现场总线助力工业4.0
“工业4.0”项目的重点应用技术
---随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术正面临被淘汰和更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术也随着新时代的到来快速地走进了实际应用中，成为新时代的宠儿，例如：（1）以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流；（2）PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性；（3）DCS系统走向测控管一体化设计；（4）控制系统向现场总线（FCS）方向发展；（5）仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展；（6）数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展；（7）工业控制网络向有限和无限相结合的方向发展；（8）工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。
德国电子电气工业协会（ZVEI）预测，“工业4.0”将使工业生产效率提高30%。
德国人工智能研究中心执行长瓦尔斯特尔（Wahlster）也表示，“工业4.0”将会在一些高劳动成本地区具有很强的竞争力。
有鉴于此，德国机械设备制造业联合会（VDMA）及德国信息技术、通信、新媒体协会（BITKOM）也已加入，德国三大工业协会决定共同建立一个名为“第四次工业革命平台”的办事处，并于2013年4月在法兰克福正式启动。
三大协会共同建立办事处的主要目的在于推动工业的发展、提高工业生产标准、开发新的商业模式和运营模式并付诸实践。
德国企业界也作出了积极响应。
例如，西门子积极展示了其推进“工业4.0”的具体行动，该公司凭借全集成自动化（TIA）和“数字化企业平台”，长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。
在2013年的汉诺威工业博览会上，西门子展示了融合规划、工程和生产工艺以及相关机电系统的全面解决方案，提出了以全集成自动化TIA v12版本、新一代控制器SifmaticS7-1500为主的针对电气传动应用的“全集成驱动系统”（IDS）概念，以及以信息技术为基础的服务。
另外，西门子公司还与德国弗劳恩霍夫研究院以及大众汽车公司联合展示了他们的智能生产研发成果，他们通过利用产品生命周期管理软件（PLM）进行虚拟生产规划，使生产线上机器人的能耗降低了50%。
简述现场总线的技术特点
简述现场总线的技术特点现场总线（Fieldbus）是一种工业控制领域中的通信协议和技术，是传统控制系统和现代数字化控制系统的桥梁。
现场总线技术的主要特点是分布式控制、高效通信、可靠性强、数据传输速度快、可扩展性好。
分布式控制是现场总线技术最重要的特点之一。
传统控制系统通常采用集中式控制，即所有的控制指令都是从中央控制器发送到各个终端设备。
而现场总线技术则是采用分布式控制的方式，即将控制指令分散到各个设备中执行。
这样可以提高控制系统的灵活性和可靠性，因为每个设备都可以独立地执行控制指令，不需要等待中央控制器的指令。
高效通信是现场总线技术的另一个重要特点。
现场总线技术采用数字通信方式，可以实现多种数据格式和数据传输方式。
现场总线技术可以实现点对点通信、广播通信、组播通信等多种通信方式，可以满足不同场景下的通信需求。
另外，现场总线技术还支持实时通信，可以实时地传输控制指令和传感器数据，可以满足高速控制和监测需求。
现场总线技术的可靠性比较强。
现场总线技术采用多种冗余技术，可以实现数据包重传、冗余链路、数据备份等多种机制，可以有效地防止数据丢失和系统故障。
另外，现场总线技术还支持自诊断和自修复功能，可以自动检测和诊断系统故障，并尝试自动修复故障，提高了系统的可靠性和稳定性。
数据传输速度是现场总线技术的一个优势。
现场总线技术采用数字通信方式，可以实现高速数据传输，可以满足高速控制和监测需求。
另外，现场总线技术还支持数据压缩和数据加密等技术，可以进一步提高数据传输速度和数据传输效率。
现场总线技术具有良好的可扩展性。
现场总线技术支持多种设备和传感器的接入，可以满足不同场景下的控制和监测需求。
另外，现场总线技术还支持多种协议和通信方式，可以实现不同系统之间的互联互通，提高了系统的通用性和可扩展性。
现场总线技术具有分布式控制、高效通信、可靠性强、数据传输速度快、可扩展性好等多种特点，是工业控制领域中不可或缺的技术之一。
现场总线助力工业ppt课件
第四次 工业革命
解放“师” 机器替代部分 可创造性劳动
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0 工业发展史的解放人的工作程度
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0
时间轴 8
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
机械化
第二次 工业革命
机械化电气化
第三次 工业革命
电气化自动化
第四次 工业革命
复杂程度
自动化智能化
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1800
从工业 1.0 到工业 4.0
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2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能工厂：
