工业数据通信和控制网络(现场总线)解析
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。”
001工业数据通信与控制网络-第1章现场总线技术概述
– 有能力掌管总线通信权的设备叫做总线主设备 – 在一条总线段上可连接多个主设备 – 某一时刻，一条总线段上只能有一个主设备执行其主设
备的功能
• 总线从设备(bus slaver)
– 没有能力对总线主动发起通信，只能接收总线信号、对 查询作出相应响应的设备称为总线从设备。
– 如ASI（Actuator Sensor Interface，执行器传感器接 口）总线
• 设备总线属于字节(Byte)级总线，其通信帧的长度 一般为几个到几十个字节
– 如CAN（Control Area Network）总线
• 现场总线则属于块(Block)级的总线,其通信帧的长度 可达到几百个字节，可支持分包传送。
– 互可操作性： • 互连设备间的信息传送与沟通； • 互用：不同生产厂家性能类似的设备可实现相互替换
– 通信的实时性：具有严格的时序和定时要求 • 达不到实时性要求或因时间同步等问题影响了网络节点间 的动作时序，甚至会造成灾难性的后果。
– 环境适应性 • 在高温、严寒、粉尘等恶劣环境下能正常工作，能抗震动、 抗电磁干扰、在易燃易爆环境下能保证本质安全，有能力 支持总线供电等
001工业数据通信与控制网络-第1章现场总线 技术概述
控制网络与现场总线
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精选现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen概述
（6）可使用多种线缆和连接器； （7）数据通信可采用事件驱动、远程请求、 同步传输等多种方式； （8）采用心跳报文、节点保护、寿命保护等 多种设备监控方式，有利于节点之间的可靠通 信； （9）提供典型的预定义主/从连接组，最多可 支持127个节点； （10）提供很大的灵活性，应用非常广泛。
1与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： ➢ 网络管理报文（NMT） ➢ 服务数据对象SDO(Service Data Object） ➢ 过程数据对象PDO（ProcessData Object） ➢ 预定义报文或者特殊功能对象
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CiA Draft Standard Proposal 402
1 2 3 4 5 6
PROFILE POSITION MODE(标准位置模式) HOMING MODE(回原点模式) INTERPOLATED POSITION MODE(插补位置模式) PROFILE VELOCITY MODE(标准速度模式) PROFILE TORQUE MODE(标准转矩模式) VELOCITY MODE(速度模式)
➢ 节点启动(boot-up)
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2024/3/30
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT Module Control
工业现场总线体系介绍
工业现场总线体系介绍工业现场总线（Industrial Fieldbus）是一种用于工业控制领域的通讯系统技术，它能够实现多个设备之间的数据交换和通信。
工业现场总线系统是由若干个节点组成的，每个节点可以连接一个或多个设备，包括传感器、执行器、PLC（可编程逻辑控制器）等。
总线系统可以实现设备之间的数据传输、控制指令传达等功能。
总线系统的主要作用是使各个设备之间可以实现信息的共享和集成。
传统的控制系统往往需要大量的硬件设备和复杂的布线，而总线系统可以通过一个统一的总线将各个设备连接在一起，大大减少了系统的复杂性和成本。
此外，总线系统还具有灵活性和可扩展性强的特点，可以根据实际需求对系统进行调整和升级。
工业现场总线的发展可以追溯到20世纪80年代初，当时的西门子公司首先提出了一种用于连接PLC的域总线系统，即PROFIBUS。
随后，其他公司也相继推出了自己的总线系统，如施耐德电气的Modbus、ABB的FieldBus和Yokogawa的HART等。
总线系统通常由以下几个组成部分构成：总线介质、节点、传输协议和应用软件。
总线介质是指传输信号的媒介，可以是电缆、光纤或无线信号。
不同的总线系统使用不同的总线介质，如PROFIBUS使用双绞线，而FOUNDATION Fieldbus使用双绞线或光纤。
节点是总线系统中的每个设备，每个节点都有唯一的地址。
节点可以是传感器、执行器、PLC等，它们通过总线与其他设备进行通信和数据交换。
节点可以发送和接收数据，根据命令进行相应的操作。
传输协议是总线系统中节点之间通信的规范和约定。
传输协议定义了数据的格式、传输速率、错误检测和纠正等功能。
不同的总线系统使用不同的传输协议，如PROFIBUS使用RS-485作为物理层协议，而FOUNDATION Fieldbus使用HART作为物理层协议。
