02常用现场总线的应用
现场总线技术的设计应用实例
现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。
本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。
ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。
在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。
每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。
通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。
在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。
这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。
CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。
在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。
通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。
在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。
航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。
CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。
ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。
现场总线技术及其应用
增强可维护性
现场总线设备具有自诊断和远程诊断功能， 方便维护和故障排除。
优化系统性能
现场总线技术可以实现分布式控制，优化了 系统性能，提高了生产效率。
02
现场总线技术分类与特点
分类方式及标准
按照国际标准分类
分为基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN总线等。
在能源与电力领域，现场总线技术将助力实现能源的高效 利用和电力的稳定传输，提高能源利用效率。
医疗与健康领域
现场总线技术也可在医疗与健康领域发挥重要作用，如实 现医疗设备的远程监控和维护，提高医疗效率和服务质量 。
技术创新与突破建议
加强基础研究
加大对现场总线技术的基础研究 力度，推动理论创新和技术突破
PROFIBUS总线
是一种广泛应用于工业自动化领域的 现场总线技术。它支持多种传输速率 和传输距离，并具有高可靠性和实时 性。
不同现场总线技术的比较
传输速率
不同现场总线技术的传输速率 不同，需要根据实际应用需求
选择合适的传输速率。
传输距离
不同现场总线技术的传输距离 也不同，需要根据实际应用需 求选择合适的传输距离。
无线化与智能化
无线现场总线技术将逐渐普及，实现设备间无线通信，降低布线成本，提高系统灵活性。 同时，智能化现场总线技术将进一步提高设备的自适应性、自诊断能力和远程监控能力。
标准化与互操作性
现场总线技术将更加注重标准化和互操作性，以实现不同厂商设备之间的无缝集成，降低 系统维护和升级成本。
面临的挑战与问题分析
定义：现场总线是一种用于工业 自动化领域，在现场设备之间实 现通信和控制，以及与上级控制 系统进行信息交互的通信技术。
现场总线技术与应用
现场总线技术与应用现场总线技术与应用现场总线是应用生产现场、在微机化测控设备之间实现双向数字通信系统，是开放式、数字化、多点通信的低层控制网络。
现场总线是在20世纪年代中期发展起来的。
现场总线技术是将专用的微处理器植入传统的测控仪表，使其具备了数字计算和通信能力，采用连接简单的双绞线、同轴电缆、光纤等作为总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测控仪表之间、远程监控计算机之间实现数据共享，形成适应现场实际需要的控制系统。
它的出现改变了以往采用电流、电压模拟信号进行测控信号变化慢，信号传输抗干扰能力差的缺点，也改变了集中式控制可能造成的全线瘫痪的局面。
由于微处理器的使用，使得现场总线有了较高的测控能力，提高了信号的测控和传输精度，同时丰富了控制信息内容，为远程传送创造了条件。
现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，一出现便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普通遍关注。
现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统--现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。
一、现场总线的特点现场总线系统打破了传统模拟控制系统采用的一对一的设备连线模式，而采用了总线通信方式，因而控制功能可不依赖控制室计算机直接在现场完成，实现了系统的分散控制，现场总线控制系统与传统的控制系统结构对经如图1所示。
1、增强了现场级的信息采集能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够很好地满足工厂自动化乃至CIMS系统的信息集成要求。
现场总线是数字化的通信网络，它不单纯取代4~20mA 信号，还可实现设备状态、故障和参数信息传送。
