第9章现场总线技术
第九章 总线与电力介绍
第九讲总线协议与电力规约支持情况介绍第一节总线协议1. Profibus总线PROFIBUS总线是一种国际化、开放式通讯标准,它不依赖于设备生产商,是一种独立的总线标准,已被广泛地用于制造业自动化和过程自动化、楼宇、交通、电力等各行各业.使用PROFIBUS总线技术,可以方便地实现各种不同厂商的自动化设备及元器件之间的信息交换。
组态王支持和西门子系列PLC通过Profibus DP, S7协议进行通讯。
其他支持标准Profibus DP 协议接口的设备也可以使用西门子PLC下的对应DP驱动（同样需要购买simatic net 软件，设备厂家需要提供对应的GSD信息文件）进行连接。
2.Can总线控制器局域网CAN(Controller Area Net)是一种现场总线，主要用于各种过程检测及控制。
CAN最初是由德国BOSCH公司为汽车监测和控制而设计的，目前CAN 已逐步应用到其它工业控 制中，现已成为ISO-11898国际标准。
组态王目前只支持标准CAN总线协议，并且只支持标准CAN协议中的ID标识为9位格式的（表示该协议的标准格式，无扩展；有的CAN卡使用CAN协议时，支持ID标识位11扩展模式的，此种格式我们不支持），另外我们的驱动是通过调用CAN 卡提供的封装库来进行数据通讯的，没有直接底层协议 。
目前其他CAN子协议尚不支持。
亚控已经支持的CAN卡设备包括：研华PCL841卡、周立公CAN卡3.Lonworks总线Lonworks是基于楼宇自动化监控系统发展起来的一种现场总线，因该总线配置结构比较复杂，亚控专门开发了支持和Lonworks总线设备通讯的OPCServer程序。
北京亚控科技有限公司103Lonworks总线节点的配置使用需要其对应发布的Lonmake组网软件及 Node builder节点配置软件支持，而不同版本的Lonmake和Node builder软件提供给第三方的底层库不一样，因此亚控会基于不同版本的Lonmake和Node builder软件来开发对应版本的OPCServer程序。
现场总线课后答案
现场总线课后答案第一章现场总线技术概述1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。
2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分3.现场总线的基本定义？现场总线(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备（例如，变送器、执行器、控制器)与高层设备(例如主机、网关、人机接口设备)之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。
5.现场总线控制系统的技术特点。
1.开放性；2.全数字化；3.双向通信；4.互可操作性与互用性；5.现场设备的智能化与功能自治性6.系统结构的高度分散性7.对现场环境的适应性6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？1．FCS实现全数字化通信2．FCS实现彻底的全分散式控制3．FCS实现不同厂商产品互联、互操作4．FCS增强系统的可靠性、可维护性5．FCS降低系统工程成本7.分析现场总线的现状，展望其发展前景。
第二章数据通信基础与网络互联1.何谓现场总线的主设备、从设备？可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。
不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。
它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
信息源和接收者是信息的产生者和使用者发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。
计算机控制技术课后题答案整理版（1到5章基本都有了）
第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。
1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。
3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。
2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。
附加：计算机控制系统的发展趋势是什么？大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面。
现场总线技术第九章 TIA博途全集成自动化软件应用实例(第3版)
齿轮箱增速比 1:28.1 偏航角范围 -1800~+1800 deg
桨距角范围
0~90 deg
v
v
2．气动功率分析
Cp
Cp
风力机实际能得到的有用功率输出是
P 0.5v3SCp (, )
其中ρ为空气密度，单位是kg/m3；v为距离风力机一定距 离的上游风速，单位是m/s；S为气流扫掠面积，单位是m2； 风能利用系数与Cp叶尖速比λ和桨距角β有关。
