现场总线综述及应用实例.
第8章现场总线综合应用举例
使用现场总线技术要考虑的几个问题
组成和设计FCS的方法
系统控制点数的确定 主站选择
➢ 主站模板 ➢ 大中型PLC ➢ PAC 从站选择 ➢ 从站数量的选择 ➢ 类型选择 ➢ 老系统改造中旧设备的继续使用
Your Success is Our Goal
8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3
Your Success is Our Goal
8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3
8.18.41.4 8.2
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.3 8.3.1 8.3.2
使用现场总线技术要考虑的几个问题
组成和设计FCS的方法
控制系统设计 ➢ 硬件系统设计
✓ 硬件配置 ✓ 电气柜装配 ✓ 现场设计
现场总线技术应用综合举例
XU QIYI
QFNU-ZDH
8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4
8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3
8.3 8.3.1 8.3.2
本章内容
使用现场总线技术要考虑的几个问题 常用产品介绍 综合举例
Your Success is Our Goal
8.83.3 8.3.1 8.3.2
现场总线技术应用综合举例 烟厂大型制丝险种使用现场总线技术的例子 具体DP网络
Your Success is Our Goal
8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4
8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3
8.3 8.38.13.1 8.3.2
PROFIBUS和AS-i常用产品介绍
DP常用产品
Siemens公司 ➢ 主站 ➢ 从站
BECKHOFF公司 ➢ 主站 ➢ 从站
现场总线技术的设计应用实例
现场总线技术的设计应用实例概述现场总线技术是工业控制系统中常见的一种通信协议，它通过将传感器、执行器与控制器连接到一个总线上，实现设备间的数据通信和控制。
本文将介绍几个现场总线技术的设计应用实例，包括Profibus、CAN总线和Modbus。
ProfibusProfibus是一种常用的工业自动化领域现场总线协议，它被广泛应用于物流自动化、工业控制和过程自动化等领域。
在物流自动化中，Profibus通信技术可以被用于连接传感器、执行器和控制器，实现自动化存储和分拣系统。
每个传感器和执行器都以从站的形式接入Profibus总线，并通过总线与控制器进行通信。
通过Profibus的高速通信和优化的数据传输机制，物流系统可以实现高效的物料搬运和分拣操作。
在工业控制领域，Profibus常被用于连接传感器、执行器和PLC（可编程逻辑控制器）。
PLC作为控制器可以通过Profibus实时监测设备状态，并根据需要发送命令和控制信号。
这种基于Profibus的控制系统可以实现复杂的工业过程控制和自动化。
CAN总线CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车行业的现场总线协议，它具有高可靠性和高实时性的特点，被广泛应用于汽车电子系统和航空航天领域。
在汽车电子系统中，CAN总线被用于连接车辆的各种传感器和执行器，并与车辆的ECU（电子控制单元）进行通信。
通过CAN总线的实时数据交换，车辆的各个子系统可以协调工作，实现诸如发动机控制、车身稳定性控制和驾驶辅助系统等功能。
在航空航天领域，CAN总线常被用于飞行控制系统和航空电子设备之间的数据交换。
航空电子设备需要实时高可靠的数据传输，以确保安全和可靠的飞行。
CAN 总线的高实时性和冗余特性使其成为航空电子系统中的理想选择。
ModbusModbus是一种最为常见的串行通信协议，被广泛应用于工业自动化领域。
Modbus支持点对点和主从通信模式，适用于各种环境。
现场总线技术及其应用
增强可维护性
现场总线设备具有自诊断和远程诊断功能， 方便维护和故障排除。
优化系统性能
现场总线技术可以实现分布式控制，优化了 系统性能，提高了生产效率。
02
现场总线技术分类与特点
分类方式及标准
按照国际标准分类
分为基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN总线等。
在能源与电力领域，现场总线技术将助力实现能源的高效 利用和电力的稳定传输，提高能源利用效率。
医疗与健康领域
现场总线技术也可在医疗与健康领域发挥重要作用，如实 现医疗设备的远程监控和维护，提高医疗效率和服务质量 。
技术创新与突破建议
加强基础研究
加大对现场总线技术的基础研究 力度，推动理论创新和技术突破
PROFIBUS总线
是一种广泛应用于工业自动化领域的 现场总线技术。它支持多种传输速率 和传输距离，并具有高可靠性和实时 性。
不同现场总线技术的比较
传输速率
不同现场总线技术的传输速率 不同，需要根据实际应用需求
选择合适的传输速率。
传输距离