系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。
2、开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一种总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。
系统为开放式，允许其他厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺方法、配方等集成到通用控制系统中，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控制系统。
现场总线技术的应用分析
现场总线技术的应用分析在设备使用现场和设备控制之间有一个非常重要的连接就是现场总线。
现场总线技术的好坏直接影响设备的电气控制。
因此在设备的使用现场一定要采取适当的现场总线技术来应对现场的设备电气控制。
文章主要针对现场总线技术的具体应用来进行详细的阐述和分析，希望通过文章的阐述和分析能够为我国的设备电气控制方面的发展和创新贡献自己的力量。
标签：现场；总线；技术应用在设备的使用场地现场总线通常也被叫做开放式数字化方式的多点通信控制网络。
现场总线主要是作为一种串联通信系统存在的。
现场的设备控制和中控微机之间的双向连接和控制就是现场总线技术的主要应用。
现场总线在现场的应用过程中具有四个特色的通信系统。
分别是全数字化的通信系统；双向控制通信系统；多变量控制系统和多点多站。
现场的总线技术主要有五个作用。
第一个作用是现场总线技术的应用能够实现现场的通信网络的畅通；第二个作用是现场总线技术的应用能够实现现场设备之间的控制互连；第三个作用是现场总线技术的应用能够实现设备的控制相互互换操作性能；第四个作用是现场总线技术的应用能够有效的实现设备的分散模块处理；第五个作用是现场的总线技术的应用能够有效的实现设备控制方面的开放互连。
现场总线在现场的应用过程中有很多的优点，下面举例说明。
现场总线技术完全实现了现场的全部数字化通信应用；现场总线技术在应用的过程中已经完全实现了现场控制部件的全部互换；现场总线技术在设备的控制过程中能够进行分散式的控制。
现场总线在控制过程中能够一次传送多个变量信号，并且保障变量信号的保真。
在现场总线应用过程中，由于采用了最先进的设备仪表，使用了多变量的信号传送器，这样能够有效的保障测试精准度，提升控制系统的自治能力。
1 现场总线产品类型在上世纪八十年代中期，现场总线在世界范围内有了非常大的发展，欧洲的很多国家都相继推出了属于自己的现场总线产品，同时还不断推出了行业标准，但是行业标准长时间内没有一个统一的标准。
现场总线的通信原理与应用
现场总线的通信原理与应用1. 现场总线概述现场总线（Fieldbus）是工业自动化中常用的一种通信网络技术，它用于实现各种设备之间的通信与控制。
现场总线可以连接传感器、执行器、控制器等设备，将它们连接起来构成一个整个系统，并提供数据传输和控制命令的功能。
2. 现场总线的通信原理现场总线的通信原理是基于分布式控制系统（DCS）的概念，它采用集中式控制与分散式执行的方式来实现设备的通信和控制。
具体的通信原理如下：2.1 主从通信方式现场总线采用主从通信方式，其中总线主设备负责发送命令和接收数据，而从设备负责接收命令和发送数据。
这种方式使得总线能够灵活地控制设备，实现实时监测和控制。
2.2 数据传输方式现场总线的数据传输方式分为循环传输和报告传输两种。
循环传输是主设备周期性地向从设备发送数据，而报告传输是从设备在需要时向主设备发送数据。
2.3 数据帧格式现场总线的数据帧格式由头部、数据区和尾部组成。
头部包含地址信息和命令信息，数据区是实际的数据内容，尾部用于校验数据的完整性。
3. 现场总线的应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，主要用于以下方面：3.1 数据采集与监测现场总线可以连接传感器，实时采集各种数据并传输到控制中心。
控制中心可以对数据进行监测和分析，从而实现对工艺过程的全面控制和调节。
3.2 控制与执行现场总线可以连接执行器，实现对设备的远程控制。
通过总线可以发送控制命令，实现对设备的启动、停止和调节等操作。
3.3 故障诊断与维护现场总线可以实时监测设备的运行状态，并将故障信息传输到控制中心。
控制中心可以通过总线对设备进行诊断和维护，提高故障的及时修复。
3.4 系统集成与扩展现场总线可以连接不同类型和厂家的设备，实现系统的集成和扩展。
通过总线可以将不同设备连接起来，构成一个完整的工业自动化系统。
4. 总结现场总线作为一种常用的工业自动化通信网络技术，具有灵活、可靠性高的特点。
它通过主从通信方式、循环传输和报告传输的数据传输方式，实现了设备之间的实时通信和控制。
现场总线的分类及其应用领域
现场总线的分类及其应用领域《现场总线的分类及其应用领域》现场总线是一种用于自动化控制系统的通信网络，它为设备和工控系统提供了高效的数据传输和通信能力。
现场总线的分类可以根据其传输介质、协议和拓扑结构来进行划分。
不同类型的现场总线适用于不同的应用领域，从工业自动化到建筑物管理系统，都可以找到现场总线的身影。
根据传输介质的不同，现场总线可以分为有线总线和无线总线。
有线总线是最常见的类型，它使用电缆作为传输媒介，具有较高的可靠性和稳定性。
有线总线通常用于工业控制系统，例如Modbus、Profibus和CAN总线等。
无线总线则通过无线信号进行数据传输，无需铺设电缆，便于布线和扩展。
无线总线通常应用于楼宇自动化系统和智能家居领域，例如Zigbee、Z-Wave和KNX等。
根据协议的不同，现场总线可以分为多种类型。
