现场总线
第1讲现场总线技术概述
1.3.1 基金会现场总线
前身为以Fisher-Rousemount公司为首，联合 Foxboro、横河、ABB、西门子等公司的ISP协议， 以及以Honeywell为首的P协议，合并后 成立现场总线基金会； 以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、 数据链路层、应用层，并增加用户层； 分低速H1(31.25Kbps,距离1900m)和高速 H2(1Mbps,750m和2.5Mbps,500m)两种通信速率； 介质支持双绞线、光缆和无线发射，传输信号采用 曼彻斯特编码
现场总线有两种编码方式：Manchester和NRZ， 前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。 前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介 质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。
10
现场总线概述
1.1.8 现场总线网络的实现 数据链路层
分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。 MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进 行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是 主站，也可以是从站。 MAC层的三种协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协 议。
介质、拓扑结构、节点数等
网络性能
传输速率、时间同步准确度、访问控制方式等
测控系统应用考虑 市场及其他因素
21
现场总线概述
1.3 现场总线简介 1.3.1 基金会现场总线(FF) 1.3.2 PROFIBUS 1.3.3 LonWorks 1.3.4 CAN
1.3.5 HART
22
现场总线概述
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-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。
现场总线技术
○ DIN19245;EN50170 。
应用领域:工厂自动化和楼宇自动化。 使用情况:应用很广，已有250家生产厂商2000多种产品，已安装25万节点。
Profibus-DP 主要性能特点
传输速率范围很 广，可高速数据 通信 9.6Kbit/s~12 Mbit/s
:
料纺养厂应 管织系、用 理工统农领 系业、业域 统、沥环奶 。太青境制
阳和控品 能水制厂 电泥、、 站生动啤 、产物酒 燃、饲
:
:IEC61158;IEC61784;E
N50179
准标 。
Data
支
持
公 司
单 位
。丹
麦
Proces-
:
P-NET
P-NET主要性能特点
使用屏蔽双绞线电缆(RS485)，总线分段结构，每段长1200m; 通信速率:76.8kbit/s;·结构简单灵活，易于扩展，不采用专用芯片。
理 任
点网
。
:
要
工应 业用 控领 制域 。流
程 工 业 及 其 它
。司
册公
注等
过生
通默
品艾
家使
用 情 况
:
(4
)
已 有 产
主要性能特点
IEC支持，开放性好，可互操作性好; 使用工业级的以太网、集线器、交换机等设备; 网络层使用IP行规，传输层使用TCP、VDP(用户数据报协议，即为
IEIF标准下768项协议)行规; 作为FCS的主干网络，可局域网冗余，设备冗余。
INTERB US主要性 能特点
环型拓扑网络，通过总线控制板引出主干 线外，并具有165分支层;
现场总线名词解释
现场总线名词解释
现场总线（Fieldbus）是工业自动化中用于控制和监测现场设备的一种通信网络。
它可以将传感器、执行器、电机、阀门等现场设备之间的数据互相传输，实现对工业生产过程的实时监控和控制。
简单来说，现场总线就是一种将各种现场设备连接起来进行数据通信、监控和控制的技术。
与传统的模拟控制系统相比，它具有更高的可靠性、灵活性和可扩展性，可以大大提高工业生产效率和质量。
现场总线通常包括两个方面的内容：物理层和通信协议。
物理层是指现场总线网络的硬件部分，包括连接线路、传感器、执行器等设备；通信协议则是指现场总线网络中各节点之间数据传输的规则和标准。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、CANopen、Modbus 等，它们广泛应用于自动化控制、过程控制、机器人控制、工厂自动化等领域。
通过使用现场总线技术，可以有效地实现设备之间的信息交换和控制，从而提高工业生产的效率和质量。
第1章现场总线概述
1、1现场总线简介 、 现场总线简介