第九章
TIA博途全集成自动化 软件应用实例
第9章 TIA博途全集成自动化软件 应用实例
9.1 TIA博途软件简介 9.2 混料罐控制系统设计与仿真器调试 9.3 基于S7-1200的风力发电机变桨控制系统设计
9.1 TIA博途软件简介
TIA博途软件的版本功能
9.2 混料罐控制系统设计与仿真器调试
变桨复合控制中的前馈控制实现：假设当前 测量的瞬时风速与系统要求的额定风速之差 为Δv，前馈补偿的桨距角为比例系数K与Δv 的乘积。实行分段的比例控制。部分程序如 图。
输入量程转换程序FC13： 采用SCL语言编写,将数字量0～27648转
换为模拟量输入信号工程单位值
输出量程转换程序FC12： 采用SCL语言编写,将运算操作值转换为数
字量0～27648。 增量式PID算法程序FB3： 采用SCL语言编写了增量式PID算法程序
4. 上位监控功能组态 （1）创建PC监控站与控制器的HMI连接
（2）HMI连接设备的访问点设置
连接属性和参数设置
（3）组态画面
图形元素与PLC变量的连接 HMI变量
主监控界面
五、系统调试
PROFIBUS DP 主站模块CM 1243-5 IM 153-1（ET） SM331: AI 8×12位 SM331: AI 8×12位 SM331: AI 8×12位 SM331: AI 8×12位 SM332: AO 4×12位
现场总线(重点)
一章1、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技术。
2、现场总线技术特点：系统的开放性、互可操作性、通信的实时性和确定性、现场设备的智能与功能自治性、对现场环境的适应性。
3、现场总线的优越性：节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有系统集成主动权、提高系统的准确性与可靠性。
4、企业网络系统按功能结构划分为：企业资源规划层ERP、制造执行层MES、现场控制层FCS。
二章1、总线协议：总线上的设备如何使用总线的一套规划。
2、总线主设备：有能力在总线上发起通信的设备。
3、总线仲裁：对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一个时刻具有总线占有权的设备。
有集中仲裁和分布式仲裁两种。
4、数据通信系统中，无线传输媒体：电磁波、红外线。
有线媒体：双绞线、电缆、电力线、光缆。
5、工业数据通信中常用数据传输速率9600b/s、31.25kb/s、500kb/s、1mb/s、2.5mb/s、10mb/s、100mb/s。
6、误码率pe：数字通信中二进制码元出现传输出错的概率。
用处：7、增加带宽w并不能无限制地是信道容量增大。
8、模拟数据编码：采用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态。
数字数据编码：用低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态。
9、模拟数据编码的三种编码方法：幅值键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。
10、曼彻斯特编码定义：数据通信中最常用的一种基带信号编码。
好处：在一个位时间内，其中间点总有一次信号电平的变化，这一信号电平的变化可用来作为节点间的同步信息，无需另外传送同步信息。
11、串行传输：数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输。
并行传输：将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上传输。
12、同步传输和异步传输是指通信处理中使用时钟信号的不同方式。
13、同步原因：接收方为了能正确恢复位串序列，必须能正确区分出信号中的每一位，区分出每个字符的起始与结束位置，区分出报文帧的起始与结束位置。
现场总线复习提要
现场总线复习提要第一章（思考与练习）1、过程控制系统的发展经历了那几代控制系统基地式仪表控制系统、模拟式仪表控制系统、直接式数字控制系统（DDC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）8、生产过程包括哪些装置答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。
9、什么是现场总线现场总线有哪些特点答：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现双向、串行、多节点数字通信的技术。
特点：开放性、互操作性和互用性、现场设备的智能化和功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性。
10、现场总线的本质含义表现在哪些方面答：现场设备的互连、现场通信网络、互操作性、分散功能块、总线供电、开放式互联网络12、常用现场总线有哪些它们各有什么特点第二章（思考与练习）3、总线的寻址方式有哪些各有什么特点答：3种。
1物理寻址、2逻辑寻址、3广播寻址。
特点：1.用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备做为响应者。
