过程控制的三大装置之FCS
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ISO数据层 （第二层） ISO物理层 （第一层）
ISO介质 （0层）
3.4 FCS的应用
FF在浙江玻璃股份有限公司长兴工厂的应
用 3.4.1 项目介绍 一条800T/D生产线建成投产。主要生产4－ 19mm的汽车玻璃和幕墙玻璃。总投资为4 亿元人民币，其电气仪表设备的投入为 4000万元。
构机制。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多 主站运行和分散仲裁的串行总线。
3.3 FCS的分类
3.3.6 DeviceNet DeviceNet 是CAN 的应用层协议的一种。CAN 的应 用层协议是在现有的底层协议物理层和数据链路层之 上实现的高层协议，是在CAN 规范的基础上发展起来 的应用层。 ISO应用层 （第七层） DeviceNet 协议 CAN协议 物理层 传输介质
制造业自动化 PROFIBUS-DP
过程自动化 PROFIBUS-PA
通用
——大范围应用 ——多主通信
快速
——即插即源自文库 ——高效低成本
面向应用
——总线供电 ——本质安全
3.3 FCS的分类
（1）Profibus—DP
Profibus-DP（Decentralized Periphery） 用于自动控制系统和设备级分散的I/O之间的通
3.1.2.4 FCS的控制
现在采用了开放的、可互连的网络技术将 现场的各种仪表相互连接，把控制功能彻 底下放到现场，降低了安装成本和维护费
用。
3.1 FCS的定义与产生
3.2 FCS的构成与特点
3.2.1 构成 智能设备和传输介质（较多使用双绞线）
工作站
现场总线
执 行 器
现场总线接口
3.3 FCS的分类
（3）Profibus-PA
Profibus-PA（Process Automation） 用于过程自动化 它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上，可应用
于本质安全领域 根据IEC61158－2国际标准，Profibus-PA可用双电缆总 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， 使用电缆耦合器，Profibus-PA装置能很方便的连接到 Profibus-DP网络。
3.4 FCS的应用
3.4.2 自控系统的配置
DeltaV 9.3
系统规模1400DST 大规模采用总线系统设备 FF DP Modbus
AMS 智能设备管理软件
3.4 FCS的应用
3.4.3 现场仪表的概况 Rosemount® 罗斯蒙特变
送器 848T多点温度变送器 Fisher® 费希尔阀门和总 线型数字阀门定位器 (DVC)
传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递
一路信号。现场智能设备在一条线上既可 以向上传递传感器信号，也可以向下传递 控制信号。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.5节省布线及控制室空间 传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到控 制室，控制室设有配线架。现场总线使多台智 能设备串行连接在一条总线上，只需要极少的 线进入控制室，节省了大量布线费用。 3.2.2.6互操作性 现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作， 用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产
监控计算机 网关 现场总线
压力、温度 流量
开关量
智能阀
PLC
3.1 FCS的定义与产生
3.1.2 产生 3.1.2.1 仪表控制 早期的控制系统是由仪表构成，仪表之间传输 的信号为1～5V或4～20mA的直流信号，信号 的精度较低，传输过程中易受干扰。 3.1.2.2计算机控制 后来的集中数字控制系统由单片机、计算机和 PLC构成，内部传输的是数字信号，克服了仪 表中信号精度较低的缺点，提高了抗干扰能力。 整个系统的可靠性低，风险高度集中。
3.3 FCS的分类
系统测试技术包括通信系统的一致性于互
操作性测试技术，总线监听分析技术，系 统的功能、性能测试技术等。
3.3 FCS的分类
3.3.2 过程总线 Process Field Bus广泛应用于制造加工自动化、
过程自动化和楼宇自动化领域。Profibus的传输速率 为9.6～12kbps，最大传输距离在12kbps时为1000m，
目录
1.可编程逻辑控制器PLC
2.集散控制系统DCS
3.现场总线控制系统FCS
3.现场总线控制系统FCS
3.1 FCS的定义与产生
3.2 FCS的构成与特点
3.3 FCS的分类 3.4 FCS的应用
3.1 FCS的定义与产生
3.1.1 定义
现场总线是连接智能现场设备和自动化系 统的全数字、双向、多分支结构的通讯网 路。是底层控制网络的最高层次。
