现场总线种类及标准介绍分析
三种工业总线及其中的现场总线
一，工业总线三种基本类型*传感器级总线，即485总线网络*设备级总线，即HART总线网络*现场总线，即FieldBus现场总线网络现场总线定义：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现场总线分为以下几种：下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
现场总线概述
现场总线概述一、现场总线简介随着操纵、运算机、通信、网络等技术的进展，信息互换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到操纵、治理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速进展，引发了自动化系统结构的变革，慢慢形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线确实是顺应这一形势进展起来的新技术。
现场总线是现今自动化领域技术进展的热点之一，被誉为自动化领域的运算机局域网。
它的显现，标志着工业操纵领域又一个新时期的开始，并将对该领域的进展产生重要阻碍。
现场总线是应用在生产现场、在微型运算机化测量操纵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、数字化、多点通信的底层操纵网络。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有普遍的应用背景。
现场总线技术将专用于微处置器置入传统的测量操纵仪表，使它们各自具有数字计算和通信能力，采纳可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量操纵仪表连接成的网络系统，并按公布、标准的通信协议，在位于现场的多个微型运算机化测量操纵设备之间和现场仪表与远程监控运算机之间，实现数据传输与信息互换，形成各类适应实际需要的自动操纵系统。
简而言之，它把单个分散的测量操纵设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成能够彼此沟通信息、一起完成自控任务的网络系统与操纵系统。
它给自动化领域带来的转变正如众多分散的运算机被网络连接在一路，使运算机的功能、加入到信息网络的行列。
因此把现场总线技术说成是一个操纵技术新时期的开端并只是分。
利用现场总线技术给用户带来的益处：1节省硬件本钱2设计组态安装调试简便3系统的平安靠得住性好4减少故障停机时刻5用户对系统配置设备选型有最大的自主权6系统保护设备改换和系统扩充方便7完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础二、现场总线的种类在过去的10年内，显现了许多的总线产品，较流行的有：德国Bosch公司设计的CAN 网络（Controller Area Network）,美国Echelon公司设计的LonWorks网络（Local Operation Network），按德国标准生产的Profibus(Profess FieldBus)总线，Rosemount公司设计的Hart （Highway Addressable Remote Transducer）总线，罗克韦尔自动化公司的DeviceNet 和ControlNet等。
现场总线技术
FF
• 支持单位:现场总线基金会(FisherRosemount等100多家公司)。
• 标准:IEC61158;IEC61784。 • 应用领域:流程工业及其它工业控制。 • 使用情况:已有试点工程投入运行。 • 多家生产各种有FFH1接口的产品，
现场总线标准
• FF • ControlNet • Profibus • P-NET • FFHSE • SwiftNet • WorldFIP • INTERBUS
FFHSE
• 支 持 单 位 : 现 场 总 线 基 金 会 (FisherRosemount等100多家公司)。
• 准 :IEC61158;IEC61784;IEC611313;IEEE80 和 RFC894 的 工 业 标 准 以 太 网;IETF(互联网管理任务要点)。
WorldFIP
• WorldFIP世界工厂仪表协议支持单位: 法国Alstom公司(原Honeywell公司为 北 美 参 加 单 位 ， 后 与 FF 合 并 ) 。 标 准 :IEC61158;IEC61784;EN50170(F IP为法国国家标准)。
• 应用领域:电力工业、铁路交通、工业控 制、楼宇自动化。
可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
·IEC支持，开放性好，可互操作性好it/s; ·支持本质安全防爆; ·有数据链路网桥连接与HSE相连。
Profibus
• Profibus-DP • Profibus-PA • Profibus-FMS
Profibus-DP
现场总线系统安全规范
功能块与设备描述规范
• 现场设备信息格式及功能描述规范 称为”行规”(Profile), 行规可有效 实现各种现场设备应用层互联。
现场总线技术概述
二、几种典型的现场总线介绍
WorldFIP 传输媒体可以是屏蔽双绞线或光纤。 传输速率为： 31.25K bps用于过程控制；1M bps 用于加工制造系统；2.5M bps用于驱动系统。 标准速率为1M bps，使用光纤时最高速率可达5M bps。 目前WorldFIP的总线产品有法国Schneider公司的 Modicon-TBXplc系统；ALSTHOM公司的S－900 SCADA系统等。
二、几种典型的现场总线介绍
PROFIBUS现场总线 PROFIBUS有三个部分组成：
PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）：主要 是用来解决车间级通用性通讯任务。可用于大范围和复杂的 通讯。总线周期一般小于100ms。 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）：经过优化的 高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与 分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于 10ms。 PROFIBUS-PA（Process Automation）：专门为过程自 动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线 上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标 准，PROFIBUS-PA用双绞线进行总线供电和数据通信。
第一章 现场总线技术概述
主要内容
第一节 现场总线的产生 第二节 现场总线的概念及分类 第三节 现场总线的特点和优点 第四节 现场总线标准的制定 第五节 现场总线的现状
第一节 现场总线的产生