其中，Modbus是一种开放的串行通信协议，广泛应用于工业自动化领域。
Profibus则是采用主从结构的总线系统，适用于工业过程控制和制造业。
CAN总线主要用于较小规模的分散系统，如汽车电子系统和嵌入式系统。
另外，Ethernet/IP和PROFINET是基于以太网的现场总线协议，将工控系统与企业级网络进行无缝集成，用于大型工业控制系统。
根据拓扑结构的不同，现场总线可以分为总线型和星形型。
总线型拓扑结构将所有设备连接到一根通信电缆上，数据在各个设备之间通过总线传输。
总线型拓扑适用于小型系统和简单控制任务，如Zigbee和Modbus。
星形型拓扑结构将设备连接到中心节点，各个设备之间通过中心节点进行数据交换。
星形型拓扑适用于大型系统和复杂控制任务，如Profibus和Ethernet/IP。
现场总线在工业自动化、建筑物管理和智能家居等领域都有广泛应用。
在工业控制系统中，现场总线可以实现设备之间的数据交换和通信，提高生产效率和降低成本。
在建筑物管理系统中，现场总线可以连接楼宇设备，实现对照明、空调、安防等系统的集中控制和管理。
现场总线技术及其应用
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化
总结词
现场总线技术在工业自动化领域的应用非常广泛，它 简化了工业控制系统的结构，提高了控制精度和可靠 性，降低了设备和系统的维护成本。
详细描述
现场总线技术最初是为了满足工业生产现场的需求而 发展起来的。在工业自动化领域，现场总线技术被广 泛应用于各种生产设备之间的通信和控制系统，如数 控机床、机器人、温度控制器等。通过现场总线技术 ，这些设备可以相互连接并进行数据交换，从而实现 更加精确和可靠的生产控制。此外，现场总线技术还 可以用于工业生产现场的远程监控和管理，使得管理 人员可以随时了解生产现场的情况，及时发现并解决 问题。
现场总线技术及其应用
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目录
• 现场总线技术概述 • 现场总线技术的体系结构 • 现场总线技术的通信协议 • 现场总线技术的应用领域 • 现场总线技术的展望与发展趋势 • 现场总线技术应用案例分析
01
现场总线技术概述
定义和特点
定义
现场总线是一种用于工业自动化领域的数据通信协议，它允许设备之间进行数字通信，以实现设备间 的数据交换和控制操作。
01
现场总线技术的体系结构
物理层
物理层的定义
物理层是现场总线技术的最底层 ，负责在通信设备之间传输原始 比特流，涉及机械、电气、定时
和同步等方面。
物理层的特性
物理层具有规范化的物理设备接 口，如电缆、连接器、终端电阻 等，并规定了通信设备的电气特
性，如电压、电流等。
物理层的关键技术
物理层的关键技术包括信号编码 、同步和传输技术等，以保证信
网络安全问题
随着现场总线技术的广泛应用，网络安全问题也变得越来 越重要。需要采取有效的措施来确保数据的安全性和可靠 性。
现场总线技术及其应用
案例三：城市交通信号控制系统应用
总结词
利用现场总线技术实现城市交通信号的智能控制，提高 交通流畅度和安全性。
详细描述
在城市交通管理中，采用现场总线技术构建交通信号控 制系统，实现各个路口信号灯的实时通信和控制。通过 实时数据采集和智能算法，优化信号灯的配时方案，提 高交通流畅度和安全性，缓解城市交通拥堵问题。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
智能交通系统
智能交通系统是现场总线技术的重要应用方 向之一。通过现场总线，可以实现交通信号 灯、监控摄像头等交通设施的集中控制和数 据传输，提高交通效率和安全性。
在智能交通系统领域，常见的现场总线技术 包括FlexRay、TTCAN等。
医疗设备
医疗设备是现场总线技术的重要应用 领域之一。通过现场总线，可以实现 医疗设备的集中控制和数据传输，提 高医疗设备的可靠性和安全性。
02
现场总线技术种类
PROFIBUS
德国标准总线
PROFIBUS是一种用于工业自动化的现场总线标准，由德国标准委员会制定。它 支持多种通信协议，广泛应用于制造业、过程控制和楼宇自动化等领域。
CAN总线
控制器局域网
CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的现场总线标准。它支持分布式实时控制，具有高可靠性和灵活性，广泛应用于 汽车电子、智能交通和工业自动化等领域。
现场总线的原理与应用
现场总线的原理与应用1. 引言现场总线（Fieldbus）是指用于工业自动化领域的数字通信总线技术，广泛应用于工厂自动化控制系统中。
现场总线连接了各种感应器、执行器和控制设备，实现数据传输、实时控制和监测功能。
本文将介绍现场总线的原理和应用。
2. 现场总线的原理现场总线通过将数据进行数字化和通信，实现了系统的联网和集成化。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 数据传输方式现场总线采用异步传输方式进行数据的传输，每个节点都具有唯一的地址。
数据传输可以是双向的，节点可以发送和接收数据。
现场总线支持点对点或多点通信方式，节点之间可以直接进行数据交互。
2.2 数据传输协议现场总线使用特定的数据传输协议，确保数据的可靠传输和完整性。
常见的现场总线协议包括Profibus、Foundation Fieldbus、Modbus等。
这些协议定义了数据的格式、传输速率、校验等参数。
2.3 总线拓扑结构现场总线可以采用不同的拓扑结构，常见的有星型、环型、总线型等。
选择合适的拓扑结构可以根据系统需求和通信距离来确定。