有四大关键点：
一是要连接所有网络以拿到数据。
二是要有智能机器。
三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传 送到 智能终端上。
四是分析，得到数据后从中抓取出应用趋势来，提高设备状态的 检测和预测水平。
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三.现场总线助力工业4.0之智能工厂
5
二、工业4.0概述
2.1 什么是工业4.0？ 2.2 工业发展史 2.3 工业4.0架构
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2.1 什么是工业4.0
工业4.0是德国政府推行的“新一轮智能 工厂计划”，是以智能制造为主题的第 四次工业革命。
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2.2 工业发展史
第一次 工业革命
IT、OT与CT融合,加速落实数字化制造转型
IT、OT与CT融合，加速落实数字化制造转型回顾过去，信息科技(IT)与操作技术(Operation Technology；OT)很少交集，但进入工业4.0时代，透过物联网、大数据与云端智能，使IT与OT两者终能展开对话，由OT领域的传感器获取数据，上传IT领域的云端中心执行大数据分析，繁衍出各种创新应用。
有人说，工业4.0开启IT与OT的融合，此话无疑正确，但仍有欠完整，如果把融合范围再加上通讯技术(Communication Technology；CT)，便可谓是完美的诠释。
具体而言，工业物联网与工业4.0核心架构，以数据创新、服务创新为轴心，意即制造业也需要如同服务业、农业等等不同行业，将其经营核心摆在服务之上，凡事皆以满足客户需求为依归，而在传统价值链中扮演中间媒介的角色，举凡代理商、经销商或零售商等等，今后可能因为去中间化效应下而消失，届时产品的制造者，必须懂得善用ICT技术，直接对最终用户提供服务。
IT、OT、CT融合贯通带动服务与数据创新如何实现数据创新与服务创新？就必须依赖IT、OT与CT三者的融合。
所谓IT 包括电子商务(e-Commerce)、企业资源规划系统(ERP)、供应链管理系统(SCM)、客户关系管理系统(CRM)、产品生命周期管理系统(PLM)乃至于办公室自动化系统(OA)，凡此种种，都是IT部门相对驾轻就熟的项目。
OT是泛指与工厂营运相关的技术，主要涵盖三个类别：1、自动化/智动化；2、自动化整合搭配操作流程整合；3、工厂自动化与信息技术的整合；如制造现场控制(Shop Floor Control；SFC)、制造执行系统(Manufacturing Execution System；MES)、监视与整合控制(SCADA)等工厂信息系统，即需要与IT系统进行整合；而在串联信息技术与工业现场实体世界的过程中，传感器(Sensors)扮演重要角色。
不可讳言，OT与实体世界的感测与控制息息相关，因此如可利用工业物联网技术，驱使智慧机器人、或智能型生产设备产生最佳运作效率，确是核心议题。
工业现场总线技术的应用与维护考核试卷
5.以下哪些因素会影响现场总线系统的通信质量？（）
A.信号干扰
B.传输距离
C.介质类型
D.通信协议
6.现场总线系统的数据链路层主要功能包括以下哪些？（）
A.数据帧的封装
B.差错检测
C.流量控制
D.数据加密
7.以下哪些措施可以提高现场总线系统的抗干扰能力？（）
A.使用屏蔽电缆
B.采取合理的布线方式
C.抗干扰能力
D.设备数量
18.在现场总线系统中，以下哪种拓扑结构适用于较小规模的系统？（）
A.星型结构
B.环型结构
C.总线型结构
D.树型结构
19.关于现场总线系统的维护，以下哪个说法是正确的？（）
A.维护工作可以随时进行
B.维护工作应在生产空闲时段进行
C.维护工作应在设备出现故障时进行
D.维护工作应尽量在生产高峰时段进行
2.系统维护包括硬件检查、软件更新、数据备份和故障排除。注意问题包括维护计划的制定、备品备件的准备、安全操作规程的遵守等。
3.关键技术参数：传输速率（影响实时性）、传输距离（影响系统布局）、介质类型（影响通信质量）、设备兼容性（影响系统扩展性）、可靠性（影响生产稳定性）。
4.优势：降低布线成本、提高系统可靠性、简化维护、提高生产效率。未来影响：促进工业4.0发展、支持智能制造、提高生产自动化水平。
A. Profibus
B. CAN
C. Modbus
D. LonWorks
5.现场总线系统的维护主要包括哪两个方面？（）
A.硬件维护和软件维护
B.系统配置和维护
C.数据备份和恢复
D.故障诊断和设备更换
6.在现场总线系统中，以下哪个设备负责协调各个子网络之间的通信？（）
现场总线控制系统(FCS)发展前景展望
现场总线控制系统（FCS）发展前景展望现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是工业自动化领域中的一种重要技术，其发展前景广阔，正日益受到人们的关注。
以下是对FCS发展前景的展望。
一、背景介绍现场总线控制系统是一种用于工业过程控制的开放型、全数字化网络通信系统。
它将位于现场的各种自动化设备、仪器仪表、传感器等通过一根总线连接起来，实现设备间的信息交互和数据共享。
它具有现场设备分散、信息传输速度快、可扩展性强、可靠性高等优点，因此在石油、化工、电力、制药等许多行业得到了广泛应用。
二、概览随着科学技术的不断进步和工业自动化需求的不断增长，FCS在功能和性能上也不断得到提升。
未来的FCS将朝着更加高效、可靠、安全和智能化的方向发展。
同时，随着工业互联网的普及和发展，FCS将更好地与云计算、大数据、人工智能等先进技术进行融合，实现更加精准、高效、智能的工业过程控制。