在过程控制领域： 从20世纪50年代至今的信号标准：4-2OmA （0-5V）的 模拟信号。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，进行 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，嵌入到 各种仪器设备，形成分布式(DCS)控制系统。
现场总线有哪些特点？现场总线技术九大种类介绍
现场总线有哪些特点？现场总线技术九大种类介绍什么是现场总线现场总线（Fieldbus）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。
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。
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。
现场总线主要特点1.系统的开放性传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通信。
在现场总线技术中，用户可按自己的需要和对象，将来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
2.可操作性与可靠性现场总线在选用相同的通信协议情况下，只要选择合适的总线网卡、插口与适配器即可实现互连设备间、系统间的信息传输与沟通，大大减少接线与查线的工作量，有效提高控制的可靠性。
3.现场设备的智能化与功能自治性传统数控机床的信号传递是模拟信号的单向传递，信号在传递过程中产生的误差较大，系统难以迅速判断故障而带故障运行。
而现场总线中采用双向数字通信，将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，可随时诊断设备的运行状态。
4.对现场环境的适应性现场总线是作为适应现场环境工作而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线及电力线等，其具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足安全及防爆要求等。
现场总线优缺点优点：（1）节省硬件数量与投资由于分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号。
1-现场总线基础知识
一.现场总线基础知识
现场总线简介 现场总线的发展 现场总线的特点与优点 几种有影响的现场总线
1.现场总线简介（FieldBus）
当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉 为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着 工业控制技术领域又一个新时代的开始。 为什么要引入现场总线？
现场设备，为提高其性能价格比，在实现其 内部操作时都采用微处理器和数字化元件，提出 了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信 的要求。现场总线满足这种要求。
• 全分布
各现场设备有足够的自主性，它们彼此 之间相互通信，完全可以把各种控制功能 分散到各种设备中，而不再需要一个中央 控制计算机，实现真正的分布式控制。
现场总线的优点2
• 全开放 – 1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成 为国际标准，从而使现场总线成为一种开放 的技术。
• 双向传输 – 传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递 一路信号。现场总线设备则在一条线上既可 以向上传递传感器信号，也可以向下传递控 制信息。
现场总线与DCS的网络结构比较
3.现场总线的结构特点
按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI） 参考模型建立。将七层简化成三层，分别由OSI参考模型 的第一层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组 成，流量与差错控制由数据链路层完成。考虑现场总线 的通信特点，有些现场总线还设置了一个现场总线访问
4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的最本质 特点.网关通讯程序开发工作量大.
控制计算机
CRT操作站
通道指挥器
基本调节器1 基本调节器2 基本调节器3
输入/输出
DCS结构示意图
信号要送到控制站,需要很多连线
现场总线技术简介
演讲人
目录
0现场总线技术的概念
现场总线技术的定义
1
2
3
4
现场总线技术是一种 用于工业自动化领域
的网络通信技术
现场总线技术可以 实现设备之间的实 时数据交换和监控
现场总线技术可以 应用于各种工业控
制系统和设备中
现场总线技术可以 提高生产效率和降
Modbus等。
建筑自动化现场总线：用于建筑自动化 和控制系统的现场总线技术，如 LonWorks、BACnet等。
汽车电子现场总线：用于汽车电子控制 系统的现场总线技术，如CAN、LIN等。
智能家庭现场总线：用于智能家庭控制 系统的现场总线技术，如KNX、 ZigBee等。
现场总线技术的优缺点
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化：用于控制和监测工业 生产过程
交通自动化：用于控制和监测交通 设施，如交通信号灯、交通监控等
楼宇自动化：用于控制和监测楼宇 设备，如照明、空调、安防等
医疗自动化：用于控制和监测医疗 设备，如医疗仪器、医疗监控等
现场总线技术的分类
现场总线技术的种类
工业现场总线：用于工业自动化和控制 系统的现场总线技术，如Profibus、
优点：实时性好，传输速度快，可靠性高，易于维护和扩展
02
缺点：成本较高，需要专门的硬件和软件支持，兼容性较差
03
适用场景：工业自动化、智能建筑、智能交通等领域
04
发展趋势：随着技术的不断发展，现场总线技术将更加智能化、集成化和网络化。
谢谢
低生产成本
现场总线技术的特点
01 实时性：现场总线技
术可以实现实时数据 传输，满足工业控制 对实时性的要求。
现场总线有哪些-现场总线种类
现场总线有哪些-现场总线种类————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：现场总线有哪些?现场总线种类现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制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、数字化、多点通信的层控制网络。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。
现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
为什么要用现场总线？我们通过对现场总线在不同情况下不同机构和不同的人公认的对现场总线的本质体现中了解；1)中现场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。