拓扑结构的选择影响了总线的可靠性和性能。
3. 现场总线的应用现场总线在工业自动化领域有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：3.1 工厂自动化控制系统现场总线可以应用于工厂自动化控制系统中，连接和控制各种设备，如传感器、执行器、PLC等。
通过现场总线，可以实现实时数据的采集、设备的控制和监测，提高工厂的自动化程度和生产效率。
3.2 智能建筑系统现场总线可以用于智能建筑系统中，连接和控制照明、空调、安防等设备。
通过现场总线，可以实现对设备的集中控制和监测，提高建筑的能耗管理和智能化水平。
3.3 交通信号控制系统现场总线可以用于交通信号控制系统中，连接和控制交通信号灯、指示器等设备。
通过现场总线，可以实现实时的信号控制和交通流量的监测，提高交通效率和安全性。
3.4 水处理控制系统现场总线可以应用于水处理控制系统中，连接和控制水泵、阀门等设备。
现场总线在国内电厂的应用
现场总线在国内电厂的应用一、现场总线技术概述现场总线是指在现场设备之间进行数据交换和控制的技术，它可以实现现场设备智能化、网络化和集成化。
现场总线技术通过集线器、数据采集模块、PLC（可编程逻辑控制器）等设备的连接，实现设备之间的数据传输和通信。
现场总线技术的主要特点包括通信速度快、通信效率高、设备连接简单、数据安全可靠等。
在电厂中，现场总线技术被广泛应用在各种设备和系统中，如发电机组、变压器、开关设备、输电线路等。
通过现场总线技术，电厂可以实现对设备的实时监测、远程控制、故障诊断以及数据采集和处理等功能，为电厂的安全稳定运行提供了有力的支持。
二、现场总线在电厂中的应用1. 发电机组控制在电厂中，现场总线技术被广泛应用于发电机组的控制系统中。
通过现场总线技术，电厂可以实现对发电机组的实时监测和远程控制，包括电流、电压、功率因数、转速等参数的监测和调节。
通过现场总线技术，电厂可以实现对发电机组的智能管理和优化控制，提高发电效率和降低能耗。
2. 输电线路监测3. 变压器监控现场总线技术可以应用于电厂的变压器监控系统中，实现对变压器的实时监测和故障诊断。
通过现场总线技术，电厂可以实时获取变压器的温度、湿度、油位、绝缘电阻等参数，并对变压器的运行状态进行监测和评估。
一旦发现变压器出现故障，电厂可以通过现场总线技术进行远程控制和故障处理，保障变压器的安全运行。
4. 电厂自动化控制系统5. 数据采集与处理1. 提高设备智能化水平现场总线技术可以实现对电厂设备的远程监测和智能控制，提高了设备的智能化水平。
通过现场总线技术，电厂可以实时获取设备的运行状态和参数，对设备进行远程控制和调节，提高了设备的自动化管理能力。
2. 提升生产效率3. 降低能耗4. 提高运行安全性随着信息技术的不断发展和进步，现场总线技术将会在电厂中得到更广泛的应用和推广。
未来，现场总线技术将进一步发展和完善，包括通信速度提高、通信协议统一、设备接口标准化等方面的技术改进。
现场总线控制系统应用实例
现场总线控制系统应用实例一、引言现场总线控制系统是一种基于计算机网络技术的自动化控制系统，它通过将各种现场设备与控制系统连接起来，实现数据传输和控制指令的交互。
它广泛应用于工业生产、楼宇自动化、交通运输等领域，提高了生产效率和自动化程度。
本文将以几个实际应用案例为例，介绍现场总线控制系统在不同领域的应用情况。
二、工业生产领域1. 汽车制造工厂汽车制造工厂是一个典型的工业生产场景，其中各种机械设备、传感器和执行器需要进行数据交互和控制。
现场总线控制系统在汽车制造工厂中的应用可以实现设备的远程监控和控制，提高生产线的自动化程度和生产效率。
例如，通过现场总线系统可以实时监测机械设备的运行状态和温度，及时采取措施防止故障发生。
同时，通过控制指令可以远程控制设备的启停和调整参数，提高生产线的灵活性和适应性。
2. 石油化工厂石油化工厂是一个复杂的工业生产场景，涉及到各种化工设备、管道和控制系统。
现场总线控制系统在石油化工厂中的应用可以实现设备的集中监控和控制，提高生产过程的安全性和稳定性。
例如，通过现场总线系统可以实时监测管道的压力和流量，及时发现异常情况并采取措施。
同时，通过控制指令可以远程控制设备的开关和调整工艺参数，提高生产效率和产品质量。
三、楼宇自动化领域1. 商业综合体商业综合体是一个集购物、娱乐、办公于一体的大型建筑群，其中涉及到多个子系统的控制和管理。
现场总线控制系统在商业综合体中的应用可以实现各个子系统的集中控制和监测，提高楼宇设施的管理效率和能源利用率。
例如，通过现场总线系统可以实时监测楼宇的温度、湿度和照明情况，根据需求自动调整空调和照明设备的工作状态，节约能源并提供舒适的室内环境。
2. 医院建筑医院是一个复杂的建筑群，涉及到多个科室、楼层和设备的控制和管理。
现场总线控制系统在医院建筑中的应用可以实现科室设备的集中控制和监测，提高医院的运行效率和服务质量。
例如，通过现场总线系统可以实时监测病房的温度和湿度，自动调整空调设备的工作状态，提供舒适的病房环境。
现场总线的应用
现场总线的应用现场总线（Fieldbus）是一种用于实现现场设备集成的通信协议和技术，它利用数字化信号处理和开放式标准的物理和通信层协议，实现工业现场现代化和网络化。
现场总线的应用非常广泛，涉及到许多行业和领域，本文将介绍现场总线的应用。
一、自动化控制自动化控制是工业生产过程中不可或缺的一部分，现场总线可以广泛应用于自动化控制系统中，它将各种传感器，执行器和控制器等设备连接在一起，使得设备之间可以进行数据通信和控制命令的传输。
同时，现场总线还可以提高自动化控制系统的可靠性、灵活性和扩展性，使系统具有更好的实时性和响应速度。
例如，在自动化生产线上，现场总线可以实现对工件加工工艺的实时监测和控制，及时响应生产过程中的异常情况，从而保证产品的质量和产量。