应用软件是用于配置和管理总线系统的软件。
应用软件可以用于设置节点的地址、数据采集和监控、故障诊断等功能。
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在当今高度自动化和智能化的工业生产环境中，数据通信与工业控制网络扮演着至关重要的角色。
它们是实现工业设备之间高效、准确信息传递和协同工作的关键基础设施。
接下来，让我们一起深入了解这一领域的重要知识点。
一、数据通信基础数据通信是指在不同设备之间传输数据的过程。
这包括了数据源的生成、数据的编码与调制、数据的传输介质选择以及数据的接收和解码。
（一）数据编码与调制在数据通信中，为了使数据能够在传输介质中有效传输，需要对原始数据进行编码和调制。
常见的编码方式有不归零编码（NRZ）、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。
而调制则是将数字信号转换为模拟信号的过程，常见的调制方式有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等。
（二）传输介质传输介质是数据传输的物理路径，常见的有双绞线、同轴电缆、光纤和无线介质等。
双绞线成本较低，适用于短距离传输；同轴电缆具有较好的抗干扰能力，常用于有线电视和早期的网络布线；光纤则具有极高的带宽和传输距离，适用于高速、长距离的数据传输；无线介质如 WiFi、蓝牙等则提供了便捷的移动性和灵活性。
（三）数据传输方式数据传输可以分为串行传输和并行传输。
串行传输是逐位依次传输数据，线路成本低，适用于远距离传输；并行传输则是同时传输多位数据，速度快但线路复杂，成本高，适用于短距离、高速传输。
二、工业控制网络的类型工业控制网络根据应用场景和需求的不同，可以分为多种类型。
（一）现场总线现场总线是一种用于工业现场设备之间通信的网络，如CAN 总线、Profibus 总线等。
它具有实时性强、可靠性高、成本低等优点，广泛应用于制造业、自动化生产线等领域。
（二）工业以太网工业以太网是将以太网技术应用于工业控制领域，它在以太网的基础上增加了实时性、可靠性和安全性等方面的特性，能够满足工业控制对网络性能的要求。
（三）无线网络随着无线技术的发展，工业无线网络也逐渐得到应用，如 Zigbee、WirelessHART 等。
什么是现场总线和工业以太网？有什么区别？工业以太网也是工业通信网络!
什么是现场总线和工业以太网？有什么区别？工业以太网也是工业通信网络！摘要: 随着智能制造工业4.0”战略方针的开展，通信技术、计算机技术、IT 技术的发展已经逐渐的渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业以太网技术和工业现场总线技术，为自动化技术带来很有力的推动。
那幺下面我就来给...随着智能制造”工业4.0”战略方针的开展，通信技术、计算机技术、IT 技术的发展已经逐渐的渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业以太网技术和工业现场总线技术，为自动化技术带来很有力的推动。
那幺下面我就来给大家介绍一下现场总线和工业以太网技术！现场总线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，它是应用在生产现场，连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、分支结构的通信网络。
1、现场总线测量系统现场总线的测量系统主要特点是多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多的功能，由于是采用数字信号，具有准确性高、分辨率高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，还可以对处理过程进行调整。
2、设备管理系统可以提供设备自身及过程的管理信息、诊断信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息等。
现场总线原理图3、现场总线控制系统现场总线控制系统是整个系统重要组成部分，控制系统的软件有仿真软件、组态软件、设备软件、维护软件和监控软件等。
首先要选择开发组态软件，控制操作人机接口软件MMI，这些通过组态软件，完成功能块之间的连接，在选定功能块的参数，进行网络组态。
4、数据库数据库是有组织的，动态的存储大量有关数据与应用程序，从而实现数据的交叉访问和数据共享，有很高的独立性。
工业设备在运行的过程当中参数连续发生变化，数据量也很大，控制与操作的实时性要求很高，所以就形成了一个可以互访操作的分布关系及实时性的数据系统。
现场总线服务模块5、总线系统计算机服务模块以客户机/服务器模式是当前比较流行的网络计算机模式。
PROFIBUS现场总线技术__工业数据通信与控制网络
PROFIBUS 总线访问方式：多主令牌环；主从通信
令牌方式 主从方式
PLC
主动站、主设备
PC
PLC
PROFIBUS
被动站、从设备
.
令牌环
.