• 什么是现场总线 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表， 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表， 使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力， 使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进 行简单连接的双绞线等作为总线， 行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连 接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议， 接成的网络系统，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以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， 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。简而言之， 实际需要的自动控制系统。简而言之，它把单个分散的测 量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带， 量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连 接成可以相互沟通信息、 接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与 控制系统。 控制系统。
1，2 现场总线的发展背景与趋势 ，
• 2 、智能仪表为现场总线的出现奠定了基础 • 3、现场总线将朝着开放系统、统一标准的方向发展 、现场总线将朝着开放系统、 不同厂商所提供的设备之间的通信标准不统一， 不同厂商所提供的设备之间的通信标准不统一，束缚了 工厂底层网络的发展。 工厂底层网络的发展。从用户到设备制造商都强烈要求形成 统一的标准，组成开放互连网络。 统一的标准，组成开放互连网络。开放意味着对同一标准的 共同遵从， 共同遵从，来自不同厂商而遵从相同标准的设备可互连为一 致通信系统。从这个意义上说， 致通信系统。从这个意义上说，现场总线就是工厂自动化领 域的开放互连系统。 域的开放互连系统。开发这项技术首先必须制定相应的统一 标准。各大公司均已清醒地认识到， 标准。各大公司均已清醒地认识到，现场总线应该有一个统 一的国际标准。 一的国际标准。由于行业与地域发展历史等在今后一段时期 会出现几种现场总线标准共存、 内，会出现几种现场总线标准共存、同一生产现场有几种异 构网络互连通讯的局面。发展共同遵从的统一的标准规范， 构网络互连通讯的局面。发展共同遵从的统一的标准规范， 真正形成开放互连系统，是大势所趋。 真正形成开放互连系统，是大势所趋。
现场总线
1、什么是现场总线？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式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络。
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、多点通信的底层控制网络。
现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系。
现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线。
现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。
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。
由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。
2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。
（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。
（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，可实行点对点，一点对多点的数字通信。
而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（3）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。
现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。
（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。
现场总线
1、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控制装置之间的双向数字式、串行、多点通信的数据总线现场总线系统的技术特点？答：系统开放性，互可操作性，通信的实时性与确定性，现场设备的智能性与功能自治性，对现场环境的适应性。
a)开放性：相关标准的一致性和公开性；系统集成的透明性和开放性；产品竞争的公正性和公开性。
b)交互性：上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力；现场设备之间具有相互沟通能力；不同厂家的同类设备可以相互替换。
c)自治性：单独的现场设备即具有自动控制的基本功能，可以随时诊断自己的运行状况，实现功能的自治。
d)适应性：专为恶劣环境而设计的，对现场环境具有很强的适应性。
现场总线系统的优势1 节省硬件数量与投资 2节省安装费用 3节省维护开销。
4用户具有系统集成主动权。
5提高了系统的准确性和可靠性2.数字数据编码定义：用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的0、1状态。