DCS
美国霍尼威尔公司
（HONYWELL） 1975年研制成功了 第一台集散控制系 统TDCS-2000，从此 诞生了集中分散式 控制系统（Total Distributed Controll System，简称 DCS）。
FCS
美国罗斯蒙特公司
（ROSEMOONT） 1991年研制成功了 第一台现场总线控 制系统DeltaV，现 场总线控制系统从 此诞生了（Fild Bus Controll System， 简称FCS）。
3.1 FCS的定义与产生
3.1.2.3 DCS控制
再后来采用分散控制、集中管理的控制系 统由DCS构成，在20世纪末期逐步占据了控 制的主导地位。 因为DCS系统及现场设备相互连接的信号是 4-20mA，所以网关通讯程序开发工作量大。
而且信号送到控制站需要很多连接线。
3.1 FCS的定义与产生
允许现场仪表直接从通讯线上摄取能量，
总线供电方式。
3.3 FCS的分类
3.3.1 基金会现场总线
FF（Foundation Fieldbus），用于过程自动化领域。分 为H1和H2两种。 H1： 传输速率为31.25kbps，通信距离为1900m，网络结构为总 线/菊花链/树型，支持总线供电、本质安全防爆、点对点 连接。 H2： 传输速率为1Mbps/2.5Mbps，通信距离为750m/500m，网络 结构为总线，传输介质为双绞线/光缆/无线发射，协议为 IEC1158-2标准。
1983年为汽车应用而开发的。信号传输采用短帧结构， 每一帧的有效字节数为８个，因而传输时间短，受干 扰的概率低．广泛应用在汽车制造业以及航空工业中。 通讯介质为双绞线/同轴电缆/光纤。
通讯距离与波特率有关，最大通讯距离可达 10km，最
大通讯波特率可达1Mbps。
CAN总线仲裁采用11位标识和非破坏性逐位仲裁总线结
3.3 FCS的分类
3.3.2.2Profibus通信方式
PROFIBUS的通信为主从式。
主站决定了总线的数据通信，当主站获得总线控制
权（令牌）时，可以主动发送信息，不需要外界请 求。从站只能对接收的信息进行确认或在主站发出 请求后向主站发送
主站间的通信采用逻辑令牌控制方式
所有的主站构成一个逻辑令牌环，令牌传递程序保
3.3 FCS的分类
FF通信技术包括通信模型、通信协议、通信 控制器芯片、网络与系统管理等内容。 它涉及一系列与网络相关的软硬件，例如通 信笺软件、通信接口卡、与计算机的接口 卡、各种网关、网桥、中继器等。它是现 场总线的核心基础技术之一。
3.3 FCS的分类
系统集成技术包括通信系统与控制系统的集 成。例如网络通信系统组态、网络拓扑、 配线、网络系统管理、控制系统组态、人 机接口、系统管理维护等。这是一项综合 性技术。
3.3 FCS的分类
3.3.4WorldFIP
具有单一的总线，可用于过程控制及离散控制，
没有任何网桥或网关；低速与高速部分的衔接
使用软件的办法解决；有较完整的系列产品，
可以和互联网连接。
3.3 FCS的分类
3.3.5控制器局域网 CAN（Controller area network ）是德国Bosch公司于
1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。传输介
质为双绞线/光缆，最多可挂接127个站点。支持 PROFIBUS的自控厂商已多达250家，产品2000多种， 应用项目20万个，安装的节点达250多万个。
3.3 FCS的分类 3.3.2.1Profibus三种基本类型
通用性自动化 PROFIBUS-FMS
信 使用Profibus-DP可取代24V或4～20mA的信号传 输 Profibus-DP可使用RS－485和传输光纤技术。
3.3 FCS的分类 （2）Profibus-FMS
Profibus-FMS（Fieldbus Message
Specification）
用于车间级的通信。 Profibus-FMS可使用RS－485和光纤传输技术。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.2全分布
各个智能设备有足够的自主性，彼此之 间相互通信，各种控制功能可以分散到各 种仪表中，从而省略一个中央控制计算机， 实现了真正的分布式控制。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.3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，使现场总线成为一种开放的 技术。 3.2.2.4双向传输
证每个主站在确定的时间得到总线存取权（令牌）， 以确保在任何时刻只有一个站点发送数据
3.3 FCS的分类
令牌是一种实报文（实令牌） 。
令牌环是所有主站的组织链，按照主站的地址 构成逻辑环，令牌在规定的时间按地址的升序 依次在各主站间传递， 令牌循环一周的时间事先规定，各主站持有令 牌的时间取决于令牌配置的循环时间。
3.3 FCS的分类
FF协议结构
3.3 FCS的分类