二、工业网络工业网络是现代工业自动化领域必不可少的基础设施，它负责连接各种生产设备和自动化控制系统，在工业控制领域起着至关重要的作用。
现场总线是工业网络通信的一种关键技术，它可以实现连接工业现场设备的互联互通，使得生产过程中的各种设备可以在同一个网络中实现数据传输和命令控制。
同时，现场总线还可以提高工业网络的可靠性、带宽和实时性，为网络中各种设备的数据传输提供了更好的保障。
三、电力系统电力系统是现代工业生产的重要组成部分，它对生产过程的稳定性和可靠性有着重要的影响。
现场总线可以广泛应用于电力系统的监测和控制中，实现对电力设备的实时监控和故障诊断。
例如，在变电站的监测系统中，通过现场总线连接绝缘监测仪、温度监测仪、压力监测仪等设备，可以实现对变电站的实时监测、故障诊断和控制操作。
四、安全防护安全防护是现代工业生产中必不可少的一部分，它可以有效地保护工人、设备和环境的安全。
现场总线可以在安全防护领域中发挥非常重要的作用，例如，在石化、化工、制药等行业中，通过现场总线连接传感器、报警器等设备，可以实现对危险化学品储罐、化学反应釜等设备的实时监测和报警，有效防止产生危险情况。
现场总线技术及其应用
典型控制网络结构：罗克韦尔公司
现场总线的实质
现场总线的协议 制定协议依据：ISO的开发系统互联协议(OSI)。 实际制定的协议：OSI中的某些层 OSI协议：7层协议结构
现场总线系统的组成：
7 6 5 4 3 2 1
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路 层 物理层
应用层
现场设备 形成系统的传输介质
－－控制层现场总线ControlNet
网络目标功 能 网络拓扑 端到端设备和I/O网络 在同一链路上传递I/O，编程和系统组 态信息 总线、星形、树形 网络节点数 99个可编地址 单段最多48个 模型对象设计；设备对象模型，类/ 实例/属性，设备描述
几种典型的现场总线
应用层设计
最大通讯速 率
通讯方式 网络刷新时 间 数据分组大 小 网络最大拓 扑
电源
网络模型
外部供电
生产者/消费者
连接器
物理层介质
标准同轴电缆BNC
RG6同轴电缆；光纤
其他几种典型现场总线
设备层现场总线DeviceNet：
基于CAN技术的开放标准，三层协议结构。罗克韦 尔 非完全开放的标准。德国
ProfiBus协议：
FF总线
由FF组织提出。三层协议结构。国际
端到端的控制系统解决方案。七层协议结构。 Echleon公司
－－控制层现场总线ControlNet
概述：ControlNet是一种面向控制层的实时性现场总线网络，在 同一物理介质上提供时间关键性I/O数据和报文数据：包括程序上、 下载，组态数据，和端到端报文传递。具有高度的确定性和可重 复性。适用于控制关系复杂关联、要求控制信息同步、协调实时 控制、输出数据速率高的应用场合。 7 应用层 对象和对象模型 ControlNet协议规范
现场总线在国内电厂的应用
现场总线在国内电厂的应用一、引言随着科技的发展，现场总线技术在国内电厂中的应用越来越广泛。
这种先进的自动化控制系统，不仅提高了电厂的生产效率和安全性，还节约了大量的人力资源和成本开支。
本文将从现场总线的基本概念和特点开始，介绍现场总线在国内电厂中的应用情况，以及其带来的益处和未来发展趋势。
二、现场总线的基本概念和特点现场总线是一种新型的自动化控制系统，它将传感器、执行器、控制器等设备连接在一个共同的总线上，通过总线进行数据的传输和通信。
与传统的点对点连接方式相比，现场总线具有以下几个特点：1.减少布线成本：传统的自动化控制系统需要大量的点对点连接，而现场总线技术只需要一根总线连接所有的设备，大大减少了布线成本。
2.提高可靠性：现场总线可以通过节点的冗余组建来提高系统的可靠性，一旦某个节点出现故障，系统可以自动切换到备用节点，保证系统的正常运行。
3.提高灵活性：现场总线可以灵活地扩展和调整系统，方便了系统的维护和管理。
4.增强数据传输能力：现场总线支持大量的数据传输和通信，可以满足复杂控制系统的需求。
三、现场总线在国内电厂的应用情况1.控制系统应用：现场总线技术被广泛应用于电厂的自动化控制系统中，实现了对发电机组、锅炉、脱硫装置等设备的集中控制和监测。
通过现场总线，操作人员可以实时了解设备的运行状态，及时进行调整和处理，确保电厂的安全运行。
2.设备连接应用：现场总线技术将电厂中的传感器、执行器、控制器等设备连接在一起，实现了设备之间的数据传输和通信。
通过现场总线，各设备之间可以快速响应和相互协作，提高了电厂设备的整体性能。
3.数据采集应用：现场总线技术可以实现对电厂各设备的数据采集和存储，为电厂的生产管理和分析提供了重要的数据支持。
通过现场总线，电厂可以对设备的运行状态、能耗情况等进行实时监测和分析，为生产决策提供了可靠的依据。
四、现场总线的应用益处现场总线技术在国内电厂中的应用，为电厂的生产管理和安全运行带来了诸多益处：1.提高生产效率：现场总线技术可以实现对电厂设备的集中控制和监测，提高了电厂的生产效率和质量。
现场总线及其应用技术
现场总线及其应用技术一、引言现场总线（Fieldbus）是指在工业自动化控制系统中，用于连接现场设备的一种通信总线技术。
它通过集成控制器和现场设备之间的数据交换，实现工业自动化系统的控制与监测。
本文将介绍现场总线的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些技术。
二、现场总线的基本概念现场总线是一种将传感器、执行器等现场设备与控制器相连的通信系统。
它能够提供双向通信、实时数据传输和分布式控制等功能，极大地简化了工业自动化系统的布线和维护工作。