数字编码的种类有：单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、Manchester编码等。
工业通信中常用的是非归零码和曼彻斯特编码3.GSD 文件：GSD文件被称为电子设备数据文件，是由生产从站（主站）的厂商按照统一格式建立的一个电子文件。
其以文本文件形式记录了从站的各种属性，并随从站设备一同提供给用户。
GSD文件有明确定义的文件格式，主站从中便于读取各从站设备的数据参数，形成主站上的参数数据库。
在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。
GSD一般分为以下三部分。
①总规范：包括厂商和设备名称、软硬件版本、波特率、监控时间间隔及总线插头的信号分配等。
②与DP主站相关的规范：包括主站的各项参数，如允许的从站个数等。
③与DP从站相关的规范：包括与从站有关的所有规范，如I/O通道的数量、类型、诊断数据等。
1 什么是代冲突检测的载波监听多址访问？采用载路监听多重访问/冲突检测的介质访问控制方式时，网络上的任何节点都没有预定的发起通信的时间，节电随机向网络发起通信，当遇到多个节点同时发起通信时，信号会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为产生“冲突”，为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个节点在发送信息之前，都要倾听传输线上是否有信息在发送这就是“载波监听”由于传输线上不可避免的存在传输延迟，有可能多个站同时侦听到线上空间并开始发送，从而导致冲突，故每个节点在开始发送信息之后，还要继续侦听路线，判定是否有其他节点与本节点同时向数据介质发送，一旦发现便终止当前发送，这就是“冲突检测”。
现场总线技术
发展趋势
现场总线技术的发展应体现为两个方面：一个是低速现场总线领域的继续发展和完善；另一个是高速现场总 线技术的发展。
现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对络的性能要求不是很高。从应用状况看， 无论是FF和Profibus，还是其他一些现场总线，都能较好地实现速率要求较慢的过程控制。因此，在速率要求较 低的控制领域，谁都很难统一整个世界市场。而现场总线的关键技术之一是互操作性，实现现场总线技术的统一 是所有用户的愿望。今后现场总线技术如何发展、如何统一，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为 31.25Kbps，通信距离可达 1900m （可 加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2 5Mbps两种，其通信距 离为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC 1158-2标准。其物理媒介的传 输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从 而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。
优点
节省硬件数量与投资
发展趋势由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因 而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技 术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少， 还可减少控制室的占地面积。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动 信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称 为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系 统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统 所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻 底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
现场总线
现场总线1. 现场总线的特点与优点一、结构特点（从DCS的一对一链接到FCS的单总线链接）；二、技术特点（开放性、互操作性、现场适应性）；三、优点：硬件投入少；用户有高度的系统集成主动权；提高了控制精度和可靠性。
2.什么是现场总线？现场总线就是用于现场智能化设备与控制室自动化系统之间的、一个标准化的数字通信链路，可进行数字化双向、多站点、总线式的信息通信，实现相互操作与信息共享。
1.4 现场总线的本质一、现场通信网络（双绞线、同轴电缆、光纤等）；二、现场设备（传感器、变送器、执行器）互联；三、互操作性（不同厂家的设备可以直接链接）；四、分散功能块（如执行器含有PID，实现分散控制）；五、通信线供电；六、开放式互联网络（可与不同层网络互联，实现数据库共享）。
共有七层结构:⑴物理层。
定义了通信线路的物理规范。
即比特流传输--数据收发。
⑵数据链路层：规定了物理地址、网络结构、出错警告、数据排序和流量控制。
即成帧、纠错--访问控制。
⑶网络层：为不同位置的设备之间，提供链接和选择最佳路径。
即选路、寻址--选定路径。
⑷传输层：保证数据的可靠传输。