三、价值分析FCS的价值不仅在于其技术优势，更在于其能够带来的经济效益和社会效益。
首先，FCS能够提高工业过程控制的精度和效率，减少能源浪费，降低生产成本。
其次，FCS能够提高产品质量和生产效率，增强企业的竞争力。
此外，FCS还能减少人员劳动强度，提高生产安全性和可靠性，改善企业的工作环境。
四、发展趋势1.技术创新未来，FCS将继续在技术创新方面进行探索和实践。
例如，采用更加先进的信号处理技术、通信协议和网络安全技术等，提高FCS的性能和可靠性；同时，探索适应不同工业过程的FCS解决方案，满足个性化的需求。
2.与工业互联网的融合工业互联网的普及和发展为FCS提供了更广阔的发展空间。
未来，FCS将更好地与工业互联网融合，实现各种数据的无缝集成和共享，优化生产流程，提高生产效率和质量。
同时，借助工业互联网平台，FCS可以实现远程监控和维护，提高系统的安全性和可靠性。
3.人工智能的应用人工智能技术的不断进步为FCS带来了新的发展机遇。
工业4.0与工业控制网络
工业4.0与工业控制网络技术摘要第四次工业革命（“工业4.0”）是德国版的再工业化战略，以提高德国制造业的竞争力为主要目的，是从嵌入式系统向信息物理融合系统（CPS）发展的技术进化。
它的主要内容包括“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”、“8项举措”。
本文简单介绍了“工业4.0”概念、主要内容、技术基础以及新工业时代所面临问题与挑战。
随后介绍了工业控制网络技术的概念、主要内容包括现场总线技术与工业以太网技术。
最后描述了自己对“工业4.0”与工业控制网络技术之间的关系与相互作用的认识，以及本专业（控制科学与工程）在“工业4.0”下体现。
关键字：工业4.0；工业控制网络技术；控制科学与工程；工业革命一、工业4.0综述1. 工业4.0概念工业4.0（Industry 4.0）是指利用物联信息系统（CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个性化的产品供应。
与国际社会关于第三次工业革命的说法不同，德国学术界与产业界认为，前三次工业革命的发生，分别源于机械化、电力和信息技术。
他们将18世纪引入机械制造设备定义为工业1.0，20世纪初的电气化为2.0，始于20世纪70年代的生产工艺自动化定义为3.0，而物联网和制造业服务化迎来了以智慧制造为主导第四次工业革命，或革命性的生产方法，即为“工业4.0”。
德国“工业4.0”战略旨在通过充分利用信息通讯技术和物联信息系统（CPS）相结合的手段，推动制造业向智能化转型。
2. 工业4.0主要内容工业4.0简单可以概括为“1个核心”、“2重战略”、“3大集成”、“8项举措”。
2.1 “1个核心”工业4.0的核心是“智能+网络化”，即通过虚拟-实体系统（Cyber-PhysicalSystem,CPS)，构建智慧工厂，实现智能制造的目的。
CPS系统建立在信息和通讯技术（ICT）高速发展的基础上。
（1）通过大量部署通过大量部署各类传感元件实现信息的大量采集；（2）将IT控件小型化与自主化，然后将其嵌入各类制造设备中从而实现设备的智能化；（3）依托日新月异的通信技术达到数据的高速与无差错传输；（4）无论后台的控制设备，还是在前端嵌入制造设备的IT控件，都可以通过人工开发的软件系统进行数据处理与与指令发送，从而达到生产过程的智能化以及方便人工实时控制的目的。
工业4.0相关标准
IEC 61511系列标准
IEC 62443系列标准
IEC 62439系列标准
IEC 61010-2-201
安全与保障 IEC 61298系列标准
IEC 61984
ISO/IEC 2700x系列标准
IEC 62061
VDMA Einheitsblatt
ISO 8000
工业4.0现有相关标准梳理
名称 工业过程测量控制和自动化—生产设施展示用参考模型(数字工厂) 工业过程测量和控制—过程设备目录中的数据结构和元素 电气元器件标准数据元素类型和相关分类模式 工业自动化系统与集成—零件库—第42部分：描述方法学：构造零件系列的方法 产品属性和分类规范导则 低压开关设备和控制装置—信息交换用产品数据和性能 产品和服务的分类与描述 工业通信网络 现场总线规范 工业通信网络 行规 工业网络—无线通信网络和通信行规—无线HART 工业通信网络—现场总线规范—WIA-PA 通信网络和通信行规 工业通信网络—现场总线规范—工业自动化过程控制及相关应用的无线系统（基于ISA 现场设备工具(FDT)接口规范 FDT/DTM和EDDL设备集成技术互操作规范 现场设备集成 企业控制系统集成 自动化标识语言 OPC统一架构 过程控制用功能模块 第1部分：一般要求 过程控制用功能模块 第3部分：电子设备描述语言（EDDL） 工业自动化系统和集成—包括油气生产设施的加工设备使用寿命数据的集成 自动化系统中的能效 自动化系统和集成—能效评价及制造系统的其它环境影响因素 安全与保障电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全 过程工业领域安全仪表系统的功能安全 工业通信网络 网络和系统安全 高可用性自动化网络 测量、控制和实验室用电气设备的安全性要求 第2-201部分:控制设备的详细要求 过程测量和控制装置 通用性能评定方法和程序 连接器—安全要求和试验 信息技术—信息安全技术—信息安全管理系统—要求 机械安全—与安全有关的电气、电子和可编程电子控制系统的功能安全 状态监控 状态监控数据质量
现场总线与工业以太网融合的技术路径
现场总线与工业以太网融合的技术路径现场总线与工业以太网融合的技术路径随着工业自动化和智能制造的快速发展，现场总线与工业以太网的融合成为了实现工业4.0的关键技术之一。