2.用于指定存储区单元某一通用区，而不顾及这些存储器单元在设备中的物理分布。
3.用于选择多个响应者。
4、数据通信系统由哪些设备组成各起什么作用答：1.信息源 2.发送设备 3.传输介质 4.接收设备 5.信息接受者作用：1.把各种消息转换成原始电信号；2.将信息源产生的消息信号变换成适合在传输介质中传输的信号，使信息源和传输介质匹配；3.传输信号的媒介4.完成发送设备的反变换，即对信息进行解调、译码和解码等。
5.将复原的原始信号转换成相应的消息。
6、什么是数据传输率它的单位是什么答：单位时间内传送的数据量。
单位有比特率S和波特率B7、试比较串行通信和并行通信的优缺点答：串行通信缺点：传输速度较慢优点：传输线少、连线简单，特别适合多位数据的长距离通信；并行通信缺点：若数据位数较多、传送距离较远时，则线路复杂，成本较高且干扰大，不适合远距离传送。
并行通信的缺点：优点：传送数据速度很快，传输效率高，8、什么是异步传输什么是同步传输各用于什么场合答：异步传输：串行通信的一种，在通信中发送方和接收方不保持同步，即时钟频率不同。
现场总线习题及答案
习题及答案第1章1.1简述自动控制系统发展的5个阶段。
答：(1)基地式气动仪表控制阶段PCS（Pneumatic Control System）(2)表控制系统ASC（Analogous Control System ）(3)数字控制系统CCS（Computer Control System ）(4)控制系统DCS（Distributed Control System ）(5总线控制系统FCS（Fieldbus Control System ）1.2什么是现场总线控制技术？答：IEC/SC65C定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字、串行和多点通信的数据总线，称为现场总线。
1.3现场总线控制技术的国际标准有哪些？答：1） IEC61158国际标准共有10种类型：(1) Type1 TS61158 现场总线。
(2) Type2 ControlNet 和Ethernet/IP 现场总线。
(3) Type3 Profibus现场总线。
(4) Type4 P-NET现场总线。
(5) Type5 FF HSE现场总线。
(6) Type6 Swift-Net 现场总线。
(7) Type7 WorldFIP现场总线。
(8) Type8 INTERBUS现场总线。
(9) Type9 FF H1现场总线。
(10) Type10 PROFInet现场总线，2）IEC TC17B有3种国际标准：(1) SDS（Smart Distributed）(2) ASI(Actuator Sensor Interface)(3) Device Net3）ISO-OSI11898有1种国际标准：CAN(Control Area Network)1.4典型的现场总线控制技术有哪些？答：（1）PROFIBUS现场总线控制技术。
（2）基金会现场总线控制技术（FF）。
（3）LonWorks现场总线控制技术。
现场总线控制网络技术课后答案
第一章1、简要说明现场总线、控制网络的定义答：现场总线是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业操作单元、现场操作站等互联而成的通信网络，它的关键标志是能支持双向、分散、多节点、总线式的全数字通信，是工业控制网络向现场及发展的产物。
2、简要说明现场总线技术的特点答：现场总线是3C（计算机、通信、控制）技术的融合。
其技术特点是:信号输出全数字、控制能力全分散、标准统一全开放。
具体是（1）系统的开放性（2）互操作性与互用性（3）现场设备的智能化与功能自治性（4）系统结构的高度分散性（5）对现场环境的适应性。
3、简要说明网络化控制系统的结构组成答：由被控对象、执行器、传感器、网络时延、控制器组成4、网络化控制系统的主要技术特点有哪些答：主要有：1、结构网络化2、节点智能化3、控制现场化和功能分散化4、系统开放化和产品集成化5、对现场环境的适应性5、HART通信模型有那几层组成答：HART通信模型由3层组成：物理层、数据链路层和应用层6、与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有哪些优势答：与传统布线相比，P-NET现长总线技术在工业控制应用中有很大的优势，它可以简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。
7.WorldFIP可用的运输速率有哪些，标准传输速率是多少？答：传输速率用于铜线的有31.25Kbit/s、1Mbit/s和2.5Mbit/s，其中1Mbit/s是标准速率。