FF提供一个通用结构，把实现控制系统所需的 各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准 化，规定它们各自的输入、输出、算法、事件、 参数和块控制图，把它们组成可在某个现场智 能设备中执行的应用进程。便于实现不同制造 商产品的混合组态与调用。功能块的通用结构 是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网 络功能与自动化功能的基础。
自动化导论
可编程逻辑控制器PLC//集散控制系统DCS//现场总线控制系统FCS
自动化装置
北京化工大学自动化系张永德
自动化装置
可编程控制器PLC
集散控制系统DCS
现场总线控制系统FCS ----是当代过程控制的三大支柱工具。
PLC
美国数字设备公司
（DEC）1969年研 制成功了第一台可 编程序控制器PDP— 14，由于当时主要 用于顺序控制，只 能进行逻辑运算， 故称为可编程序逻 辑控制器 （Programmable Logic Controller，简 称PLC）。
D/A
微处理器 A/D 传感器
点现 场 节
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2 特点
3.2.2.1 全数字化
将生产管理与生产自动化结合在一起是工业界 的追求，FCS的出现才有可能高效、低成本地
实现。生产管理的局域网和用于自动控制的现 场总线网络连在一起。数字化信号固有的高精 度、抗干扰特性提高了控制系统的可靠性。现 场总线使自控系统和仪表加入工厂信息网络， 成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的范 围一直延伸到生产现场。
主从站间采用主从通信方式。拥有令牌的主站
可与从站通信，向从站发送或索取信息。
3.3 FCS的分类
3.3.3 LonWorks
LonWorks技术是采用神经元芯片(Neuron Chip)技术，在 ISO的OSI七层协议上实现的网络控制技术，采用面向对 象的编程方法，使用网络变量或显式消息进行相互通信。 传输速率为300bps—1.5Mbps不等,传输距离为2700m, 通信介质为双绞线/同轴电缆/光纤/射频/红外线/电力线 等。
品，集成在一起，有效地促进了竞争，降低了 系统的成本。为用户提供了更灵活的主动权。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.7 智能化与自诊断性
现场智能设备具有CPU，能处理各种参数、 运行状态及故障信息，能在部件、甚至网 络故障的情况下独立工作，大大提高了整
个控制系统的可靠性和容错能力。 3.2.2.8 通讯线供电
ISO介质 （0层）
3.4 FCS的应用
FF在浙江玻璃股份有限公司长兴工厂的应
用 3.4.1 项目介绍 一条800T/D生产线建成投产。主要生产4－ 19mm的汽车玻璃和幕墙玻璃。总投资为4 亿元人民币，其电气仪表设备的投入为 4000万元。
构机制。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多 主站运行和分散仲裁的串行总线。
3.3 FCS的分类
3.3.6 DeviceNet DeviceNet 是CAN 的应用层协议的一种。CAN 的应 用层协议是在现有的底层协议物理层和数据链路层之 上实现的高层协议，是在CAN 规范的基础上发展起来 的应用层。 ISO应用层 （第七层） DeviceNet 协议 CAN协议 物理层 传输介质
制造业自动化 PROFIBUS-DP
过程自动化 PROFIBUS-PA
通用
——大范围应用 ——多主通信
快速
——即插即源自文库 ——高效低成本
面向应用
——总线供电 ——本质安全
3.3 FCS的分类
（1）Profibus—DP
Profibus-DP（Decentralized Periphery） 用于自动控制系统和设备级分散的I/O之间的通
3.1.2.4 FCS的控制
现在采用了开放的、可互连的网络技术将 现场的各种仪表相互连接，把控制功能彻 底下放到现场，降低了安装成本和维护费
用。
3.1 FCS的定义与产生
3.2 FCS的构成与特点
3.2.1 构成 智能设备和传输介质（较多使用双绞线）
工作站
现场总线
执 行 器
现场总线接口
3.3 FCS的分类
（3）Profibus-PA
Profibus-PA（Process Automation） 用于过程自动化 它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上，可应用
于本质安全领域 根据IEC61158－2国际标准，Profibus-PA可用双电缆总 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， 使用电缆耦合器，Profibus-PA装置能很方便的连接到 Profibus-DP网络。
3.4 FCS的应用
3.4.2 自控系统的配置
DeltaV 9.3
系统规模1400DST 大规模采用总线系统设备 FF DP Modbus
