制器（如Control LogixTM）的编程软 件）。
连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称 为总线装置、节点（主节点、从节点）、站 点（主站、从站）。
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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
ISP(InterOperableSystemProject)在,1994年合并而成。
-FF总线由低速FF_H1和高速FF_HSE组成。
高速H2总线发展计划已取消。
⑴FF_H1:以OSI参考模型为基础的四层结构模型，采用令牌总线介质访问技术，用于工业产生现场设备连接。
(2)FF_HSE:则采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六层结构,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。
二、基金会现场总线的通信模型1.采用简化的ISO/OSI三层结构，即：物理层(PHL)、数据链路层(DLL)、应用层(APL);2.与参考模型的不同点：制定了通行标准、对用户应用进行了独有规范一一加用户应用层(用户层),用于实现各厂商设备的独有特性，提高各设备间的相互操作性；3.应用层设有两个子层――总线访问子层(FAS)、总线报文规范子层(FMS)
物理层的功能 1.实现现场设备与物理总线的连接；2.为现场设备与传输媒体的连接提供机械电气接口；3.为现场设备对总线的收、法提供和平规范的物理信号(曼彻斯特波形);4.应考虑电气隔离、信号滤波、设备供电等；5.一般使用双绞线、标明+、-表明接触上的极性；
H1网络设备-典型的接线盒将分支连接至主干线1个接线盒支持2/4/8/10和12台设备短路保护带故障指示可选，内置/可拨码终端器可插拔的分支接线接口全球危险区域认证密封式结构可以抵御环
境影响内置T型连接结构。