现场总线技术以其简单、可靠、成本效益高的特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。
而工业以太网则以其高速、大容量、易于扩展的优势，在现代工业通信中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨现场总线与工业以太网融合的技术路径，分析其发展趋势和实现策略。
一、现场总线与工业以太网概述现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信网络，它连接了现场设备与控制系统，实现了设备之间的数据交换和控制命令的传输。
现场总线技术具有实时性、可靠性和抗干扰性强的特点，能够满足工业现场复杂环境的要求。
工业以太网则是基于传统以太网技术发展起来的，专门用于工业环境的网络通信技术。
它继承了以太网的高速、大容量、易于扩展等优点，同时针对工业环境的恶劣条件进行了优化，如增强了抗电磁干扰能力、提高了设备的稳定性和可靠性。
二、融合技术的必要性与挑战随着工业自动化水平的不断提升，对现场通信网络的要求也越来越高。
现场总线虽然在实时性和可靠性方面表现优异，但其数据传输速率相对较低，难以满足日益增长的数据传输需求。
而工业以太网虽然传输速率高，但在实时性和可靠性方面尚需进一步提升。
因此，将两者的优势结合起来，实现现场总线与工业以太网的融合，成为了满足现代工业自动化需求的有效途径。
然而，融合技术的发展面临着诸多挑战。
首先是技术兼容性问题，不同的现场总线和工业以太网标准之间存在差异，需要通过技术手段实现互联互通。
其次是性能优化问题，如何在保证实时性和可靠性的同时，提高数据传输速率和网络容量，是融合技术需要解决的关键问题。
此外，还有成本控制问题，融合技术的研发和部署需要考虑成本效益，以确保其在工业领域的广泛应用。
三、融合技术的关键技术实现现场总线与工业以太网的融合，需要依赖一系列关键技术。
这些技术包括但不限于：1. 协议转换技术：通过协议转换器，将现场总线的数据包转换为工业以太网的数据包，或者反之，实现不同网络之间的数据交换。
工业现场总线IP化新汉打造工业4.0智慧工厂关键技术
输 入蟠 码
货 物 之 外 的 因 素造 成 的 误 差 ， 这将使测量不准确 ， 具 体 表 现 在 车 子 行 驶 过 程 中数 据 跳 动 很 大 。 针 对 该 问 题 ， 我们采用锁机制 ， 根 据 停 车 辨 识 电路 输 出 的高 低 电 平信 息 ， 来做相应处理。 处 理 的结
Ｆ ５菜 单 ：各 个 Ａ Ｄ Ｃ 工 作 选 择 。通 过 该 项 可 以 决 定 让 某个 Ａ Ｄ Ｃ工作与否。 Ｆ ６菜 单 ： 系数 设 置 。 通 过 该 项 可 以设 置各 个 Ａ Ｄ 转 换 后 的
结 果 在 总 重 中 的权 重 。
［ ２ ］ 张俊 ． 匠人 手 记 ［ Ｍ］ ． 北京 ： 北 京 航天 航 空 大 学 出版 社 ， ２ ０ ０ ８ ［ ３ ］ 贾海庆 ， 辛星 ， 高雪池 ， 王林． 动态称重系统数据采集及分析 ［ Ｊ ］ ． 公 路
当卡 车卸 载 货 物 后 ， 车轴不能完全回复到装载前的状态 ， 所 以 即便 是 车上 已没 有 货 物 了 ， 但是系统还显示有重量 ， 如果 不 处
举例说明 ： 把２ ４ ． ３ ４这 个 数 据转 换 成 该 帧 格 式 为 ：
Ｏ ｘ Ｏ ｅ ０ ｘ ｌ ０ ０ ｘ ３１ ０ｘ ３ ８ ０ ｘ３ ２ ０ｘ ３ ２ ０ｘ ３２ ０ ｘ ４１ Ｏ ｘ ｆ ｅ
应 的 数 字值 。 在 该 项 就 能 查 看各 个 传 感 器 转 换 后 的数 字 值 ， 通过
按 键 来切 换 ＡＤ Ｃ。
理 后 的数 据 与 皮 重 之 和 。 有 时候 会 发 生 Ａ Ｄ Ｃ 损 坏 的 硬件 问题 ， 于是 我 们 在 设 计 硬 件
什么是工业4.0以及如何对标工业4.0
什么是工业4.0以及如何对标工业4.0姓名：王卫平关于什么是工业4.0，我想从定义、发展、内容等几个方面来总结我的理解。
1. 工业4.0的定义：“工业4.0”旨在通过信息物理系统将制造业向智能化转型。
在这种模式中，传统的行业界限将消失，取而代之的是一个高度灵活 的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。
2. 为什么叫工业4.0：工业1.018世纪末蒸汽时代时间：标志：手工核心变化：工业2.020世纪初电气时代机械化工业3.020世纪70年代电子信息时代模拟化工业4.021世纪初智能化时代自动化784. 工业4.0的主要内容：关于如何对标工业4.0，我的想法是应该可以让具体的企业对标工业4.0的标准看到自己的差距所在以便明确目标、修正方向。
所以我不想做工业4.0和中国制造2025或者美国工业互联网之间的对标，这些是理论跟理论的对标、概念和概念的比较，即使清晰地罗列出来了也没有实际意义。
坦率地说，我认为这三者本就同出一源、同一方向，只是各个国家的需要不同导致表述方式和侧重点不同罢了。
可是至今我也没有找到有关工业4.0的现成模型或者表单可以用，虽然德国的工程院联合研究搞出了一套所谓工业4.0的成熟度模型，但是还是不够落地，就算企业学习了依然只是理论，无法得出企业所处的水准。
所以我决定自己搞个可以评分的表格出来。
我以德国工业4.0的RMAI参考架构模型为基准，分了3个维度18个层面，总共列出了32项对标项，满分160分。