第二章1、什么是差错控制答：在计算机通信中，为了提高通信系统的传输质量而提出的有效的检测错误并进行纠正的方法叫做差错检测和校正，简称为差错控制2、数据通信系统由哪几部分组成答：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3、简要介绍通信系统的通信指标答：通信指标有1、有效性指标2、可靠性指标3、通信信道的频率特性4、介质宽带，信息传输的有效性指标和可靠性是通信系统最主要的指标4、数据传输方式有哪些？选取其中两种进行简要介绍答：数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输的同步方式，有串行传输与并行传输，同步传输与异步传输，位同步、字符同步与帧同步等几种在串行传输中，数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输，每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。
《现场总线控制技术》教学大纲
《现场总线控制技术》教学大纲《现场总线控制技术》课程教学大纲课程名称：现场总线控制技术（Technology of Field Bus Control System ）课程代号：02332150学时数：38（实验6学时）学分数：2适用专业：自动化、电气工程及其自动化执笔人：徐晓光一、本课程的性质、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（二）基本内容第1章概述1．1 现场总线的基本概念1．2 现场总线的特点1．3 现场总线的现状1．4 现场总线的未来第2章数据通信基础2．1 通信模型2．2 数据传输2．3 传输媒体2．4 传输数据编码2．5 数据通信接口2．6 差错检测与校正2．7 多路复用技术第3章现场总线体系结构3．1 网络体系结构概述3．2 开放系统互连参考模型中的若干重要概念3．3 现场总线体系结构的建立及特点3．4 现场总线网络的拓扑结构第4章媒体访问控制技术4．1 媒体访问控制技术概述4．2 集中控制型受控访问方法4．3 ALOHA随机访问方法4．4 CSMA 随机访问方法线控制系统的特点。
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。
现场总线
第一章现场总线概述一、现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。
二、IEC对现场总线的定义：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。
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。
三、经历了几代控制系统第一代控制系统：以20世纪50年代前的气动信号控制系统PCS为主；第二代控制系统：把4～20mA等电动模拟信号控制系统；第三代控制系统：把数字计算机集中式控制系统称为第三代;第四代控制系统：把70年代中期以来的集散式控制系统DCS(Distributed Control System)称作第四代。
四、现场总线的本质含义主要表现在以下6个方面：1、现场通信网络：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信网络2、现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互联，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。
3、互操作性，4、分散功能块，5、通信线供电，6、开放式互联网络。
五、现场总线的特点与优点：1，结构特点：现场总线控制系统（FCS）打破了传统控制系统的（DCS）的结构形式。
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号；DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。
1），系统的开放性；2），互可操作性与互用性；3），现场设备的智能化与功能自治性；4），系统结构的高度分散性；5），对现场环境的适应性。
3，优点：1）节省硬件数量与投资；2）节省安装费用；3）节约维护开销；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。
六、基金会现场总线(FF)，CAN，DeviceNet，LonWorks，PROFIBUS，HART，INTERBUS，CC-Link，ControlNet，WorldFIP，P-Net，SwiftNet．第二章数据通信系统与网络互联一、总线的基本术语：1，总线与总线段。
现场总线中的名词解释
现场总线中的名词解释在现代工业自动化系统中，现场总线是一个重要的概念。
它是一种用于连接各种现场设备和控制系统的通信技术。
通过传输数据和信号，现场总线实现了实时监测和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。
在这篇文章中，我将对现场总线中的一些关键名词进行解释，帮助读者更好地理解现场总线技术。
1. 现场总线（Fieldbus）现场总线是用于连接各种现场设备的数字通信系统。
它使用了一种开放的标准，通过一根或多根传输线路，将信号和数据传输给现场设备。
现场总线系统可以在一个物理网络上同时传输多种信号，如数据、控制命令、故障状态等。
相较于传统的集线器和点对点连接方式，现场总线提供了更高的效率和可扩展性。
2. 主站（Master）主站是现场总线架构中起控制和管理作用的设备。