即收、发—端口确认。
⑸会话层：建立、管理、终止应用程序简的会话。
即同步—会话管理。
⑹表示层：提供多种数据格式间的转换。
即编译—数据构造。
⑺应用层：为用户提供相关的服务：如E-mail服务、WWW服务等。
即管理、协同—信息交换。
与OSI模型相比，现场总线通信模型特点是：一般的现场总线只有第1、2、7层，然后再增加第8层用户层。
这是因为现场总线主要连接现场的传感器、控制器、执行器等，其单个节点的信息量较小，数据格式简单。
但是对实时性、快速性要求较高。
如果完全按照7层结构的OSI模型进行通信，则难以保证工业控制的实时性要求。
再考虑到降低成本、提高可靠性的要求，现场总线的通信模型都在OSI的基础上进行了简化。
总之，与OSI模型相比，现场总线通信模型有明显的特点。
TCP协议是面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往互联网上的其它机器。
什么是现场总线-现场总线的概念
什么是现场总线-现场总线的概念什么是现场总线?现场总线的概念按照国际电工委员会IEC标准和现场总线基全会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。
现场总线的本质含义表现在以下几个方面: (1)现场通信网络现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到生产现场中的现场设备，使过去采用点到点式的模拟量信号传输或开关量信号的单向并行传输变为多点一线的双向串行数字式传输。
(2)现场设备互连现场设备是指位于生产现场的传感器、变送器和执行器等。
这些现场设备可以通过现场总线直接在现场实现互连，相互交换信息。
而在计算机集散控制系统中，现场设备之间是不能直接交换信息的。
(3)互操作性所谓互操作性是指来自不同厂家的设备可以相互通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。
它体现在?用户可以自由地选择设备，而这种选择独立于供应商、控制系统和通信协议;?制造商具有增加新的、有用的功能的能力;?不需要专有协议和特殊定制驱动软件和升级软件。
(4)分散功能块现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行，因此取消了传统的计算机集散控制系统中的过程控制站。
例如，现场总线变送器除了具有一般变送器的功能之外还可以运行Pm控制功能块。
类似地，现场总线执行器除了具有一般执行器的功能之外，还可以运行控制功能块和输出特性补偿块，甚至还可以实现阀门特性自校验和阀门故障自诊断功能。
(5)现场总线供电现场总线除了传输信息之外，还可以完成为现场设备供电的功能。
总线供电不仅简化了系统的安装布线，而且还可以通过配套的安全栅实现本质安全系统，为现场总线控制系统在易燃易爆环境中应用奠定了基础。
(6)开放式互连网络现场总线为开放式互联网络，既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联。
现场总线协议是—‘个完全开放的协议，是采用公开化、标准化、规范化的通信协议。
这就意味着来自不同厂家的现场总线设备，只要符合现场总线协议，就可以通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化。
现场总线的概念
现场总线的概念
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，它用于在现场设备（如传感器、执行器、变送器等）和控制系统（如PLC、DCS、FCS等）之间进行数字通信。
现场总线是一种开放式、数字化、双向通信系统，它允许不同的设备之间进行实时通信和数据交换。
这些设备通常位于工厂的现场，用于监测和控制生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
现场总线的特点包括：
1.开放式：现场总线是一种开放式通信协议，允许不同的设备之
间进行通信，不受厂商和技术的限制。
2.数字化：现场总线采用数字信号进行通信，相比传统的模拟信
号具有更高的精度和稳定性。
3.双向通信：现场总线支持双向通信，即设备之间可以进行数据
交换和相互控制。
4.实时性：现场总线具有较高的实时性，能够满足工业自动化领
域的实时监测和控制要求。
5.可靠性：现场总线具有较强的抗干扰能力，能够在恶劣的工作
环境下稳定运行。
常见的现场总线协议包括Modbus、Profinet、CAN总线、HART等。
这些协议各有特点，适用于不同的应用场景。
在选择现场总线时，需要根据实际需求和应用场景进行综合考虑。
现场总线(Field bus)
PROFIBUS应用
• 2.车间监控层
• 车间级监控用来完成车间中生产设备之间的连接，如一个车间三条生产 线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级监控包括生产设 备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具有诸如生产统计、 生产调度等车间级生产管理功能。车间级监控通常要设立车间监控室， 在操作员工作站及打印设备上。车间级监控网络可采用Profibus-FMS， 它是一个多主网络，在这一级，数据传输速度不是最重要的，而是要能 够传送大容量信息。
谢谢
部分应用实例