所有对标项又分了Level0到Level5的6个等级，Level0表示是门外汉，企业基本不知工业4.0为何物；Level1表示初学者，说明企业已经对工业4.0有所了解，并朝着这个方向努力的，获得32分即达到此等级；Level2表示实践者，说明企业已经在尝试实施工业4.0了，获得64分为该等级；Level3表示有经验者，表明企业已经实践了工业4.0的一些方式方法积累了一些经验了，需要达到96分；Level4是专家，表明企业已经大量实践了工业4.0，是其他企业的膜拜者，可以指导其他企业了，该级别分值为128分；Level5则是顶级玩家，表明企业已经在引领工业4.0，不仅是其他企业的崇拜对象，更是规则和标准的制定者和引领者，128分以上者基本都可算此等级，满分为160分。
LonWorks现场总线
用于对LonWorks节点设备进行调试和故障排除， 提高开发效率。
04
LonWorks应用案例
智能家居系统
智能家居系统是利用LonWorks技术 的典型应用之一。通过LonWorks总 线，各种智能家居设备可以互联互通 ，实现集中控制和远程监控。
智能家居系统可以实现的功能包括： 自动控制家电、远程监控家庭安全、 调节室内环境等，从而提高居住的舒 适度和便利性。
03
LonWorks设备与工具
LonWorks节点设备
智能节点设备
具备数据采集、控制和通 信功能的设备，如传感器、 执行器等。
网关节点设备
用于连接不同总线网络的 设备，实现不同总线协议 之间的转换。
路由器节点设备
用于扩展总线网络的通信 范围，实现多跳通信。
LonWorks网络设备
总线网络
由多个节点设备组成的通信网络， 采用LonWorks技术实现设备间
城市照明系统还可以根据天气、交通等因素自动调节灯光亮 度、开关时间等，提高城市照明的智能化水平。
楼宇自动化系统
01
楼宇自动化系统是利用 LonWorks技术实现楼宇设备的 集中监控和管理的应用。通过 LonWorks总线，可以实现设备
02 的互联互通和智能化控制。
楼宇自动化系统可以提高楼宇的 能源利用效率和管理效率，降低 运营成本，提高楼宇的安全性和 舒适性。
应用编程接口
为了方便设备开发，LonWorks提 供了应用编程接口（API），开发人 员可以通过API进行设备开发。
通信速率与距离
通信速率
LonWorks网络的通信速率可以根据实际需要进行配置，常见的通信速率为 1.25-500kbps。
通信距离
超详细的工业以太网与现场总线分析
超详细的工业以太网与现场总线分析导读随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。
其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。
随着“工业4.0”战略的展开，计算机技术、通讯技术、IT技术的发展已经渗入到工控领域，其中最主要的表现就是工业现场总线技术和工业以太网技术。
其中工业现场总线技术，特别是以太网技术的广泛使用，为自动化技术带来了深刻变革。
现场总线现场总线是应用在生产现场，用于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、多分支结构的通信网络。
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。
控制组成01、现场总线控制系统它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。
首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。
通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。
在网络运行过程中系统实时采集数据、进行数据处理、计算。
优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。
02、现场总线的测量系统其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率、高准确性、抗干扰畸变能力强等特点，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。
03、设备管理系统可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、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。
04、总线系统计算机服务模块以客户机/服务器模式是目前较为流行的网络计算机服务模式。
服务器表示数据源（提供者），应用客户机则表示数据使用者，它从数据源获取数据，并进一步进行处理。
客户机运行在PC机或工作站上。
服务器运行在小型机或大型机上，它使用双方的智能、资源、数据来完成任务。
05、数据库它能有组织的、动态的存储大量有关数据与应用程序，实现数据的充分共享、交叉访问，具有高度独立性。
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工业物联网是工业4.0的核心基础 工业物联网 工业物联网是工业4.0的核心基础，它是利用局部网络或互联网等通信技术，把传感器、控制器、机器、人员和物品等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络，从而最大限度地提高机器效率以及整个工作的吞吐量。
应用范围包括运动控制、机器与机器通信、预防性维护、大数据分析以及互联医疗系统等。
CPS作为工业物联网智能化体系的中心，无论在德国工业4.0战略还是美国CPS计划中，都被当作实施的核心技术，并据此设定各自的战略转型目标。
CPS是什么？它是一种多维度的智能技术体系，以大数据、网络与海量计算为依托，通过核心的智能感知、分析、挖掘、评估、预测、优化、协同等技术手段，使得计算、通信和控制这三大要素实现有机融合和深度协作，做到涉及对象机理、环境、群体的网络空间与实体空间深度融合。