现场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。
2)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。
3)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。
Devicenet现场总线
• （2） 网络上可以容纳多达64个节点地址，每个节点支持的I/O数量没有限
制； • （3） 网络拓扑结构灵活； • （4） 节点设备可通过网络统一配电（信号线和电源线都包含在干线中）， 亦可配置为自行供电； • （5） 高电流能力（可高达16安培）； • （6） 网络速度可选125kbps、250kbps和500kbps； • （7） 具有误接线保护功能；
一、现场总线的定义
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。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。 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。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。
数据通信有两种:①远程I/O通信，该通信方式无需编写通信程序，就可自 动实现网络中主单元CPU与从单元之间的数据传送，各主从单元地址分配可 由系统自动默认或用户设置方式确定。②信息通信，它是通过在用户程序 中使用Send/Recv或Fins指令来完成PLC之间、OMRON PLC与其他公司主从单
的控制和通信。CompoBuslD根据现场需要由若干PLC主功人单元、DC24V电
源、适配器、终端电阻、配 置器(用于DeviceNet的组态和配置的软件)以 及总线上挂接的其他公司的产品构成。该系统的特点是:
（1）开放性的多厂家网络。因为CompoBuslD遵循DeviceNet现场总线标准， 不同厂家网络产品可以方便地接人同一网络，在同一控制系统中进行互操 作，而且不同厂家性能类似的设备可以实现互替换，简化了系统集成，网 络布线简单、安装费用低、维护简便。
现场总线及其国际标准
现场总线及其国际标准
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，用于连接现场设备和控制系统。
它可以通过单一通信链路传输数据和控制信号，实现实时监控和控制。
现场总线的国际标准有多种，其中最常用的是国际电工委员会（IEC）的标准。
1. IEC 61158：这是IEC针对现场总线制定的系列标准，其中
包括了不同类型的现场总线协议。
比如，IEC 61158-2是关于CAN总线的标准，IEC 61158-5是关于设备网关接口（DeviceNet）的标准，IEC 61158-6是关于媒体独立接口（Ethernet/IP）的标准。
2. Profibus：这是一种常用的现场总线协议，也是IEC 61158
标准的一种实现。
它可以传输数据和控制信号，广泛应用于工业自动化领域。
3. Foundation Fieldbus：这是另一种常用的现场总线协议，也
是IEC 61158标准的一种实现。
它采用数字通信和控制技术，
适用于过程控制系统。
4. Modbus：这是一种开放的现场总线协议，不属于IEC 61158标准，但在工业自动化领域得到了广泛应用。
它简单易用，适用于小型控制系统。
这些国际标准提供了一种统一的现场总线通信协议，使不同厂
家的设备可以进行互操作，提高了工业自动化系统的灵活性和可靠性。
常用现场总线种类介绍
常用现场总线种类介绍现场总线是一种用于工业现场的数字通讯网络，它可以连接各种智能设备，如传感器、控制器、执行器等，实现数据交换和控制功能。
现场总线有很多种类型，根据不同的应用领域、通讯协议和物理层标准，可以分为以下几类FF现场总线：一种专门用于过程自动化的现场总线，采用面向内容的编址方案和非破坏性的仲裁机制，支持多主站和分布式控制。
LonWorks现场总线：一种基于神经元芯片的分布式智能控制网络，最初用于楼宇自动化，后来扩展到工业自动化、数据采集、SCADA系统等领域。
Profibus现场总线：一种德国推出的现场总线标准，包括DP型、FMS 型和PA型三种子类型，分别适用于加工自动化、一般自动化和过程自动化。
CAN总线：一种最早用于汽车电子控制系统的现场总线，具有高速、高可靠、高性价比的特点，后来应用到工业自动化、医疗设备、航空航天等领域。
Devicenet：一种基于CAN技术的低成本、高性能的通讯网络，可以将各种工业设备连接到网络上，消除了硬接线的成本和复杂度，提供了设备级诊断功能。
HART总线：一种兼容4~20mA模拟信号的数字通讯标准，采用FSK频移键控信号，在模拟信号上叠加数字信号进行双向通讯，数据传输率为1.2kbps。
— 1 —CC-Link现场总线：一种由三菱电机为主导推出的现场总线，可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。
P-NET现场总线：一种由丹麦公司开发的现场总线，采用多重主站和多重网络结构，支持多重通信方式，适用于过程自动化、制造业自动化等领域。
WorldFIP现场总线：一种法国推出的现场总线，采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，不同应用领域采用不同的总线速率，支持多种通信方式和双总线结构。
— 2 —。
工控领域最流行的九大现场总线
工控领域最流行的九大现场总线目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。
1、FF现场总线FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation 于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。
这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。
这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。
1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。
致力于这项技术在中国的推广应用。
FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。
但是正由于FF是 1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。
一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。
否则，这个协议的开放性就没有意义了。
在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规范。