常见的现场总线包括Profibus、Modbus、CAN等。
三、现场总线的工作原理现场总线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 传感器或执行器将采集到的数据通过现场总线发送给控制器。
2. 控制器接收到数据后，进行处理并发送相应的控制指令给现场设备。
3. 现场设备接收到控制指令后，执行相应的动作，并将执行结果反馈给控制器。
四、现场总线的应用技术1. 实时性技术现场总线要求具有较高的实时性，能够在短时间内完成数据的传输和处理。
为了提高实时性，现场总线采用了一系列技术，如时间触发、通信速率调整和数据压缩等。
2. 安全性技术现场总线在工业自动化系统中承担着重要的控制和监测任务，因此安全性是其应用中的重要考虑因素。
现场总线采用了多种安全技术，如数据加密、身份认证和访问控制等，保障系统的安全运行。
3. 故障诊断技术现场总线能够实时监测现场设备的状态，并提供故障诊断功能。
通过采集设备的运行数据和故障信息，现场总线可以及时判断设备的工作状态，并进行故障定位和排除。
4. 网络管理技术现场总线通常由多个设备组成一个网络，因此需要进行网络管理。
网络管理技术包括网络拓扑结构的设计、数据包的路由和转发、网络性能的监测和调优等，保证网络的稳定和可靠运行。
5. 数据采集与处理技术现场总线能够实时采集大量的数据，并进行处理和分析。
数据采集与处理技术包括数据采样、滤波、数据压缩和数据存储等，为后续的控制和决策提供可靠的数据支持。
现场总线技术的应用
现场总线技术的应用现场总线是应用在生产现场、在微处理器测控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、数字式多点通信的底层网络。
20世纪80年代中期，随着工业电器微处理器技术和网络技术的发展，DCS系统4～20ｍＡ的模拟量传输方式逐渐被数字网络传输方式所取代，现场总线控制系统（Fieldbus C ontrol System，FCS），迅速发展并在自动化领域得到广泛应用。
FCS既是一个开放式通信网络，又是一种全分布式控制系统。
它作为智能设备的联系纽带，把挂在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本的控制、计算、参数设置、报警、显示、监控及系统管理等综合自动化功能。
在FCS中，各种部件用通信网络连接起来，数据传输采用总线方式，系统信号的传输完全数字化。
系统内不存在严格意义上的主控部件，资源共享，各智能化部件可以不依赖计算机而独立运行。
FCS完全淘汰了4～20ｍＡ的模拟量传输方式，减少了大量的现场敷线；FCS 的控制调节过程在现场部件，有效地提高了系统控制的实时性和可靠性，并避免了系统因主机故障而陷入瘫痪。
ISO国际标准化组织在ISO IEC7498标准中的OSI参考模型定义了网络互联的7层框架，详细规定了每一层的功能，以实现开放性系统环境中的互联性、互操作性与应用的可移植性。
考虑到工业生产现场大量的智能化装置零散地分布在一个较大的范围内，而单个节点面向控制的信息量不大，但实时性、快速性要求较高，为减少中间环节，满足实时性要求及降低工业网络的成本，现场总线采用的通信模型大都在OSI参考模型的基础上进行了不同程度的简化。
它采用OSI模型中的3个典型层：物理层、数据链路层和应用层，省去了3～6层，具有结构简单、执行协作简单、成本低等优点，同时满足工业现场应用的性能要求（如图1所示）。
通过一致性与互操作性测试，满足现场总线技术要求的不同制造商的产品即可实现在同一总线上的互联，为用户的系统集成带来极大的好处。
现场总线在生产线上的应用(doc 5页)
现场总线在生产线上的应用(doc 5页)现场总线与自动化1.现场总线的概念现场总线是近10多年来出现的一种基于现场设备之间进行通讯新型总线系统。
是近年来的热点。
实际上就是将智能化现场设备、自动化系统通过“总线”连在一起，实现互操作。
现场总线在智能化现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通讯链接。
它的出现，促进了现场设备的数字化和网络化，并且极大地加强了现场控制的功能。
它使得过程控制系统具有了开放性，并使之成为兼具测量、控制和过程诊断等综合能力的控制系统。
它的出现是技术进步的必然产物，可以给用户带来长期的实惠（详见3.中的介绍）。
2.现场总线的分类及现状现场总线发展到今天，已经拥有各种现场总线类型约40多种，其中有的已经成为企业标准或国家标准，还有3种成为欧洲标准（CENELEC）。
其中有影响的有8种：TYPE1-现有的IEC61158协议，及现场总线基金会（FF）的H1；TYPE2- ControlNet；TYPE3- Prifibus；TYPE4- Interbus；TYPE5- P-Net；TYPE6- WorldFIP；TYPE7- SwiftNet（波音公司新提供）；TYPE8- FF的高速工业Ethernet，即HSE（高速工业以太网）以上诸多类型的现场总线类型中，任何一款的背后都有国际著名的大型公司或利益集团。
这使得现场总线领域的竞说目前新上的生产线控制系统无一没有中央控制机房的存在，无一没有现场总线的参与。
各条需要的或已经改造的生产线也无一不出现现场总线的。
严格地说，我们经常听说的例如西门子公司的L2网、H1网、DP网，A-B公司的DeviceNet 网等都属于现场总线的范畴。
除DP网外，基本上都是通过在PLC之间、PLC与中央控制机房之间建立网络连接，使整个PLC控制的生产线具有开放性，便于各种生产信息的汇集统计和整个生产线的协调工作，减少人为干预对产品质量的影响，对分析故障原因和失控原因提供有力的数据支持，为建立“无人化车间”准备了条件。