它能够通过总线上的通信协议与各个从站进行数据交换和控制命令传输。
主站通常由上位机、PLC（可编程逻辑控制器）或其他控制设备实现。
主站负责对网络进行配置、数据采集、控制命令下发以及故障排除等工作。
3. 从站（Slave）从站是现场总线架构中执行实际工作的设备。
每个从站都与总线连接，并具有独立的地址。
从站能够接收主站发送的控制命令，并将实时数据传输回主站。
从站通常是各种现场设备，如传感器、执行器、伺服驱动器等。
通过从站与主站之间的通信，现场总线实现了对各个现场设备的集中监控和控制。
4. 总线结构（Bus Topology）现场总线采用总线拓扑结构。
在总线结构中，所有设备共享同一条传输线路。
传输线路两端连接主站和从站，而从站之间是串联连接的。
这种结构特点使得总线系统的布线更为简洁，减少了线缆的使用量和系统成本。
同时，总线结构使得现场设备之间的通信更加灵活和实时。
5. 周期通信与事件通信（Cyclic and Acyclic Communication）现场总线中的通信方式通常分为周期通信和事件通信。
周期通信是按照固定时间间隔进行数据交换的方式。
主站通过周期性地发送查询命令，获取从站的实时数据。
现场总线模块原理
现场总线模块原理
现场总线模块是现代自动化系统中常用的一种通信模块，它的作用是将不同的设备和组件连接并进行数据交换。
现场总线模块可以通过一根物理总线连接多个设备，并且这些设备可以双向通信，实现数据的传输和控制。
现场总线模块的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 总线通信协议：现场总线模块通过一种特定的通信协议与其他设备进行通信。
这个通信协议定义了数据的格式和传输方式，确保各个设备之间的数据交换可靠和准确。
2. 数据传输：现场总线模块可以将控制命令、传感器数据、状态信息等数据传输到其他设备。
它会以一定的频率从传感器或其他设备读取数据，并将这些数据通过总线发送给其他设备。
3. 设备地址和识别：现场总线模块在通信过程中，需要知道要发送数据的设备或者接收数据的设备。
每个设备都有一个唯一的地址，通过这个地址，现场总线模块可以将数据准确地发送给对应的设备。
4. 主从节点：现场总线模块中，通常会存在一个主节点和多个从节点。
主节点负责控制总线上的数据传输和通信，而从节点则负责接收和处理主节点发送的数据。
总的来说，现场总线模块通过定义通信协议、进行数据传输、设置设备地址和识别、以及主从节点的工作模式，实现了多个
设备之间的数据交换和控制。
这种模块化的设计使得自动化系统更加灵活和可扩展，提高了系统的运行效率和可靠性。
现场总线的特点与标准
息集成
Hale Waihona Puke 余性冗余性是指现场总线系统在设计和实施过程中，为了确保系统的可靠性和稳定性，通常 会采用一些冗余措施 例如，在硬件设备上，可以采用双电源、双CPU等冗余设计，以确保系统在某个设备出 现故障时仍能正常运行
在软件设计上，可以采用容错技术、故障诊断技术等，以实现故障的及时发现和处理
THANK YOU
汇报人：
添加标题
添加标题
设备接口类型：数字接口、模拟接 口、混合接口等。
设备接口特点：标准化、通用化、 模块化等，方便设备的互连互通和 互操作性。
应用层协议标准
添加标题
OPC UA（Open Platform Communications Unified Architecture）：一种通用的工业自动化通信协议， 用于实现设备间的信息交互和互操作性。
此外，现场总线系统还可以通过采用通信冗余、控制冗余等方式来提高系统的可靠性
现场总线的标准
国际标准
IEC 61158国际标准 现场总线设备的互操作性 现场总线设备的互换性 现场总线设备的互联性
行业标准
国际标准：IEC 62056 国内标准：GB/T 20518-2006 标准特点：开放、可互操作性、可互换性、可重复性 标准作用：促进不同厂商产品之间的兼容性，提高生产效率和质量
添加标题
EtherNet/IP：基于以太网/IP技术的工业自动化 通信协议，用于实现设备间的信息交互和互操 作性。
添加标题
Profinet：基于以太网技术的工业自动化通信协 议，用于实现设备间的实时数据传输和监控。
添加标题
Modbus TCP/IP：一种通用的工业自动化通信协 议，用于实现设备间的信息交互和互操作性。
现场总线技术及应用教程第2版
2)2类主站(Class2 Master)：它负责对DP系统进行组态，对网络进 行诊断等，它一般是装有通信卡和工程软件的上位机。 3)从站(Slaves)：从站是更接近于底层现场的设备，它们负责执行 主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号 或其他输入信号。 4)网络连接器件：中继器、耦合器、链接器、电缆等。 3.2.2 系统配置
现场总线技术及应用教程
（第2版）
王永华 A.Verwer(英) 编著
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 第 9章
现场总线技术概述 工业网络与通信基础知识 PROFIBUS基础及安装技术 PROFIBUS通信技术及DP-V0/V1 PROFINET基础及安装技术 PROFINET技术 AS-i技术及应用 现场总线技术应用综合举例 标准工业控制编程语言IEC61131-3