令牌传递
M3
M5
轮询
M6
M8
S1
S2
S4
S7S9SFra bibliotek0M:Master (active stations) 主站 S:Slave (passive stations) 从站
PROFIBUS 网络的构成
PROFIBUS 主站(一类主站，必需)
中央可编程控制器，如
PLC、PC ,支持主站功能的通讯处理
器（通信控制和管理）
PROFIBUS 从站
•分布式I/O、支持DP 接口的传动装置 •支持从站功能的通讯处理器
•其它支持 DP 接口的输入、输出或智能设备
PROFIBUS 网络部件 •通信介质—电缆
误差。两个总线终端电阻必须永远有电源。 (4) 当分段站超过32个时，必须使用中继器用以连接各总线段。
串联的中继器一般不超过3个。如图所示：
每个分段上最多可接32个站（主站或从站）
(5) 电缆最大长度取决于传输速率。如使用A型电缆，则传输速 率与长度如下表
(6) 当连接各站时，应确保数据线不要拧绞，系统在高电磁 发射环境（如汽车制造业）下运行应使用带屛蔽的电缆，屏 蔽可提高电磁兼容性（EMC）。 (7) 如用屏蔽编织线和屏蔽箔，应在两端与保护接地连接， 并通过尽可能的大面积屏蔽接线来复盖，以保持良好的传导 性。另外建议数据线必须与高压线隔离。 (8) 超过500Kbit/s的数据传输速率时应避免使用短截线段 ，应使用市场上现有的插头可使数据输入和输出电缆直接与 插头连接，而且总线插头可在任何时候接通或断开而并不中 断其它站的数据通信。
现场总线与工业以太网CAN总线
现场总线的应用领域
1 工业自动化
现场总线广泛应用于工业 自动化领域，可以连接各 种传感器、执行器和控制 设备。
2 智能建筑
现场总线可用于实现智能 建筑系统，如自动调光、 空调控制和安防监控。
3 交通运输
现场总线在交通运输领域 中用于车辆控制、交通信 号控制和智能交通管理。
工业以太网CAN总线的定义和特点
什么是工业以太网CAN总线
工业以太网CAN总线是一种用于工业控制系统的 高速通信协议，具有分布式控制和实时性的特 点。
特点
工业以太网CAN总线具有高可靠性、抗干扰性强、 支持多主控制的特点，适用于复杂的工业环境。
工业以太网CAN总线的应用领域
1 汽车制造
工业以太网CAN总线广泛应用于汽车制造领域，用于车辆控制和数据通信。
现场总线
优势：实时性好、可扩展性强 劣势：系统复杂、通信速率较低
工业以太网CAN总线
优势：通信速率高、可靠性强 劣势：系统复杂性较低
结论和总结
现场总线和工业以太网CAN总线都是用于工业自动化领域的通信协议，根据实 际需求选择合适的协议对于构建可靠的控制系统至关重要。
现场总线与工业以太网 CAN总线
现场总线和工业以太网CAN总线是工业领域中常见的通信协议。本次演讲将深 入探讨它们的定义、特点、应用领域以及比较优劣。
现场总线的定义和特点
什么是现场总线
现场总线是一种用于工业自动化中的数字通信协议，允许多个设备共享同一通信线路。
特点
现场总线具有实时性好、可扩展性强、可靠性高的特点，能够支持复杂的工业控制系统。
2 工业自动化
工业以太网CAN总线可用于工业自动化系统的设备连接和实时通信。
3 能源监控
工业自动化仪表现场总线通讯技术研究
工业自动化仪表现场总线通讯技术研究随着工业自动化程度的不断提高，各种仪表设备的应用也越来越广泛。
在工业现场，各种传感器、执行器、控制器等设备为了实现互相之间的通讯和协同工作，需要采用各种通讯技术。
现场总线通讯技术是目前工业自动化中最常用的一种通讯方式，它能够实现设备之间的数据交换和控制指令的传输，极大地提高了现场设备的智能化和自动化水平。
本文将对工业自动化仪表现场总线通讯技术进行深入研究，探讨其应用、发展和未来趋势。
一、现场总线通讯技术概述现场总线是指用于连接现场设备和控制系统之间的一种通讯网络。
它通过将各种传感器、执行器、控制器等设备连接在一起，实现数据通讯和控制指令传输的功能。
现场总线通讯技术的应用可以极大地简化工业现场设备的布线、减少工装和仪表数量、提高系统的集成度和可靠性。
现场总线通讯技术的发展经历了几个阶段，从最初的单纯数据传输到后来的实时控制和数据采集，再到现在的智能化应用。
目前，工业自动化领域最常用的现场总线通讯技术有Profibus、Modbus、CAN、Ethernet等。
这些通讯技术各有特点，可以满足不同工业现场的需求。
工业自动化仪表现场总线通讯技术在各种工业现场都得到了广泛的应用。
它可以用于监测现场设备的状态、采集数据、传输控制指令等功能。
在工厂生产线上，各种传感器可以通过现场总线与PLC连接，实时监测生产设备的状态，及时采集数据，从而实现生产线的智能化管理。
在电力系统中，现场总线通讯技术可以连接各种变电设备，实时监测电网负荷、电流、功率等数据，提高电网的安全性和稳定性。
现场总线通讯技术还被广泛应用于工业机器人、自动化仓储系统、智能交通等领域，为工业自动化提供了强有力的支持。
现场总线通讯技术已经成为工业自动化的基础设施，推动了工业生产的智能化和自动化。
随着工业化的不断推进和科技的发展，现场总线通讯技术也在不断创新和发展。
未来，现场总线通讯技术将朝着以下几个方向发展：1. 高速化：随着工业生产速度的不断提高，传感器和控制器对数据传输的要求也越来越高。
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。
工业数据通信和控制网络(概述)
4
举例
一个一般过程控制系统
控制器2
控制器1
执行器
流量
液位
流量变送器
液位变送器
5
1.1.1
工业自动化技术及发展趋势
工业控制自动化技术：是工业自动化的核心，它是一种 运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业 生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到 增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性 技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。
电动信号模拟控制系统
1-5V直流电压信号等模拟信号向集中控制室传输信号，
为模拟式电子仪表与电动单元组合的自动控制系统
缺点：线缆较多，信号变化缓慢，信号传输的抗干扰能 力差
年代： 20世纪50年代
8
1.3
工业控制系统的发展历程
集中式数字控制系统
经历了直接数字控制、集中型计算机控制和分层计算机控制
它主要解决生产效率与一致性问题。虽然自动化系统本 身并不直接创造效益，但它对企业生产过程有明显的提升作 用。目前，工业控制自动化技术正在向智能化、网络化和集 成化方向发展。
6
1.3
工业控制系统的发展历程
工业控制系统的发展经历了以下5个阶段：
气动信号控制系统（Pneumatic Control System，PCS ）
人工控制阶段，使用3～5psi（压力单位，每平方英寸几
磅）的标准气动信号，操作人员通过对生产现场的巡视 来了解生产过程，并在现场直接把被控对象的参数调整