什么是现场总线 有什么作用
什么是现场总线有什么作用说起现场总线，这项技术虽不能说是这两年自控领域讨论最广的话题，但也能算得上自控厂商相互角逐争夺市场的一项技术。
实际上自动化厂商心里很清楚，谁掌握了现场总线，谁就掌握了标准，谁掌握了标准，谁就掌握了市场谁就是技术领头羊。
那么现场总线到底是什么？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。
做过PLC 的人都知道，如果现场有100 个I/0 点，我们就需从PLC 柜引超过100 根的电线到现场，如果是1000 个呢？所以有人就想，能不能把这些所有的点用一根电缆都连接起来呢？不错，现场总线就实现了这种功能，它极大地方便了布线。
现场总线主要由物理通讯形式+通讯协议+网络调度机制这三部分组成。
物理通讯形式，其实就是RS485、RS232、RS422、TCP/IP 这几种物理通讯形式。
另外还有无线，但是现在无线技术的通讯稳定性和行业和国家还没有形成一些规范，所以未来几年也不会大量使用无线作为现场总线。
通讯协议，通讯协议对于自控人来说并不陌生，但是很少有人深刻理解和掌握，现场总线的协议，主要是每个现场总线站点需要通讯数据以何种形式通过通讯形式传输。
网络调度机制，大家可能觉得通讯协议和网络调度机制是一回事，其实并不是，这是现场通讯特点，普通总线只是关键通讯数据，而现场总线要支持带有时间标签和优先级，也就是这个调度机制主要是保证通讯数据的实时性和及时性。
现场总线等同于生活中交通系统，通讯形式=交通上水陆空；通讯协议=交通上的交通规则；网络调度=交通上交警指挥系统。
生活中人们不论何种方式出行，都不会离开水陆空。
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5、DeviceNet接口和软硬件产品
（1）设备网接口 通过插入计算机扩展槽上的设备网接口板卡，用户 可以将台式、笔记本式或工业计算机作为设备网上高 性能的主控/监视平台 （2）硬件设备 硬件设备包括组网元件和适用的网络设备。组网元 件包括设备网线缆、连接端头、设备分接盒、电源分 接器等，这些可以归为较通用的产品；而适用于不同 控制和I/O设备的设备网网络适配器、扫描器和转换 接口，则由厂商根据具体的产品，遵循设备网协议规 范开发完成。 （3）工具软件 由开发商所提供的界面友好的设备网配置和管理工 具软件可以令这方面的工作变得简单而高效。
一致性测试的目的是检测实现DeviceNet协议的实体 或系统与DeviceNet协议规范的符合程度。 根据国际标准化组织制定的协议标准分为3个部分: 第一部分是抽象测试集；第二部分是协议实施的 一致性说明，用来说明实施的要求、能力及可选择实 施的情况；第三部分是用于测试的协议实施附加信息。 目前在美国、欧洲和日本都有DeviceNet的一致性测 试中心。
(5) DeviceNetr的报文传送
设备网定义了I/O报文和显式报文。 I/O报文适用于实时性要求较高和面向控制的数据。I/O报 文通常使用优先级高的连接标识符，通过一点或多点连接 进行信息交换
显式报文则适用于两个设备间多用途的点对点报文传递， 是典型的请求一响应通信方式，常用于节点的配置、问题 诊断等。显式报文通常使用优先级低的连接标识符。
ControlNet的优点
① 同一链路上满足I/O数据、实时互锁、端到端报文 传输和编程/组态信息等应用的多样的通信要求； ② 确定性的、可重复的控制网络，适合离散控制和过 程控制； ③ 同一链路上允许多个控制器同时共存； ④ 输入数据和端到端信息的多路发送支持； ⑤ 可选的介质冗余和本征安全； ⑥ 安装和维护的简单性； ⑦ 网络上节点居于对等地位，可以从任意节点实现网 络存取； ⑧ 灵活的拓朴结构（总线形、树形、星形等）和介质 选择（同轴电缆、光纤和其它）。
（5）设备描述
通过定义每一类型设备的核心标准，可以实现不 同厂商相似设备间互操作性和互换性。
（6）生产者/消费者通信模式
传统的网络通信模型是源/目的型或者称点到点的 通信方式，在传送的报文中都包含了明确的源和地址 信息，但是在源/目的的网络模式上，当同一数据源上 的数据向网络上其它多个节点发送数据时，必须经过 多次才能实现，这就大大增加了网络的负担，降低了 通信的效率。
在总线空闲时每个节点都可以尝试发送，但如果多于 两个的节点开始发放，发送权的竞争需要通过标识符位仲 裁来解决 ,网络上每个节点拥有一个唯一的标识符，这个 标识符的值决定了总线冲突仲裁时优先级的大小
（3）DeviceNet中连接的概念
DeviceNet为在设备之间建立逻辑连接，实现空闲超时释 放连接和将长信息分组传送采用了面向对象的框架结构。
（3）网络与传输层
ControlNet是基于连接（Connection）的网络，网 络与传输层的角色就是建立和维护连接
（4）数据管理
定义了数据类型规范的文法、数据类型取值范围 以及不同数据类型适用的操作。
（4）对象模型
对象的建模代表了网络设备的可见的一些行为， 协议的内容包括：对象建模和术语、对象编址、对象 模型、对象规范格式和规则、对象规范扩展方法、新 对象创建规范等内容。
设备网是基于连接的网络，网络上的任意两个节点在开始 通信之前，必须事先建立连接。在DeviceNet中，每一个 连接由一个11位的被称为信息标识符或连接符的字符串来 识别，该11位的连接标识符包括了设备媒体访问控制标识 符（MAC ID）和信息标识符（Message ID）
（4）生产/消费者模型
第六章 常用现场总线的应用
学 习 目 标
➢知识点：
●了解 Can现场总线的基本应用 ●了解INTERBUS现场总线的应用
●掌握Controlnet、 Devicenet 和PROFIBUS三种