新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。
该模块可以显示有线HART及无线HART设备。
此外，该规范还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接触HART设备进行配置和资产管理的理想方法。
现场总线分类及标准
TYPE 3
• PROFIBUS协议是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产 商的现场总线标准，是一种用于工厂自动化车间级监控和现 场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备 层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络。为实现 工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
• PROFIBUS协议采用ISO/OSI模型的第一层、第二层和第七层。
• PROFIBUS提供三种通信协议类型:PROFIBUSDP(Decentralized Periphery )、PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification )和PROFIBUS-PA(Process Automation )。
✓ PROFIBUS－DP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制 系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代 24VDC或4－20mA信号传输。
✓ PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行 机构联在一根总线上，并有本征安全பைடு நூலகம்范。
✓ PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结 构．实时多主网络。
Profibus 是一种多主站系统，可以实现多个控制、配置或 可视化系统在一条总线上相互操作。拥有访问权 ( 令牌 ) 的 主站无需外部请求就可以发送数据。而从站是一种被动设备， 不享有总线访问权。从站只能对接收到的消息进行确认，或 者在主站请求时进行发送。波特率支持 9.6k 至 12M 。总线 上最多可连接 126个设备。 Profibus 也支持广播和多点通讯。
• 现场总线Profibus-PA设备主要应用于流程控制， PA通信以Profibus-DP扩展功能DPV1为基础。 DPV1是依据过程自动化需求而增加的功能，特 别适用于参数赋值、操作、智能现场设备的可视 化和报警处理等非循环的数据通信。
5种现场总线
CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。
在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。
由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。
为适应―减少线束的数量‖、―通过多个LAN，进行大量数据的高速通信‖的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。
此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,系统的实时性、可靠性较差;其次,CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CAN L与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。
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。
国标 现场总线标准
国标现场总线标准引言国标现场总线标准是指一种用于工业自动化领域的通信协议，它提供了数据传输和设备控制的标准化通信方式。
本文将介绍国标现场总线标准的基本概念、通信过程以及其在工业自动化中的应用。
一、基本概念1.1 现场总线现场总线是指将控制系统和现场设备连接起来的通信网络。
通过现场总线，控制系统可以实时地收集传感器和执行器的数据，并控制现场设备的运行。
1.2 国标现场总线标准国标现场总线标准是指由国家标准化机构制定的用于工业自动化领域的通信协议。
这种标准化的通信协议使得不同厂商的设备可以进行互联互通，从而提高了自动化系统的灵活性和可扩展性。
二、通信过程2.1 总线物理层总线物理层是指现场总线中用于传输数据的硬件接口。
现场总线标准定义了总线的物理特性，如电气信号、传输介质等。
2.2 数据链路层数据链路层是指现场总线中用于传输数据帧的协议。
这一层负责将数据帧进行分组和校验，以确保数据的正确传输。
2.3 应用层应用层是指现场总线中用于传输应用数据的协议。
应用层协议定义了数据的格式和解析方式，使得不同厂商的设备可以理解和处理同一种数据。
三、应用领域3.1 工业自动化国标现场总线标准广泛应用于工业自动化领域，如制造业、能源管理等。
通过现场总线，不同设备可以进行数据交换和远程控制，提高了生产效率和质量。
3.2 建筑自动化国标现场总线标准还可以应用于建筑自动化领域。
通过现场总线，建筑内的各种系统，如照明、空调、安防等可以进行集中管理和控制，实现智能化的建筑管理。
3.3 交通系统国标现场总线标准在交通系统中的应用日益广泛。
通过现场总线，交通信号灯、隧道监控等设备可以进行联动控制，提高了交通系统的运行效率和安全性。
四、挑战与发展4.1 兼容性由于不同厂商对于国标现场总线标准的实现可能存在差异，设备之间的兼容性成为了一个重要的问题。
需要进一步完善国标现场总线标准，确保不同厂商的设备可以无缝连接和交互。
4.2 安全性在工业自动化领域，数据的安全性是一个重要的考虑因素。
常见九大现场总线全解析
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什么是现场总线？现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。
它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。
这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，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。
现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。
由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。
目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。
下面让我一起去认识主要的几种总线。