在预定值上。
缺点：仪表信号不能传送给别的仪表或系统 年代： 20世纪50年代以前
7
第一讲工业数据通信和控制网络技术基
• Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification） • Profibus-PA（Process Automation） • Profibus-DP（Decentralised Peripherals） – 采用ISO/OSI的物理层、数据链路层和应用层 – 传输速率为9.6kbps-12Mbps,传输距离为100m-1.2km – 采用总线型、树型、 星型 – 支持双绞线和光纤 –制造自动化和过程控制自动化,电力,铁路交通
– 采用物理层,数据链路层和应用层 – 可选数据传输速率125Kbps,250Kbps,500Kbps – 对等（peer to peer)，多主和主从通信方式 – 可带电更换网络节点，在线修改网络配置 – 基于CAN总线简介
• 控制网(ControlNet)
(2)从智能传感器到智能调节阀的信号一直保持数字化， 从而极大地提高了抗干扰能力。
(3)是一种开放式的互联网，它可与同层网络相连，也可 与不同层网络相连。
(4)降低成本、组合扩展容易、安装及维护简便。
5、大力研究和发展智能控制系统
为什么需要智能控制：工业自动化中工业控制系统的设计 和分析是建立在精确的系统数学模型基础上的，而实际应用 的控制系统由于各种因素的影响，无法获得精确的数学模型； 同时，为了提高控制性能，整个控制系统会变得极其复杂， 增加了设备的投资，降低了系统的可靠性。
3、面向测控管一体化设计的集散控制系统
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。
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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。
1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-6 1158开始生效，除H1、HSE和PA外，还有WorldFIP、Inter bus、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（Foundation Fieldbus）主要适用于过程控制
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。
※IEC 61158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Type1的 框架组织各自的行规，但不改变 各组织专有的行规（Profile） 。
※IEC标准的其中Type2～Type8需 要对Type1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。
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
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
现场总线模型 用户层（程序）
现场总线信息规范子层FMS
7
现场总线访问子层FAS
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
H1 服务器
H1
H2 现场总线 现场设备 124
H1 H1
网桥
H1 现场总线 32
现场设备 H1 现场总线
32 现场设备
FCS控制层 原理图
(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。来自SC 11124
IP
IP
104A
IP
102
104B
Heater CV-101 A/O
Cooler TT 104
SC 112 25
21
TT 105
DT FT 109 110
SC 110 23
AT
AT
106
107A
AT
107B
22
LT 108
SC 108
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
包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点 通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
网
位于 生产控制 的底层
络
网络结构
体
系
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。
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 指网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。
控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度 的分散性。
IEC61158现场总线标准
IEC 61158
Type1：IEC 61158技术报告★ Type2：ControlNet Type3：Profibus ★ Type4：P－Net Type5：FF HSE ★ Type6：SwiftNET Type7：WorldFIP Type8：Interbus
• （1）FF_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(IEEE 802.3)+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。
6
5
4
3
2
数据链路层
1
物理层
用户层 通信栈 物理层
基金会现场总线 FF
• －FF由FIP（WorldFip North American ）和ISP（InterOperable Syst em Project ），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。
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
控制室 PC
Green Liquor Storage 19
20
H1 现场总线 # 1网段
H1 现场总线 # 3 网段
LT
LT
111
112
H1 现场总线 # 2网段
LT 101
Re-Burned Purchased
Lime
Lime
FT 102
AT 103
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/Highway Filedbus
IPC、PLC…… I/O子系统
Controller/Getway 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