不同现场总线技术的传输距离 也不同，需要根据实际应用需 求选择合适的传输距离。
无线化与智能化
无线现场总线技术将逐渐普及，实现设备间无线通信，降低布线成本，提高系统灵活性。 同时，智能化现场总线技术将进一步提高设备的自适应性、自诊断能力和远程监控能力。
标准化与互操作性
现场总线技术将更加注重标准化和互操作性，以实现不同厂商设备之间的无缝集成，降低 系统维护和升级成本。
面临的挑战与问题分析
定义：现场总线是一种用于工业 自动化领域，在现场设备之间实 现通信和控制，以及与上级控制 系统进行信息交互的通信技术。
CC-Link现场总线技术综述
具有丰富的RAS
如下图所示
1、备用主站功 能：即使主站 发生异常情况 、备用主站将 会使通讯继续。
具有丰富的RAS
2、从站脱离功 能： 当一个从站发生 异常时可以将其 切断，CC-Link 允许其他站继续 通信
切断
具有丰富的RAS
2、自动回复功 能： 当异常恢复时， CC-Link能让脱 离的从站自动 恢复，加入数据 连接中。
CC-Link通讯原理
CC—Link的底层通讯协议遵循RS485，具体的通讯 方式请参照图1。
CC-Link通信原理
CC—Link提供循环传输和瞬时传输两种通信 方式。一般情况下，CC—Link主要采用广播一轮 询(循环传输)的方式进行通讯。 具体的方式： 主站将刷新数据发送到所有从站，与此同时轮 询从站1； 从站1对主站的轮询作出响应，同时将该响应 告知其它从站； 主站轮询从站2(此时并不发送刷新数据)，从 站2给出响应，并将该响应告知其它从站； 依此类推，循环往复。
CC-Link通信原理
• ……
CC-Link通信原理
广播一轮询时的数据传输帧格式如图2： 基于（HDLC） ⑴标准帧格式 F F F A1 A2 ST1 ST2 DATA（Max.9 CRC 18byte) ⑵轮询-刷新数据 F F F A A2 ST1 ST2 RY( RWw(5 报文 CRC 1 256 12B) （150 B) B） F F F F F F
CC-link的系统配置
主站
从站 远程站Βιβλιοθήκη 远程I/O站智能设备站
远程设备站
本地站
CC-link的传输速度和距离
CCLink具有高速的数据传输速度，最高可以达到10Mbps， 其数据传输速度随距离的增长而逐渐减慢，传输速度和 距离的具体关系如表
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线（Fieldbus）是一种新型的工业通信技术，它是以数字化的方式将数据传输到工业现场设备和控制系统之间的通信总线。
现场总线的出现大大提高了工业自动化的可靠性、效率、安全和灵活性。
下面将介绍现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用和使用方法。
一、发展历程现场总线的发展可追溯到20世纪70年代，当时欧洲的一些机构开始研究数字控制系统。
80年代初，德国联邦教育研究部门的PLC工艺小组提出了“第三代工厂控制理论”，并提出了“现场总线”的概念。
90年代初，现场总线开始应用于工业自动化领域，并逐渐发展成为主流的工业通信技术。
二、特点及分类1. 特点（1）数字化传输：现场总线采用数字化通信方式，避免了模拟信号的干扰和失真，提高了数据的可靠性和准确性。
（2）灵活性：现场总线可以连接多种类型的设备和控制系统，实现设备之间的信息交换和协同工作。
（3）可扩展性：现场总线可以根据工业自动化系统的需求进行扩展和升级，具有很高的灵活性和适应性。
（4）实时性：现场总线可以实现实时数据传输和控制，提高了工业生产的效率和精度。
（5）安全性：现场总线支持加密和认证技术，保障了工业通信的安全性和可靠性。
2. 分类目前常用的现场总线主要有以下几种：（1）Profibus：是德国西门子公司研发的一种现场总线，可以实现高速数据传输和设备的实时控制。
（2）Modbus：是Modicon公司开发的一种现场总线，适用于数据采集和控制。
（3）CAN总线：是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的现场总线，具有高速、可靠、抗干扰等特点。
（4）DeviceNet：是美国罗克韦尔公司开发的一种现场总线，适用于工业设备之间的通信和控制。
三、主要应用现场总线广泛应用于各个工业领域，包括制造业、石化、水处理、电力等。
主要应用包括以下几个方面：（1）数据采集和监控：现场总线可以实现对工业设备的数据采集和监控，提高了生产过程的可靠性和效率。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法一、现场总线的发展历程现场总线(Fieldbus)技术起源于20世纪80年代，当时主要是为了解决工业控制系统中数据传输和设备互联的问题。
随着技术的不断发展，现场总线技术已经成为现代工业自动化领域的关键技术之一。
1. 20世纪80年代初期，现场总线技术的研究与应用逐渐兴起，主要应用于石油、化工、钢铁等行业的过程控制系统。
2. 20世纪90年代，随着工业控制系统的发展和技术的进步，现场总线技术得到了广泛应用，几乎涵盖了所有工业生产领域。
3. 21世纪初至今，现场总线技术已经成为工业自动化系统的核心技术，越来越多的企业使用现场总线技术实现设备互联和数据传输。