现场总线的应用
控制层现场总线ControlNet
ControlNet是开放的现场总线 截止1999年底在全世界范围内已经拥有近70家成员单位， 由独立性国际组织控制网（ControlNet International）负 责管理 ControlNet International旨在维护和发行ControlNet技术规 范，管理成员单位的共同的市场推广工作；同时提供各 个厂商产品的一致性和互操作性测试服务，保证 ControlNet的开放性。
6、DeviceNet预定义主从连接组的定义及应用范围
⑤仅限组2服务器：指无UCMM功能，必须通过预定 义主从连接组建立通信的从站（服务器），它们至少 支持预定义主从显式信息连接。仅限组2服务器只能 发送和接收预定义主从连接组所定义的标识符 ⑥仅限组2客户机：指控制仅限组2服务器的组2客户机， 仅限组2客户机替它所控制的仅限组2服务器提供对外 的UCMM服务。 ⑦DeviceNet主站：主从应用中的一种节点类型。 DeviceNet主站是集中管理网络I/O数据的设备。主站 以它的扫描序列为基础扫描它的从站。在网络中，主 站一般指组2客户机或仅限组2客户机 ⑧DeviceNet从站：也是主从应用中的一种节点类型。 从站在收到主站的扫描信息后返回I/O数据，从站一 般是指组2服务器或仅限组2服务器。
ControlNet协议规范
（1）物理层与介质
物理层和介质部分的规范规定了同轴电缆和光缆 介质标准与设计的一些参考信息
(2)数据链路层
数据链路层是管理介质的存取权。
网络的存取控制通过一种称为同时间域多点存取 CTDMA（Concurrent Time Domain Multiple Access） 的时间滑动算法实现
设备网定义标准设备架构的目的是确保设
备间更好的兼容性，它主要包含以下内容 1.定义设备对象模型 2.定义设备的数据I/O模式，通常包含用 于简化和加快数据传输的汇编对象的定义； 3.定义设备的配置参数和这些参数的公共 接口，有时设备网设备还配有电子数据文 档（EDS）。
4、DeviceNet的一致性测试
7、预定义主从连接的工作过程
信息交换过程大体可分为未连接显式信息交换、显式信 息交换和I/O信息交换。预定义主从连接的信息交换过程 与此类似，所不同的是，预定义主从连接使用已经预先定 义的信息 （1）主从关系的确定 系统运行中，欲成为组2客户机的设备首先要对服务器 分配所需要的预定义主从连接。
控制层现场总线ControlNet ControlNet非常适用于一些控制关系有复 杂关联、要求控制信息同步、协调实时控 制、数据传输速度要求较高的应用场合。 比如协同工作的驱动系统，焊接控制，运 动控制，视觉系统，复杂的批次控制，有 大量数据传输要求的过程控制系统，有多 个控制器和人机界面共存的系统，等等。
3、DeviceNet对象模型与设备架构
一个设备的组件被分为组件属性、服务和行为3部分，这3部分 可按如下对象进行描述： ①标识对象 包含各种属性，如供应商ID、设备类型、产品条 码、状态、序列号； ②报文路由对象 向其它对象传送显式报文； ③设备网对象 包含节点地址、波特率、总线关闭、总线关闭 计数、参数选择及主控制台的媒体存取控制ID等属性； ④汇编对象 将来自不同应用对象的多个属性编为一个属性， 便于以一条报文发送； ⑤连接对象 代表设备网上两个节点间虚拟连接的末端，该对 象为任选项； ⑥参数对象 带有设备配置参数，提供访问所有参数的标准组 态工具，参数对象包括数值、量程、文本等，该对象为任选项； ⑦应用对象 配备了汇编对象或参数对象的设备网通常至少包 含一个应用对象。
控制层现场总线ControlNet
ControlNet是一种新的面向控制层的实时性现 场总线网络，在同一物理层介质链上提供时间关 键性I/O数据和报文数据，包括程序的上载/下载， 组态数据和端到端的报文传递等通信支付，是具 有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网 络，I/O性能和端到端通信性能都较传输网络有较 大提高 ControlNet是高度确定性、可重复性的网络。所谓 确定性就是预见数据何时能够可靠传输到目标的能 力，而可重复性则是指数据的传输时间不受网络节 点添加/删除情况或网络繁忙状况影响而保持恒定的 能力
ControlNet的体系结构
设备层现场总线DeviceNet
DeviceNet不仅可以作为设备级的网络，还可以作为控 制级的网络，通过设备网提供的服务还可以实现以太 网上的实时控制。
设备网最初由罗克韦尔自动化公司设计，目前上其管 理ODVA（Open DeviceNet Vendors Association）致 力于支持设备网产品和设备网规范的进一步开发。 至今，全球已有超过600家厂商提供DeviceNet的接入 产品，除了ODVA以外，Rockwell，GE，ABB， Omron等跨国集团也致力于DeviceNet的推广。 可以预见DeviceNet在未来的一段时期内还将得到更多 厂商的支持，DeviceNet有可能成为设备级的主流网络。
6、DeviceNet预定义主从连接组的定义及应用范围
下面介绍几个基本概念： ① 具有UCMM功能的设备：支 持未连接信息管理（UCMM）的设备，此设备支持未连接 请求信息的接收和处理。 ②无UCMM功能的设备：不具备UCMM功能的设备，这 类设备的网络管理能力或所采用CAN控制器芯片的屏蔽能 力有限。 ③组2服务器：指具有UCMM功能并在预定义主从连接中 充当服务器的设备，是DeviceNet从站。由于预定义主从 连接中从站所接收的信息为组2信息，因此使用预定义主 从连接组的从站称为组2服务器，管理这些组2服务器的主 站为组2客户机。