• PROFIBUS 在电力行业最典型的应用是德国尼德豪森电厂 2X950MW 机组的DCS 系统。德国尼德豪森电厂隶属于德国RWE 电力 公司，该电厂K 机组采用了热电联产方式，总出力达到1012MW，由于 采用了过程优化技术，整个机组的效率达到了45%。K 机组为超超临界 机组，主汽温度为580℃，主汽压力达到27MPA。整个机组的DCS 系统 中由于采用了PROFIBUS 现场总线技术，实现了现场设备智能化，设备 状态和状态信息都能通过总线传输到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。 • 除了尼德豪森电厂外，还有德国曼海姆电厂DCS 系统采用 PROFIBUS 总线， 柏林北部电厂DCS 系统采用PROFIBUS 总线，慕尼 黑电厂DCS 系统采用PROFIBUS总线，礼克林豪森电厂DCS 系统采用 PROFIBUS 总线等很多国外电厂的DCS 系统都采用了PROFIBUS 总线 结构。 • 在国内电力系统中也有很多应用，如江苏夏港电厂DCS系统采用 PROFIBUS 总线，韩峰电厂DCS 系统采用PROFIBUS 总线，山东莱程 电厂DCS 系统以及华能玉环电厂主厂房外补给水系统均采用了 PROFIBUS-DP 总线结构。
现场总线
9.什么是ModBUS协议，它有什么特点？ ModBUS协议是应用于电子控制器上的一种通用协议标准，通过此协议， 控制其相互之间，控制器经由网络和其他设备之间可以通信，此协议定义 了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通 信的，它描述了一控制器请求访问其他设备的过程，如何回应来自其他设 备的请求，以及怎样侦测错误并记录，他制定了消息域格局和内容的公共 格式。它的帧结构包括：开始字节（0x3A，RTU模式：4字节）；8bit设备 地址（1-247）；8bit功能代码（1-225）；Nx8bit数据字节（ASCII或者 RTU）；16bit错误校验（CRC）；结束字节（ASCII模式：0x0D 0x0A，RTU 模式：4字节）。它的特点有：使用RS-232C等兼容串行接口（如RS485） 作为物理层；使用主从结构，主设备查询，从设备相应；支持ASCll和RTU 两种传输结构。 10．CAN总线的技术特点：多主方式工作；网络上的节点信息分成不同的 优先等级；采用非破坏性总线仲裁技术；CAN只需通过报文滤波即可实现 点对点，一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的调 度；CAN的直接通信距离最远可达10km（5kbps一下），通信速率最高可 达到1Mbps（此时通信距离最长为40m）；CAN上的节点数主要取决于总 线驱动电路，目前可达110个，报文标识符可达2032种（CAN2.0A），而扩 展标准（CAN2.0B）的报文标识符几乎不受限制；采用短帧结构，传输时 间段，受干扰概率低，具有极好的检错效果；每帧信息都有CRC校验及其 他检验措施，保证了数据出错率极低；通信介质可谓双绞线，同轴光缆或 光纤，选择灵活；节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以便 总线上其他节点的操作不受影响。
22.Digifas7200伺服驱动器对CAN总线报文的应用设计特点有哪些？ .Digifas7200对CAN总线报文的11位地址不分进行了不同的应用，前8位作为接收器的短地址使用，后三位 作为端口号，用于存放3位的命令。数据部分用于传递命令的参数。 23.画出CAN节点结构的系统框图如右图所示，一个CAN节点主要由CPU（如80C51），CAN总线收发器 （如SJA1000）和相应的接口电路、复位电路构成。若应用较为复杂，还应外挂内存和EEPROM模块。
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
第四章 现场总线概述一、现场总线的定义按照国际电工委员会IEC61158标准的解释, 现场总线是应用在制造或过程区域现场装置与控制室内自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线.它也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络.二、现场总线控制系统的定义以现场总线为技术核心的工业控制系统,称为现场总线控制系统.简称FCS(Fieldbus Control System). 他把单个分散的过程控制设备变成智能控制节点(将微处理机嵌入到传统的过程控制仪表中,使之具备了数字处理和数字通信能力).采用简单连法的双绞线作为传输介质,把多个过程控制仪表连结成网络结构,使多个现场控制设备、现场智能仪表与过程监控计算机之间,实现数据传输与数据交换,形成各种适合实际需要的分布式自动控制系统.三、现场总线控制系统的由来20世纪50年代以前的气动控制仪表成为第一代控制仪表，到60年代的4-20mA 电动单元组合仪表为第二代仪表，到60年代-70年代中期，出现了DDC 系统，称为第三代控制系统，到70年代中期，出现了DCS,称为第四代控制系统，由于DCS 各生产厂商自成系统，许多软硬件产品不能互换，而且通信协议也各不相同，难以实现互换与互操作，组成大范围信息共享的网络系统，存在很多困难。
到了1982年欧洲首先提出现场总线的概念，随后于1984年美国仪表协会开始着手制订现场总线标准。
到1995年成立了国际性的组织，现场总线基金会，简称FF(Fieldbus Foundation)，并于2000年正式通过了7种现场总线国际标准，既IEC61158.四、现场总线标准现场总线标准是要求各个制造商和系统集成商共同遵守的一种通信协议技术标准。