二、现场总线的特点1. 开放性：现场总线技术遵循统一的国际标准，实现了不同厂商设备之间的互通互联。
2. 高可靠性：现场总线技术采用数字通信技术，具有抗干扰能力强和数据传输可靠的特点。
3. 高效率：现场总线技术可以实现设备之间的直接通信，减少了传统集中控制方式中的数据处理环节，提高了系统的响应速度和工作效率。
4. 易扩展性：现场总线技术采用网络式结构，扩展设备非常方便，可以根据实际需要进行灵活配置。
5. 低成本：现场总线技术可以减少布线、降低系统复杂度，从而减轻了系统维护和运行成本。
三、现场总线的分类根据现场总线的应用领域、通信协议和传输速率等特点，现场总线主要分为以下几类：1. 过程自动化现场总线：如FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS PA 等，主要用于过程控制系统中，实现设备之间的数据传输和控制。
2. 工厂自动化现场总线：如PROFIBUS DP、DeviceNet、CANopen 等，主要用于工厂自动化系统中，实现设备之间的数据交换和通信。
3. 传感器/执行器现场总线：如AS-i、IO-Link等，主要用于传感器、执行器等设备之间的通信。
四、现场总线的主要应用现场总线技术广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、造纸、建材等工业领域，主要用于以下几个方面：1. 设备监控与控制：通过现场总线实现设备之间的实时数据采集、监控和控制。
现场总线综述及应用实例
现场总线技术综述一.概述现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC和DCS控制系统基本结构的革命性变化。
现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1.现场总线的特点现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。
一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。
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.用户具有高度的系统集成主动权5.提高了系统的准确性与可靠性3.现场总线的应用领域目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准1.IEC61158的制定1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。
1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。
发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。
现场总线在国内电厂的应用
现场总线在国内电厂的应用【摘要】现场总线技术是一种在国内电厂广泛应用的通信协议，旨在实现设备之间的实时数据传输和通信。
本文首先介绍了现场总线技术的基本概念和特点，包括其在电厂中的应用优势和挑战。
然后通过具体案例分析，探讨了现场总线在电厂中的实际应用情况，并展望了其在未来的发展趋势。
结论部分指出，现场总线技术在国内电厂中具有巨大的潜力，将成为电厂自动化控制系统的重要组成部分，推动电厂智能化和高效化发展。
这些内容共同揭示了现场总线技术在国内电厂中的应用前景，为电厂行业的发展提供了有力支持和指导。
【关键词】现场总线、国内电厂、应用案例分析、优势、挑战、未来发展、应用前景、潜力、自动化控制系统、智能化、高效化。
1. 引言1.1 现场总线在国内电厂的应用现场总线技术是一种常用于工业控制系统中的通讯技术，它将传感器、执行器以及控制器连接在一起，实现实时数据的传输和通讯。
在国内电厂中，现场总线技术已经得到广泛应用，并取得了显著的成效。
现场总线技术在国内电厂中的应用案例分析表明，它能够实现设备之间的实时监测和控制，提高了电厂的生产效率和运行安全性。
通过现场总线技术，电厂可以实现设备的远程监控和智能化控制，减少人工干预，提高生产效率。
现场总线技术在电厂中具有诸多优势。
它能够减少布线成本、提高系统可靠性、简化系统维护等，进一步促进了电厂的智能化和自动化程度。
现场总线技术也面临挑战，如通讯安全性、兼容性等问题，需要不断加强研究和改进。
未来，现场总线技术在国内电厂中的应用前景展望非常广阔。
随着工业互联网的发展和电力行业的智能化趋势，现场总线技术将成为电厂自动化控制系统中不可或缺的一部分，为电厂的智能化、高效化提供强有力支持。
现场总线技术在国内电厂中具有巨大的潜力，将成为电厂未来发展的重要方向之一。
2. 正文2.1 现场总线技术的介绍现场总线技术是一种用于工业自动化控制系统的通信网络技术，它可以实现各种现场设备和控制器之间的数据交换和通信。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线是一种工业控制系统中的通信方式，它的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