以CPS为核心的智能化体系，从最底层的物理连接到数据至信息的转化，通过增加先进的分析和弹性调整功能，最终实现被管理系统的自我配置、自我调整和自我优化。
目前，虽然专有的通信协议已在工业物联网应用的网络通信中长期占据主导地位，但日益提高的联网能力和物联网网络的高带宽需求，已使以太网成为了取代传统通信协议阻力最小的升级途径。
以太网及TCP/IP通信技术在IT行业获得了很大的成功，成为IT行业应用中首选的网络通信技术。
近年来，由于国际现场总线技术标准化工作没有达到人们理想中的结果，以太网及TCP/IP技术逐步在工业自动化中得到应用，并发展成为一种技术潮流。
然而，工业物联网技术的实现需要很多相关技术层，包括嵌入式芯片、网络基础设施、通信协议、人机界面、云连接和大数据存储库。
如果从一开始就完全通过工业物联网的功能系统来建设一个新项目，那么所有的相关技术层都能拼接得非常好。
但是，这并不现实，如今的制造商所使用的都是已经使用长达二三十年之久的资产和架构。
如果无法对收集的数据进行传输并且分析，智能传感器没有任何意义。
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。
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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。
工业现场总线技术的新进展
4、可靠性：工业以太网能够适 应恶劣的工业环境，具有较高的 可靠性。
1、协议融合与创新：为了满足不同应用场景的需求，现场总线技术将不断 推陈出新，开发出更加高效、稳定、可靠的技术协议。同时，为了实现互操作性， 不同现场总线协议之间的融合也将成为未来的发展ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ势。
工业现场总线技术的新进展
基本内容
随着工业4.0时代的到来，工业现场总线技术作为现代工业自动化领域的重 要组成部分，正在经历着前所未有的变革和发展。本次演示将围绕工业现场总线 技术的新进展展开讨论，通过了解该技术的最新发展状况，为企业和相关研究人 员提供参考和启示。
工业现场总线技术是一种用于工业现场设备间通信和数据传输的技术，它通 过在设备间建立通信协议，实现了设备间的信息交互和数据共享。现场总线技术 以其高效、灵活和可靠的优势，在工业自动化领域得到了广泛应用。
现场总线技术
现场总线技术最早出现在20世纪80年代，它是为了解决传统的控制系统不能 满足新的工业自动化需求而出现的。现场总线技术具有以下特点：
1、开放式：现场总线技术采用开放式互统，可以与多种设备进行连接和信 息交互。
2、数字化：现场总线技术采用数字信号传输，能够提高通信的精度和稳定 性。
3、分布式：现场总线技术采用分布式控制系统，能够实现设备的就近控制 和信息交互。
三、现场总线标准与工业以太网 技术的比较
1、传输速度：传统的现场总线标准传输速度较低，而工业以太网技术具有 更高的传输速度。
2、传输距离：传统的现场总线标准传输距离较短，而工业以太网技术具有 更长的传输距离。
3、可靠性：传统的现场总线标准可靠性较低，而工业以太网技术具有更高 的可靠性。
NT6000系统Profibus现场总线分析
NT6000系统Profibus现场总线分析摘要：随着信息化进程推进，“智能制造”相关政策的强化、深化和推进，电力行业也加快了变革的脚步，相继推出了智慧电厂等概念，推动了现场总线在电力行业的使用需求。
集合Profibus技术规范，分析京能十堰2X350MW机组上使用的NT6000系统Profibus网络架构和特点，制定现场安装实施的规范。
关键词：NT6000 ， PROFIBUS-DP ，PROFIBUS-PA0引言随着信息科技的快速发展，德国率先提出了“工业4.0”技术战略来提升制造业的智能化水平。
工业 4.0是信息系统将生产、制造、销售等信息数据化，智慧化，最后达到最快速、有效的产品供应。
而工业4.0的主题就包含智能工厂和智能生产。
这势必也带动火力发电技术的革新,仅随其后电力行业提出了“智慧电厂”专业性概念，这就要求系统高度信息化、设备高度智能化。
此背景下将会使现场总线技术在电力行业进一步得到推广。
全球电力行业的现场总线技术的先行者为德国Niederaussem（尼德豪森）1012MW超超临界机组，采用Siemens Profibus总线，设备状态和信息全部通过总线传输到DCS 系统中，是目前全球范围智能化程度最高，采用总线技术最全面，装机容量最大的机组。
进入21世纪后，华电莱城电厂（2 ×300MW)、京能涿州热电（2×350MW）、大唐虎山电厂（2×600MW）、华能金陵电厂（2×1030MW）等上百家电厂，在不同系统范围了使用了现场总线技术。
京能十堰电厂采购国内先进的NT6000-FCS系统，具有独特、完整的Profibus现场总线解决方案，具有AMS（智能设备管理系统）对现场智能设备进行配置、编辑和诊断等功能。
1现场总线在电力行业的设计原则现场总线技术已经越加成熟，在各行9各业都得到大力推广。
但并不是所有系统均适合现场总线的模式，在电力系统中就有很多子系统就将现场总线技术排除在外。
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的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂 低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。
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一 现场总线技术简介