2002年IEC61158共公布8种标准。
1、基金会现场总线 FFFF 的主要技术内容，主要包括FF 通信、用于完成OSI （开放式系统互连参考模型）的通信栈，用于描述设备特性的描述语言，设备描述字典，用于实现测量、控制、工程量转换的应用功能块，实现系统组合管理功能的系统软件以及构筑集成自动化系统，网络系统的系统集成技术。
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南京工程学院课程设计说明书（论文）题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号指导教师目录一课程设计的目的----------------------------------------------3二课程设计题目及要求----------------------------------------3 1题目----------------------------------------------3 2设计要求------------------------------------------3 三环境搭建-------------------------------------------------------3 四powerlink的原理--------------------------------------------4 五操作过程--------------------------------------------------------9 1 主从站之间的通信------------------------------------9 2openCONFIGURATOR应用------------------------------------------19六实习体会--------------------------------------------------------26Powerlink课程设计报告一、课程设计的目的课程设计的目的是使学生能够将《现场总线技术及应用》课程的学习内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握现场总线系统设计的基本思想和方法。
二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。
三、环境搭建（1）硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站（2）软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动四、powerlink的原理1)Powerlink是ICE国际标准，通信描述– IEC 61784- - 2服务和协议– IEC 61158- - 300– IEC 61158- - 400– IEC 61158- - 500– IEC 61158- - 600设备描述– ISO 15745- -1 1目前中国唯一实时以太网的国家标准（ GB/T- - 27960 ）2)通信过程本次课程设计我们安装两个ubuntu操作系统，一个作为主站，一个作为从站。
其中，主站发送一个数据给从站，同时从从站接收一个数据。
如下图所示：POWERLINK 的主站和从站事先定义了一些对象，这些对象的声明在objdict.h中。
这些对象的作用就是用来存储通信数据的。
下图为通信模型。
节点i节点k通信过程为：3．主站把需要通信的object 的数据，组成发送数据桢，发送给从站。
从站接收到该数据桢，将数据桢中的数据解析，放到从站自身的object 中。
4．同样道理从站把需要通信的object 的数据，组成发送数据桢，以广播的方式发送的网络上。
主站或其他从站接收到该数据桢，将数据桢中的数据解析，放到从站自身的object 中。
5．因此，POWERLINK 的通信，实际上就是主站上的object 与从站上的object 之间相互通信。
需要注意的是，相互通信的两个object，在数据长度上最好相同，否则，容易产生错误。
例如主站上某一个object 的数据长度为16bits, 而某个从站上的object 为8bits，这两个object 要通信，可能会出现主站发来的16bits 的数据要被保存到从站的8bits 的object 上，这就造成了数据的丢失。
通信模型的要点：1．对象字典由通信模型可知，要通信，首先需要有object，所有object 的集合，就成为对象字典。
通信之前，首先要定义对象字典。
2．映射参数（mapping）：描述object 与数据桢中数据段对应关系的参数叫做映射参数（mapping ).这个参数描述了object 如何组建成数据桢；以及如何将数据桢解析，将数据桢中的数据存放到object 中。
3．应用程序中对object 的访问通信的最终目的是为应用程序服务，将通信的数据交给应用程序使用。
Object 是通信协议与应用程序之间的接口，通信协议将数据保存至object 或者从object 把数据取走。
应用程序从另外一测与object 打交道。
3）主站发送参数的配置过程主站和从站的区别：每个循环周期，从站只需要发送一个TPDO 的数据帧。
而主站如果基于请求/应答模式，一个循环周期需要向网络中所有的节点都发送一次请求数据帧Preq，而且相应的也会收到从站的回复Pres，一个Preq 数据帧就是一个TPDO,而一个Pres 数据帧，就是一个RPDO。
这也就意味着主站在发送时，需要有多个发送TPDO的通道；在接收时，需要有多个接收RPDO 的通道。