在当时，传统的工业控制系统大多采用分散控制模式，每个设备都有自己的控制器和传感器，相互之间难以进行信息共享和协作。
这种模式不仅效率低下，而且难以应对复杂的生产需求。
因此，人们开始探索一种全新的工业控制通信方式，即现场总线。
现场总线的主要特点是将所有的控制设备和传感器连接在一条通信线路上，实现数据共享和信息协作。
这种方式不仅提高了生产效率，而且降低了系统成本。
目前，现场总线已经成为工业自动化控制的重要通信方式之一。
现场总线可以分为不同的类型，如CAN总线、Profibus、Modbus、DeviceNet等。
这些总线在物理层和通信协议上有所不同，但它们的基本原理都是相同的，即将所有的设备连接在同一条通信线上，实现数据共享和控制协作。
现场总线的主要应用包括工厂自动化、过程控制、机器人控制、交通系统、能源管理等领域。
其中，工厂自动化是现场总线应用最广泛的领域之一。
现场总线的使用方法主要包括总线拓扑结构的设计、通信协议的选择和设备的配置等方面。
总线拓扑结构的设计是现场总线应用的关键，它直接影响到通信效率和系统稳定性。
通信协议的选择也是很重要的，不同的协议适用于不同的应用场景。
设备的配置方面，需要根据具体的需求选择不同的传感器和控制器，保证系统的稳定性和可靠性。
总之，现场总线是工业控制系统中不可或缺的通信方式，它的发展历程和特点值得深入学习和研究。
在实际应用中要注意总线拓扑结构的设计、通信协议的选择和设备的配置，以保证系统的稳定性和可靠性。
现场总线技术综述
LonWorks神经元芯片也具有独特的优势。LonWorks技术已
经被美国暖通工程师协会ASRE定为建筑自动化协议BACnet 的一个标准。根据刚刚收到的消息，美国消费电子制造商协
会已经通过决议，以LonWorks技术为基础制定了EIA-709标
准。 这样，LonWorks已经建立了一套从协议开发、芯片设
二、现场总线的优点
由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的 简化，使控制系统的设计、安装、投运到正常生产运行及其 检修维护，都体现出优越性。 1、节省硬件数量与投资。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
减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资 料，可节约安装费用60%以上。
3、节省维护开销。由于现场控制设备具有自诊断与简
单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关诊断维护信息送 往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，
以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，
同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。
2、Lon Works
LonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术，它是
由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同 倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型 的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网 络变量把网络通信设计简化为参数设置，通讯速率从300bps
3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、 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，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时 诊断设备的运行状态。 4、系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完 成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分 布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与 分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了 可靠性。 5、对现场环境的适应性。工作在现场设备前端，作为 工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计 的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电 力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与 通信，并可满足本质安全防爆要求等。
现场总线技术及其应用
2.CAN总线的控制方式
CAN自诞生以来，以其独特的设计思想，良好的功能特性和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。 CAN总线作为一种建筑电气总线在智能楼宇中的控制方式见图3-4。