1.3. 现场总线主要特点
1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络；
3) 安装与接线费用低；
4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。
CAN现场总线技术应用于造气炉控制系统，从根本上实现结 构分散、信息集中、管控一体化的全新分布式控制模式；
基于CAN现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将 为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。
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4.2 现场总线在锅炉控制系统中的应用
4.2.1. 项目概述 我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，
将人类带入分工明 确、大批量生产的 流水线模式和“电 气时代”
第三次 工业革命 应用电子信息技术， 进一步提高生产自动 化水平
第四次
工业革命
开始应用信息物理
融合系统 (CPS)、 网络化、 智能化
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
纵向集成（车间）
端到端集成（产业链）
横向集成（生态）
工业4.0 所要追求的就是 在企业内部实现所有环 节信息无缝链接，这是 所有智能化的基础。
横向集成是企业之间通过 价值链以及信息网络所实 现的一种资源整合，是为 了实现各企业间的无缝合 作，提供实时产品和服务
围绕产品全生命周期的价 值链创造，通过价值链上 不同企业资源的整合，实 现从产品设计、生产制造 、物流配送、使用维护的 产品全生命周期的管 理和服务。
现场总线助力工业4.0
学院：电子信息工程 专业：控制工程 日期：2016年5月16日
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目录
一、现场总线技术简介 二、工业4.0概述 三、现场总线 助力工业4.0之智能工厂 四、现场总线在工业应用实例 五、结束语
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一、现场总线技术简介
1.1 现场总线产生的历史背景 1.2现场总线定义 1.3. 现场总线主要特点 1.4. 现场总线国际标准化状况
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1900
2000 今天
工业发展史的自动化维度
时间轴 9
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
解放“工” 机器替代体 力活
第二次 工业革命
解放“工” 机器替代体 力活
第三次 工业革命
解放“员” 机器替代以定 规则下的繁琐 劳动
炉
常
换
调
报
显
键
串
温
规
向
节
警
示
盘
行
监
仪
阀
阀
输
器
接
测
表
站
出
口
探
头
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4.1 现场总线在煤化工控制领域中的应用
CAN现场总线控制系统设计
打印机 CAN总线
工业控制机(IPC) CAN适配器
Internet 企业局域网
CAN控制器
传执 感行 器器
间歇造气炉
CAN控制器
传执 感行 器器
间歇造气炉
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4.1 现场总线在煤化工控制领域中的应用
工业4.0代构建智能工厂正被全球制造业领域不约而同地选为下 一个中长期的发展愿景，同时也是我国制造业转型升级的重要 突破口，而智能工厂的精髓就在于网络在工 业领域的延伸，发 挥信息化的作用。
智能工厂不仅是生产的自动化，通过远程监控制程，确保生 产顺 畅，还可协助制造业者整合各厂生产管理、物流管理及仓 库管理，实时匹配产能的需求与规模，避免大兴土木，同时迅 速提高产能，满足客户定制化订单的实时生产 需求。
4.2 现场总线在锅炉控制系统中的应用
4.2.2. 工艺流程简介 燃料和空气按一定比例进入锅炉内燃烧，生成热量传给蒸
发系统产生饱和蒸汽，经过过热器使饱和蒸汽成为有一定 温度和压力的过热蒸汽，并且汇集到过热联箱，经主气阀 供负荷设备使用； 燃烧过程中产生的烟气除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外， 通过省煤器预热锅炉的给水，通过烟道引导，经过除尘器 和引风机处理，达到国家排放标准，最后通过烟囱进入大 气。
2. 工厂底层自动化及信息集成技术是实现全厂自动化 及CIMS系统的基础。现场总线技术的发展，使其传统 系统结构发生变革，并带来传统系统无法比拟的优异 特性。
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五. 结束语
现场总线属于尚在发展之中的技术，我国在这一技术领域还 刚刚起步。 在工业4.0的大背景下，自动化系统与设备将朝着现 场总线体系结构的方向前进。也必然向着趋于开放统一的方向 发展，成为大家都遵守的标准规范。
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2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能生产： 主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D 技术在工业生产过程中的应用等。 智能物流： 主要是通过物联网、互联网等整合物流资源，充分发挥 现有物流资源供应链的质量和效率。