一、FF现场总线FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA(北美部分，不包括欧洲)和ISPFoundation于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。
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
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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
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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
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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。
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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。
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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。
几种现场总线介绍
现场总线百科名片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）。
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。
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。
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。
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。
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 Type 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现场总线现场总线的特点及优点 (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。
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现场总线种类及标准介绍现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。
由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。
近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon 公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI （ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet 与ControlNet等等。
现场总线的种类主要有：基金会现场总线FF；ProfiBus；WorldFIP；ControlNet/DeviveNet；CAN等1、基金会现场总线FF现场总线基金会包含100多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。
它的前身是可互操作系统协议ISPInterperableSystemProtocol）--基于德国的ProfiBis标准，和工厂仪表世界协议WORLD （WorldFactoryInstrumentationProtocol）--基于法国的FIP标准。
ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层）。
另外增加了用户层。
2、ProfiBusProfiBus自1984年开始研制现场总线产品，现以成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，欧洲市场占有率大于40%，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
1996年6月ProfiBus被采纳为欧洲标准EN50170第二卷。
PNO为其用户组织，核心公司有：Siemens公司，E+H公司，Samson公司，Softing公司等。
ProfiBus技术特性：ProfiBus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络OSI （OpenSystemInterconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。
ProfiBus家族包括ProfiBus-DP，ProfiBus-PA，ProfiBus-FMS。
ProfiBus-DP（DecentralizedPeriphery）是一种高速和便宜的通信连接，用于自动控制系统和设备级分散的I/0之间进行通信。
ProfiBus-FMS （FieldBusMessageSpecification）用来解决车间级通用性通信任务。
与LLI （LowerLayerInterface）构成应用层，FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务，LLI协调了不同的通信关系并向FMS提供了不依赖设备访问数据链层。
ProfiBus-PA（ProcessAutomation）专为过程自动化而设计的，它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上。
根据IEC61158-2国际标准，ProfiBus-PA可用双绞线供电技术进行数据通信，数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议和描述现场设备的PA行规。
当使用电缆耦合器，ProfiBus-PA装置能很方便的连接到ProfiBus-DP网络。
[主要内容摘自“PROFIBUS-与现场总线国际标准”欧阳劲松梅恪]3、WorldFIPWorldFIP协会成立于1987年3月，以法国CEGELEC、SCHNEIDER等公司为基础开发了FIP（工厂仪表协议）现场总线系列产品。
协会有100多个成员，产品在法国市场占有率大于60%，欧洲约25%。
产品适用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化等领域。
1996年6月WorldFIP被采纳为欧洲标准EN50170。
WorldFIP是一个开放系统，不同系统、不同厂家生产的装置都可以使用WorldFIP，应用结构可以是集中型、分散型和主站-从站型。