*
*
图3-4 CAN总线控制方式
3.2.4 BACNET总线
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称，是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。
现场总线是开放互连网络
现场总线是现场通信网络
现场总线是数字通信网络
现场总线是现场设备互连网络
现场设备的互操作性与互用性
现场总线是结构和功能高度分散的系统
对现场环境的适应性
*
3.1.3 现场总线技术的优点
现场总线具有的数字化、开放性、分散性、互操作性和互换性及对现场设备环境的适应性等特点决定和派生了其一系列优点： 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销
CAN协议遵循 ISO/OSI模型，采用了其中的物理层，链路层与应用层的三层结构。
*
CAN采用点对点，一点对多点及全局广播几种发送和接收数据方式，可实现全分布式多机系统，且无主从之分。 CAN总线可以工作在多主方式，网络上任一节点均可以在任意时刻向其他节点发送信息，从不分主从，通信方式灵活。 CAN采用非破坏性的总线仲裁技术。 CAN不能支持防爆区。
通常将用于楼宇自动化领域的现场总线，如LonWorks、EIB、CAN、BACnet、DeviceNet、Modbus等总线，称之为建筑电气总线。
*
3.1.1 现场总线的演变过程
20世纪70年代以前，控制系统中多采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递。由于其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。
现场总线技术及其在电力行业中的应用
现场总线技术及其在电力行业中的应用一、引言我国因用电紧缺，急需一批先进的大型火电机组，但我国这方面技术落后，从国外引进。
同时也引进了分散控制系统和PLC。
FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。
而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。
新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。
DCS系统的关键是通信。
也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。
由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。
数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。
通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。
为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。
为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。
所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。
目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。
二、现场总线技术2.1 现场总线的概念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）。
传统的4-20mA信号连接，信息量有限，严重制约了企业信息集成和企业综合自动化的实现。
现场总线技术把孤立的现场级设备带进了企业信息网络中。
2.2 Profibus 技术介绍PROFIBUS，是一种国际化。
现场总线技术及其应用
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化
总结词
现场总线技术在工业自动化领域的应用非常广泛，它 简化了工业控制系统的结构，提高了控制精度和可靠 性，降低了设备和系统的维护成本。
详细描述
现场总线技术最初是为了满足工业生产现场的需求而 发展起来的。在工业自动化领域，现场总线技术被广 泛应用于各种生产设备之间的通信和控制系统，如数 控机床、机器人、温度控制器等。通过现场总线技术 ，这些设备可以相互连接并进行数据交换，从而实现 更加精确和可靠的生产控制。此外，现场总线技术还 可以用于工业生产现场的远程监控和管理，使得管理 人员可以随时了解生产现场的情况，及时发现并解决 问题。
现场总线技术及其应用
汇报人： 日期:
contents
目录
• 现场总线技术概述 • 现场总线技术的体系结构 • 现场总线技术的通信协议 • 现场总线技术的应用领域 • 现场总线技术的展望与发展趋势 • 现场总线技术应用案例分析
01
现场总线技术概述
定义和特点
定义
现场总线是一种用于工业自动化领域的数据通信协议，它允许设备之间进行数字通信，以实现设备间 的数据交换和控制操作。
01
现场总线技术的体系结构
物理层
物理层的定义