3.3 PRቤተ መጻሕፍቲ ባይዱFIBUS设备集成工具
图3-������
8 设备管理工具的特点以及使用场合
(1)GSD (2)EDD (3)FDT/DTM 1)厂级的操作员要使用具有诊断能力的智能现场设备的复杂、非 标准化的特性参数；
3.3 PROFIBUS设备集成工具
2)在“资产最优化”场合，要求支持预防性维护和维护程序的功 能； 3)设备的操作需要用软件方式来“封装”(安全技术、校准等)。
3.2.5 设备地址 1)地址127保留用于全局控制或广播信息。 2)地址126保留用于尚未分配地址，需要使用2类主站来设置地址 的从站。
3.2 PROFIBUS基础
第9章IEC61131-3
20
9.2 IEC61131-3基础
4. 变量
变量类型的属性
RETAIN CONSTANT R_EDGE F_EDGE READ_ONLY READ_WRITE
2007.2 V2.0
Copyright by Wang Yonghua
21
9.2 IEC61131-3基础
Copyright by Wang Yonghua
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9.2 IEC61131-3基础
3. 数据类型
常规数据类型
2007.2 V2.0
Copyright by Wang Yonghua
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9.2 IEC61131-3基础
3. 数据类型
几个重要概念
导出数据类型 结构化数据类型 枚举 数组 数据范围 初始值
PROG代表PLC用户的最高层，即程序，它能存取PLC的I/O，这些I/O变 量必须在该POU或其上层（资源、配置）中予以说明。在其他方面 PROG和FB一样。
2007.2 V2.0
Copyright by Wang Yonghua
9
9.2 IEC61131-3基础
1. 程序组织单元
组成：由三部分组成
第六部分 现场总线的通信 关于使用IEC标准现场总线的PLC的通信标准。等待发 布。
第七部分 模糊控制语言 关于使用PLC处理模糊逻辑的标准功能块的标准。2000 年发布。
第八部分 PLC编程语言执行的导则 指导IEC61131-3编程语言的应用和执行的文 件。计划在1998年发布，实际在2003年发布。
也就是说它进行的是“无记忆”的操作； 功能不可调用诸如定时器、计数器或边沿检测等功能块； 不允许在功能内使用全局变量；也不允许把局部变量说明成为
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测控技术与系统
第九章 现场总线技术
9.1.1 现场总线概述——（1）定义
❖（1）现场总线(Field Bus)的定义
FF的 定义
“现场总线是连接智能现场设备和自动化系统
的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络”
基本 概念
现场总线以串行通信方式取代传统的4～ 20mA的模拟信号，一条现场总线可为众多
❖ 控制系统的发展历史：
控制分散更彻底
FCS系统
管理集中 控制分散
DCS系统
集中控制
集中控制系统
Байду номын сангаас
独立控制
单回路控制系统
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第九章 现场总线技术
9.1.7 现场总线概述——（7）现场总线控制系统续
❖ DCS的三级结构：现场级、控制级和监控级
监控级 操作站
工程师站
管理计算机 局域网
Ethernet／IP 联合推出CIP(Control and
Information Protoco1)；
2、Foundation Field bus推出HSE High—Speed
Ethernet)； 3、Profibus推出ProfiNet
❖ 以太网网络 供电问题
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第九章 现场总线技术
9.1.4 现场总线概述——（4）优点
优点
（4）现场总线的优点
❖ 模拟信号（4～20mA）互连的缺点：
一对一结构；单向通信；抗干扰能力差
❖ 现场总线的优点：
（1）结构简洁，安装维护方便：一对N 结构，
双向通信，布线成本，设备管理
（2）可靠性高：抗干扰能力强
（3）信息集成能力强：设备信息，仪表参数，故障诊断， 测控管一体化
现场总线既有别于芯片内总线、芯片间总线、 板间总线，也有别于控制系统的上层通信网 络。
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第九章 现场总线技术
9.1.6 现场总线概述——（6）与ISO/OSI网络模型关系
（6）现场总线与ISO/OSI参考模型的关系
通信 协议
❖ 现场总线的要求：实时性，可靠性
❖ 现场总线的通信协议符合ISO的OSI参考模型：通常使用其中 的一、二、七层协议
DCS 结构
控制级
控制站
...... 控制站
... ... ...