AMS 智能设备管理软件
3.4 FCS的应用
3.4.3 现场仪表的概况 Rosemount® 罗斯蒙特变
送器 848T多点温度变送器 Fisher® 费希尔阀门和总 线型数字阀门定位器 (DVC)
传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递
一路信号。现场智能设备在一条线上既可 以向上传递传感器信号，也可以向下传递 控制信号。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.5节省布线及控制室空间 传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到控 制室，控制室设有配线架。现场总线使多台智 能设备串行连接在一条总线上，只需要极少的 线进入控制室，节省了大量布线费用。 3.2.2.6互操作性 现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作， 用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产
监控计算机 网关 现场总线
压力、温度 流量
开关量
智能阀
PLC
3.1 FCS的定义与产生
3.1.2 产生 3.1.2.1 仪表控制 早期的控制系统是由仪表构成，仪表之间传输 的信号为1～5V或4～20mA的直流信号，信号 的精度较低，传输过程中易受干扰。 3.1.2.2计算机控制 后来的集中数字控制系统由单片机、计算机和 PLC构成，内部传输的是数字信号，克服了仪 表中信号精度较低的缺点，提高了抗干扰能力。 整个系统的可靠性低，风险高度集中。
3.3 FCS的分类
系统测试技术包括通信系统的一致性于互
操作性测试技术，总线监听分析技术，系 统的功能、性能测试技术等。
3.3 FCS的分类
3.3.2 过程总线 Process Field Bus广泛应用于制造加工自动化、
过程自动化和楼宇自动化领域。Profibus的传输速率 为9.6～12kbps，最大传输距离在12kbps时为1000m，
目录
1.可编程逻辑控制器PLC
2.集散控制系统DCS
3.现场总线控制系统FCS
3.现场总线控制系统FCS
3.1 FCS的定义与产生
3.2 FCS的构成与特点
3.3 FCS的分类 3.4 FCS的应用
3.1 FCS的定义与产生
3.1.1 定义
现场总线是连接智能现场设备和自动化系 统的全数字、双向、多分支结构的通讯网 路。是底层控制网络的最高层次。
DCS
美国霍尼威尔公司
（HONYWELL） 1975年研制成功了 第一台集散控制系 统TDCS-2000，从此 诞生了集中分散式 控制系统（Total Distributed Controll System，简称 DCS）。
FCS
美国罗斯蒙特公司
（ROSEMOONT） 1991年研制成功了 第一台现场总线控 制系统DeltaV，现 场总线控制系统从 此诞生了（Fild Bus Controll System， 简称FCS）。
3.1 FCS的定义与产生
3.1.2.3 DCS控制
再后来采用分散控制、集中管理的控制系 统由DCS构成，在20世纪末期逐步占据了控 制的主导地位。 因为DCS系统及现场设备相互连接的信号是 4-20mA，所以网关通讯程序开发工作量大。
而且信号送到控制站需要很多连接线。
3.1 FCS的定义与产生
允许现场仪表直接从通讯线上摄取能量，
总线供电方式。
3.3 FCS的分类
3.3.1 基金会现场总线
FF（Foundation Fieldbus），用于过程自动化领域。分 为H1和H2两种。 H1： 传输速率为31.25kbps，通信距离为1900m，网络结构为总 线/菊花链/树型，支持总线供电、本质安全防爆、点对点 连接。 H2： 传输速率为1Mbps/2.5Mbps，通信距离为750m/500m，网络 结构为总线，传输介质为双绞线/光缆/无线发射，协议为 IEC1158-2标准。
1983年为汽车应用而开发的。信号传输采用短帧结构， 每一帧的有效字节数为８个，因而传输时间短，受干 扰的概率低．广泛应用在汽车制造业以及航空工业中。 通讯介质为双绞线/同轴电缆/光纤。
通讯距离与波特率有关，最大通讯距离可达 10km，最
大通讯波特率可达1Mbps。
CAN总线仲裁采用11位标识和非破坏性逐位仲裁总线结
3.3 FCS的分类
3.3.2.2Profibus通信方式
PROFIBUS的通信为主从式。
主站决定了总线的数据通信，当主站获得总线控制
权（令牌）时，可以主动发送信息，不需要外界请 求。从站只能对接收的信息进行确认或在主站发出 请求后向主站发送
主站间的通信采用逻辑令牌控制方式
所有的主站构成一个逻辑令牌环，令牌传递程序保
3.3 FCS的分类
FF通信技术包括通信模型、通信协议、通信 控制器芯片、网络与系统管理等内容。 它涉及一系列与网络相关的软硬件，例如通 信笺软件、通信接口卡、与计算机的接口 卡、各种网关、网桥、中继器等。它是现 场总线的核心基础技术之一。
3.3 FCS的分类