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2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能服务： 主要指能够自动辨识用户的显性和隐性需求，并且主
动、高效、安全、绿色地满足其需求的服务。
这个服务是什么呢？比如西门子生产一台高铁的牵引电机 ，以往就是直接卖一台电机而已，现在这台电机在运行过 程中，会不断的把数据传回给西门子的工厂，这样西门子 就知道你的电机现在的运行状况，以及什么时候需要检修 了。高铁厂商以往是怎么做的？一刀切，定一个时间，到 时间了不管该不该修都去修一下，更我们汽车保养没什么 差别。现在西门子可以告诉你什么时候需要修什么时候需 要养护，
第四次 工业革命
解放“师” 机器替代部分 可创造性劳动
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0 工业发展史的解放人的工作程度
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三.现场总线助力工业4.0之智能工厂
现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好 的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场 总线是数字化通信网络，可实现设备状态、故障、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。
也是现代工业自动化生产体系中的重要组成部分和 工厂信息化的基础。它的构建也就成为智能工厂建设 的重要环节。
1.4. 现场总线国际标准化状况
早在1985年，IEC(国际电工委员会)开始着手制订国际性 现场总线标准，并将此标准命名为FieldBus；之后，ISA(美国 仪表学)SP50委员会也加入到此标准的制订工作中。目前，较 流行的现场总线主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、 HART、P-Net等。
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一 现场总线技术简介
1.1. 现场总线产生的历史背景
➢ 第一代工业控制体系结构(气动信号标准：0.2～1kgf/cm2)；
➢ 第二代工业控制体系结构—ACS (电气信号：4～20mA)；
➢ 第三代工业控制体系结构—CCS (集中式控制)； ➢ 第四代工业控制体系结构—DCS(分布式控制体系结构)； ➢ 第五代工业控制体系结构—FCS(现场总线控制系统)。
污染环境，自动化改造的任务十分紧迫； 我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：
手工控制阶段； 专用仪表控制阶段 ； 电动单元组合控制阶段； 计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）； 现场总线控制阶段 。 经典的PID 控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进 的控制策略势在必行。
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二、工业4.0概述
2.1 什么是工业4.0？ 2.2 工业发展史 2.3 工业4.0架构
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2.1 什么是工业4.0
工业4.0是德国政府推行的“新一轮智能 工厂计划”，是以智能制造为主题的第 四次工业革命。
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2.2 工业发展史
第一次 工业革命
创造了机器工厂的 “蒸汽时代”
第二次 工业革命
时间轴 10
2.3 工业4.0架构
工业4.0
一个网络信息物理系统（CPS） 三个集成
纵向集成
横向集成
端对端集成
四大主题
智能生产 九大技术 机器人
智能工厂 模拟技术
智能物流 系统整合
智能服务 增强技术
物联网
网络安全 云计算
大数据
3D打印
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2.3.1 工业4.0架构—三个集成
纵向集成、端到端集成及横向集成的演进路
温度变送器
压力变送器 流量变送器
SY-2008GL
一体化操作站 中心工作站
显示 打印
显示
监
控
报警
器
手动/自动切换
带手操开关
执行器
伺服放大器
现场各电气设备
锅炉现场
控制室
4.2 现场总线在锅炉控制系统中的应用
4.2.5. 控制系统的技术特点
➢ 由各子系统的计算机进行自动控制 ，降低了产品成本； ➢ 系统稳定、可靠、精度高、维护成本低、系统互换性； ➢ 采用现场总线技术，实现多级分层控制、集中管理、信
息共享； ➢ 主、辅工作站集中在中央控制室，便于设备和人员的集
中管理。
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4.3 小结
1. 从工厂底层自动化及信息集成技术角度看，现场总 线技术不是一项单纯的以芯片换电缆的技术，是计算 机及其数字化通信技术向工厂底层，即设备层的延伸。 如同其他领域发生的一样，现场总线技术是工厂底层 通信技术的一次数字化革命，也必将对工业4.0的实现 起到重大影响。