... ... ...
9.1.2 现场总线概述——（2）发展过程续
❖ 现状：现场总线未能形成一种统一的国际标准
主要有两方面原因：
▪ 一是技术方面的原因，由于现场总线是应用于现场 过程控制的通信网络，涉及到许多底层设备的不同 行业标准和用户习惯的继承，以及不同类型网络互 连的协议制定；
▪ 另一方面是商业利益，各厂家都希望自己的技术在 标准中占有更大份额，以便使国际标准给自己带来 更大利益，互不相让，导致了目前多种现场总线共 存的局面。
标准
势。
❖ HART总线还将在较长的时间广泛的存在
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9.1.3 现场总线概述——（3）发展趋势
发展 趋势
❖ （3）现场总线的发展趋势
与以太网的融合
目前许多厂商已经开始将现场总线协议与 Ethernet
TCP／IP协议进行整合。包括：
1、Control Net、Device Net和
*IEC:国际电工委员会 International Electrotechincal commission
**FF:Fieldbus Foundation
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9.1.2 现场总线概述——（2）发展过程续
国际 现场 总线 标准
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第九章 现场总线技术
9.1.2 现场总线概述——（2）发展过程续
❖ 现场总线标准大事记
20世纪70年代：现场总线技术萌芽
20世纪80年代：现场总线标准开始发展
20世纪90年代初：形成几种较有影响的标准
1994-1995年：现场总线基金会(FF)成立
2000.1.4：IEC TC65通过IEC61158决议， 规定了8种现场总线国际标准，后来又由其 他标准化组织通过了3种现场总线
（4）互操作性和互用性：同标准仪表间
（5）开放性：开放式互联网络
（6）分散控制：控制功能分散到仪表，提高控制系统
整体可靠性 11
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第九章 现场总线技术
9.1.5 现场总线概述——（5）归属范畴
❖ （5）现场总线的归属范畴：
现场仪表间的通信网络。
归属 范畴
现场总线是一种设备间完整的通信通道，包 括物理层、数据链路和应用层等。
用户X
用户Y
第七层 应用
应用
第六层 表示
表示
第五层 会话
会话
第四层 传送
传送
第三层 网络
网络
第二层 链接
链接
第一层 物理
物理
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9.1.7 现场总线概述——（7）现场总线控制系统
（3）现场总线的发展趋势
FCS
❖ 现场总线技术发展带来控制系统结构的变革： 现场总线控制系统(FCS：Fieldbus Control System)
的可寻址现场设备实现多点连接，支持底层的
现场智能设备与高层的系统利用公用传输介质
交换信息。
❖ 现场总线技术的核心是其通信协议
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9.1.2 现场总线概述——（2）发展过程
（2）现场总线发展过程
发展 过程
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第九章 现场总线技术
第九章 现场总线技术
9.1.2 现场总线概述——（2）发展过程续
❖ 另外一种不得不说一下的现场总线：
HART总线
❖ HART总线是模拟信号标准和现场总线之间
的一种过渡性协议
12种
国际 ❖HART总线通过在4~20mA信号上叠加交流
现场
载波信号进行数字通信，从而能在保证传统
总线
模拟信号兼容的基础上，具有现场总线的优
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第九章 现场总线技术
华中科技大学控制系测控所
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第九章 现场总线技术
本章主要内容
1 现场总线概述 2 常用通信接口简介 3 现场总线举例——MODBUS
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第九章 现场总线技术
9.1 现场总线概述——知识点
❖ 现场总线技术的知识点： 1. 定义 2. 发展过程 3. 发展趋势 4. 优点 5. 归属范畴 6. 现场总线与ISO/OSI网络模型 7. 现场总线控制系统