系统集成技术包括通信系统与控制系统的集 成。例如网络通信系统组态、网络拓扑、 配线、网络系统管理、控制系统组态、人 机接口、系统管理维护等。这是一项综合 性技术。
3.3 FCS的分类
3.3.4WorldFIP
具有单一的总线，可用于过程控制及离散控制，
没有任何网桥或网关；低速与高速部分的衔接
使用软件的办法解决；有较完整的系列产品，
可以和互联网连接。
3.3 FCS的分类
3.3.5控制器局域网 CAN（Controller area network ）是德国Bosch公司于
1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。传输介
质为双绞线/光缆，最多可挂接127个站点。支持 PROFIBUS的自控厂商已多达250家，产品2000多种， 应用项目20万个，安装的节点达250多万个。
3.3 FCS的分类 3.3.2.1Profibus三种基本类型
通用性自动化 PROFIBUS-FMS
信 使用Profibus-DP可取代24V或4～20mA的信号传 输 Profibus-DP可使用RS－485和传输光纤技术。
3.3 FCS的分类 （2）Profibus-FMS
Profibus-FMS（Fieldbus Message
Specification）
用于车间级的通信。 Profibus-FMS可使用RS－485和光纤传输技术。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.2全分布
各个智能设备有足够的自主性，彼此之 间相互通信，各种控制功能可以分散到各 种仪表中，从而省略一个中央控制计算机， 实现了真正的分布式控制。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.3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，使现场总线成为一种开放的 技术。 3.2.2.4双向传输
证每个主站在确定的时间得到总线存取权（令牌）， 以确保在任何时刻只有一个站点发送数据
3.3 FCS的分类
令牌是一种实报文（实令牌） 。
令牌环是所有主站的组织链，按照主站的地址 构成逻辑环，令牌在规定的时间按地址的升序 依次在各主站间传递， 令牌循环一周的时间事先规定，各主站持有令 牌的时间取决于令牌配置的循环时间。
3.3 FCS的分类
FF协议结构
3.3 FCS的分类
FF提供一个通用结构，把实现控制系统所需的 各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准 化，规定它们各自的输入、输出、算法、事件、 参数和块控制图，把它们组成可在某个现场智 能设备中执行的应用进程。便于实现不同制造 商产品的混合组态与调用。功能块的通用结构 是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网 络功能与自动化功能的基础。
自动化导论
可编程逻辑控制器PLC//集散控制系统DCS//现场总线控制系统FCS
自动化装置
北京化工大学自动化系张永德
自动化装置
可编程控制器PLC
集散控制系统DCS
现场总线控制系统FCS ----是当代过程控制的三大支柱工具。
PLC
美国数字设备公司
（DEC）1969年研 制成功了第一台可 编程序控制器PDP— 14，由于当时主要 用于顺序控制，只 能进行逻辑运算， 故称为可编程序逻 辑控制器 （Programmable Logic Controller，简 称PLC）。
D/A
微处理器 A/D 传感器
点现 场 节
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2 特点
3.2.2.1 全数字化
将生产管理与生产自动化结合在一起是工业界 的追求，FCS的出现才有可能高效、低成本地
实现。生产管理的局域网和用于自动控制的现 场总线网络连在一起。数字化信号固有的高精 度、抗干扰特性提高了控制系统的可靠性。现 场总线使自控系统和仪表加入工厂信息网络， 成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的范 围一直延伸到生产现场。
主从站间采用主从通信方式。拥有令牌的主站
可与从站通信，向从站发送或索取信息。
3.3 FCS的分类
3.3.3 LonWorks
LonWorks技术是采用神经元芯片(Neuron Chip)技术，在 ISO的OSI七层协议上实现的网络控制技术，采用面向对 象的编程方法，使用网络变量或显式消息进行相互通信。 传输速率为300bps—1.5Mbps不等,传输距离为2700m, 通信介质为双绞线/同轴电缆/光纤/射频/红外线/电力线 等。
品，集成在一起，有效地促进了竞争，降低了 系统的成本。为用户提供了更灵活的主动权。
3.2 FCS的构成与特点
3.2.2.7 智能化与自诊断性
现场智能设备具有CPU，能处理各种参数、 运行状态及故障信息，能在部件、甚至网 络故障的情况下独立工作，大大提高了整
个控制系统的可靠性和容错能力。 3.2.2.8 通讯线供电