举例来说，假如一个系统里，有1 个主节点和3 个从节点。
此时主站需要3 个发送通道和3 个接收通道。
4）从站接收配置之通信参数配置参数0x14XX 描述接收配置的通信参数，XX 的取值范围为0x00 至0xFF。
该参数描述了此节点需要接收来自哪个节点的数据。
从前面讲述的POWERLINK 基本原理可知，POWERLINK 支持交叉通信，因此每一个节点都可以接收来自另外一个或多个节点的数据。
所以一个节点可以有多个接收通道。
例如0x1400 是一个通道，接收来自主节点的数据，那么就把0x1400/0x01 的值设为0（默认值设为0，表示接收来自主站的请求数据）；0x1401 是一个通道，接收来自3 号节点的数据，那么就把0x1401/0x01 的值设为3，这样该节点在同一个循环周期你既接收来自主站的数据，也接收来自 3 号节点的数据。
5）openCONFIGURATOR介绍如果使用手动配置网络，那么每次修改网络参数，都要重新编译程序，重新下载，显然在某些场合是不能接受的。
而且手动配置的过程过于复杂。
因此手动配置适合用于产品开发和调试阶段。
当产品开发完成，交付给客户时，就不适合使用手动配置的方式来配置网络。
为此我们提供了一个工具openCONFIGURATOR，使用此工具可以方便快速的组建一个网络轻松地配置各个节点的网络参数和映射参数。
openCONFIGURATOR 是一个POWERLINK 的组网工具或者组态工具。
该工具的输入为网络设备的XDD 文件，输出文件主要是后缀名.cdc的网络配置文件。
该cdc 文件是一个二进制文件，保存了整个网络的配置信息。
主站会根据这个cdc 文件来配置网络主站的参数，以及各个从站的网络参数和映射参数以及循环周期等参数，这个文件不是程序的一部分，他只是一个存储文件。
五、操作过程1、主从站之间的通信1.在vm虚拟机下安装Ubuntu操作系统按下图的步骤进行配置填写用户名密码并且配置完成后，系统会自动安装并打开，填写密码登陆后进入操作系统桌面，打开终端进行操作。
2.下载程序文件产生器doxygen3.下载编译安装工具cmake4.下载网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动5.下载wireshark工具6.将下载好的openCONFIGURATO文件以及openPOWERLINK源代码复制到虚拟机的磁盘中。
7.进入prj/openPOWERLINK-v2.0.2-2/doc/software-manual文件夹下运行doxygen文件产生指导书，过程及结果如下图8.生成底层配置文件并进行编译，过程及结果如下所示底层文件配置成功9.按照指导书上的过程生成可执行文件由上图可知主站的可执行文件已经生成，此时进入安装文件夹下，复制该虚拟机作为从站，然后进行如下配置生成可执行文件。
可知从站可执行文件已生成。
10.运行主站的可执行文件，进行主站和从站之间的通信。
A）配置主站通信选择eth0网卡通信成功，主站传输数据B）配置从站通信选择相应与主站相同的网卡eth0通信成功，从站接收到来自主站的数据。
11.打开wireshark，通过此工具观察主从站之间的通信过程A）打开wiresharkB）在界面中选择主从站配置时选择的网卡eth0，点击start开始通信C）如下图所示，可以观察到主从站之间通信的数据信息2、openCONFIGURATOR应用1.openCONFIGURATOR的安装进入openCONFIGURATOR-v1.3.1-linux-i386文件夹运行confiture可执行文件，系统就会自动下载安装所需文件编译成功可以在gui文件夹下看到可执行文件openCONFIGURATOR,运行此文件。
可打开openCONFIGURATOR如下图进行配置在此页面的“choose save option”下的三个选项中选择poompt选项，其作用是当用户修改了配置或退出时，openCONFIGURATOR会淡出一个窗口询问是否保存。
接下来如上图所示，导入主站的XDD文件，我们选择import XDD/XDC选项，是因为此选项用于用户自己开发的主站或者第三方提供的主站，来导入与主站相对应的XDD文件。
并在接下来弹出的窗口中选择“yes”选项，openCONFIGURATOR会自动计算并填写主站中如下参数的配置信息，完成了添加一个网络配置的工程，并在网络里添加了一个默认的主站的工作。
然后进行从站的添加工作，如下图进行配置在弹出的窗口中填好相应的从站名称，节点号以及与主站相似的选项。
观察从节点，单击某个从节点，显示如下界面，如下图进行配置“pollResponse Timout”选项是指主站接收该从站pollresponse数据帧的超时时间，也可看作主站为该从站发送数据所分配的时间片然后配置接收和发送的网络参数和映射参数首先配置从站的发送PDO的映射信息，发送PDO的映射信息，描述了如何将该节点对字典中的object打包成一个数据帧，单击cm中的PDO的TPDO，按下图进行配置。
然后配置从站接收的映射信息接收PDO的映射信息，描述该节点，如何解析收到的数据帧，设置同上图主站的一样，配置完成后大考TPDO的objectmapping（0x 01和ox02），可以看到配置结果如下图所示设置循环周期单击openPOWERLINK_MN(240)，在右边的cycletime 里填写循环周期进行下面的操作对工程进行编译编译结果如下图所示，下图显示编译成功四、实习体会这次现场总线powerlink实习我们从安装Ubuntu到主站从站的通信以及openCONFIGURATOR 的使用，我们都受益匪浅。