WorldFIP现场总线构成的系统可分为三级：过程级、控制级和监控级，这样用单一的WorldFIP总线就可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的需要了。
WorldFIP协议有物理层、数据链路层和应用层组成。
应用层定义为两种：MPS 定义和SubMMS定义。
MPS是工厂周期/非周期服务，SubMMS是工厂报文的子集。
物理层的作用能够确保连接到总线上的装置间进行位信息的传递。
介质是屏蔽双绞线或光纤。
传输速度有31.25kb/s，1Mb/s和2.5Mb/s，标准速度是1Mb/s，使用光纤时最高可达5Mb/s。
WorldFIP的帧有三部分组成，即帧起始定界符（FSS），数据和检验字段，以及帧结束定界符。
应用层服务有三个不同的组：BAAS（Bus Arbitrator Application Services），MPS（Manufacturing Periodical / a Periodical Services），SubMMS（Subset of Messaging Services）。
MPS服务提供给用户：本地读/写服务，远方读/写服务，参数传输/接收指示，使用信息的刷新等。
处理单元通过WorldFIP的通信装置（通信数据库和通信芯片组成）挂到现场总线上。
通信芯片包括通信控制器和线驱动，通信控制器有FIPIU2，FIPCO1，FULLFIP2，MICROFIP等，线驱动器用于连接电缆（FIELDRIVE，CREOL）或光纤（FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS）。
通信数据库用于在通信控制器和用户应用之间建立链接。
[主要内容摘自“法国WorldFIP现场总线技术概况”缪学勤]4、ControlNet/DeviveNetControlNet的基础技术是在RockwellAutomation企业于1995年10月公布。
1997年7月成立了ControlNetInternational组织），Rockwell转让此项技术给该组织。
组织成员有50多个如ABBRoboties，HoneywellInc.，YokogawaCorp.ToshibaInternational，Procter&Gamble，OmronElectronicsInc.等。
DeviceNet的相关网址（/）传统的工厂级的控制体系结构有五层即工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层组成。
而Rockwell自动化系统简化为三层结构模式：信息层（Ethernet以太网），控制层（ControlNet控制网），设备层（DeviceNet设备网）。
ControlNet层常传输大量的I/O和对等通讯信息，具有确定性和可重复性的，紧密联系控制器和I/O设备的要求。
它具备如下特点：1）ControlNet在单根电缆上支持两种类型的信息传输：有实时性的控制信息和I/O数据传输，无时间苛求的信息发送和程序上/下载；2）ControlNet技术采取了一种新的通信模式，以生产者/客户模式取代了传统的源/目的模式它不仅支持传统的点对点通讯，而且允许同时向多个设备传递信息。
生产者/客户模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率；3）ControlNet使用同轴电缆可达6km，节点数99个，两个节点间距离最长达1000m，48个节点距离可长达250m，采用光纤和中继器后通讯距离可达几十公里。
ControlNet应用于过程控制，自动化制造等领域。
5、CANCAN(ControllerAreaNetwork)称为控制局域网，属于总线式通讯网络。
CAN总线规范了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。
CAN的数据链路层功能包括帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。
CAN网络具有如下特点：CANBUS网络上任意一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息，而不分主从。
通讯灵活，可方便地构成多机备份系统及分布式监测、控制系统。
网络上的节点可分成不同的优先级以满足不同的实时要求。
采用非破坏性总线裁决技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。
具有点对点，一点对点及全局广播传送接收数据的功能。
通讯距离最远可达10KM/5KBPS，通讯速率最高可达1MBPS/40M。
网络节点数实际可达110个。
每一帧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低。
每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极低，可靠性极高．通讯介质采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。
在传输信息出错严重时，节点可自动切断它与总线的联系，以使总线上的其它操作不受影响。
现场总线标准现场总线标准有如下种类：丹麦国家标准DSF21906：P-Net德国国家标准DIN19245（1-2）：ProfiBus-FMS德国国家标准DIN19245（3）：ProfiBus-DP德国国家标准DIN19245（4）：ProfiBus-PA法国国家标准FIPC46601-607：WorldFIP日本JEMA标准CC-Link美国国家标准ANSI/NEMA以等同方式支持的ISA/IEC标准草案1)ISA/IEC61158-1总论；2)ISA/IEC61158-2物理层规范3)ISA/IEC61158-3链路层服务定义1998/09/30未通过4)ISA/IEC61158-4链路层规范；1998/09/30未通过5)ISA/IEC61158-5应用层服务定义；1998/09/30未通过6)ISA/IEC61158-6应用层规范；1998/09/30未通过7)ISA/IEC61158-7管理系统8)ISA/IEC61158-8一致性试验9)ISA/IEC61804过程控制模块欧洲标准EN50170（CLC65CX）Vol.IP-NetVol.IIProfiBusVol.IIIWorldFIPVol.IVFF,联合王国(UK)IEC国家委员会提议Vol.VControlNet,联合王国(UK)IEC国家委员会提议欧洲标准EN50254（CLC65CX）1)ProfiBusDP2)FIPDWF3)Interbus欧洲标准EN50295（CLCTC17B）1)ASI欧洲标准prEN503251)DeviceNet美国Rockwell2)SDS美国Honeywell国际标准ISO118981)德国CANbus;2)美国DeviceNet;3)特性接近ProfiBus;国际标准IEC62026(IECSC65C)1)ASI法国、德国2)DeviceNet美国Rockwell3)SDS美国Honeywell。