物理层是现场总线技术的最底层 ，负责在通信设备之间传输原始 比特流，涉及机械、电气、定时
和同步等方面。
物理层的特性
物理层具有规范化的物理设备接 口，如电缆、连接器、终端电阻 等，并规定了通信设备的电气特
性，如电压、电流等。
物理层的关键技术
物理层的关键技术包括信号编码 、同步和传输技术等，以保证信
网络安全问题
随着现场总线技术的广泛应用，网络安全问题也变得越来 越重要。需要采取有效的措施来确保数据的安全性和可靠 性。
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。
现场总线在国内电厂的应用
现场总线在国内电厂的应用一、现场总线技术概述现场总线是指在现场设备之间进行数据交换和控制的技术，它可以实现现场设备智能化、网络化和集成化。
现场总线技术通过集线器、数据采集模块、PLC（可编程逻辑控制器）等设备的连接，实现设备之间的数据传输和通信。
现场总线技术的主要特点包括通信速度快、通信效率高、设备连接简单、数据安全可靠等。
在电厂中，现场总线技术被广泛应用在各种设备和系统中，如发电机组、变压器、开关设备、输电线路等。
通过现场总线技术，电厂可以实现对设备的实时监测、远程控制、故障诊断以及数据采集和处理等功能，为电厂的安全稳定运行提供了有力的支持。
二、现场总线在电厂中的应用1. 发电机组控制在电厂中，现场总线技术被广泛应用于发电机组的控制系统中。
通过现场总线技术，电厂可以实现对发电机组的实时监测和远程控制，包括电流、电压、功率因数、转速等参数的监测和调节。
通过现场总线技术，电厂可以实现对发电机组的智能管理和优化控制，提高发电效率和降低能耗。
2. 输电线路监测3. 变压器监控现场总线技术可以应用于电厂的变压器监控系统中，实现对变压器的实时监测和故障诊断。
通过现场总线技术，电厂可以实时获取变压器的温度、湿度、油位、绝缘电阻等参数，并对变压器的运行状态进行监测和评估。
一旦发现变压器出现故障，电厂可以通过现场总线技术进行远程控制和故障处理，保障变压器的安全运行。
4. 电厂自动化控制系统5. 数据采集与处理1. 提高设备智能化水平现场总线技术可以实现对电厂设备的远程监测和智能控制，提高了设备的智能化水平。
通过现场总线技术，电厂可以实时获取设备的运行状态和参数，对设备进行远程控制和调节，提高了设备的自动化管理能力。
2. 提升生产效率3. 降低能耗4. 提高运行安全性随着信息技术的不断发展和进步，现场总线技术将会在电厂中得到更广泛的应用和推广。
未来，现场总线技术将进一步发展和完善，包括通信速度提高、通信协议统一、设备接口标准化等方面的技术改进。
现场总线控制系统应用实例
现场总线控制系统应用实例一、引言现场总线控制系统是一种基于计算机网络技术的自动化控制系统，它通过将各种现场设备与控制系统连接起来，实现数据传输和控制指令的交互。
它广泛应用于工业生产、楼宇自动化、交通运输等领域，提高了生产效率和自动化程度。
本文将以几个实际应用案例为例，介绍现场总线控制系统在不同领域的应用情况。
二、工业生产领域1. 汽车制造工厂汽车制造工厂是一个典型的工业生产场景，其中各种机械设备、传感器和执行器需要进行数据交互和控制。
现场总线控制系统在汽车制造工厂中的应用可以实现设备的远程监控和控制，提高生产线的自动化程度和生产效率。
例如，通过现场总线系统可以实时监测机械设备的运行状态和温度，及时采取措施防止故障发生。
同时，通过控制指令可以远程控制设备的启停和调整参数，提高生产线的灵活性和适应性。
2. 石油化工厂石油化工厂是一个复杂的工业生产场景，涉及到各种化工设备、管道和控制系统。
现场总线控制系统在石油化工厂中的应用可以实现设备的集中监控和控制，提高生产过程的安全性和稳定性。
例如，通过现场总线系统可以实时监测管道的压力和流量，及时发现异常情况并采取措施。
同时，通过控制指令可以远程控制设备的开关和调整工艺参数，提高生产效率和产品质量。
三、楼宇自动化领域1. 商业综合体商业综合体是一个集购物、娱乐、办公于一体的大型建筑群，其中涉及到多个子系统的控制和管理。
现场总线控制系统在商业综合体中的应用可以实现各个子系统的集中控制和监测，提高楼宇设施的管理效率和能源利用率。
例如，通过现场总线系统可以实时监测楼宇的温度、湿度和照明情况，根据需求自动调整空调和照明设备的工作状态，节约能源并提供舒适的室内环境。
2. 医院建筑医院是一个复杂的建筑群，涉及到多个科室、楼层和设备的控制和管理。
现场总线控制系统在医院建筑中的应用可以实现科室设备的集中控制和监测，提高医院的运行效率和服务质量。
例如，通过现场总线系统可以实时监测病房的温度和湿度，自动调整空调设备的工作状态，提供舒适的病房环境。
现场总线控制系统：第7章 现场总线技术应用综合举例
1. 选用现场总线技术的原因
时代及技术进步的要求 彻底分散控制，提高系统的可靠性 提高整个系统的智能化水平 大幅度节约系统成本的要求
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现场总线技术及应用教程
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7.1 要考虑的几个问题
● 现场总线技术 的应用
2. 现场总线技术最适合使用的场合
行业选择
现场总线技术是自动化领域的一项新技术，适合在许多行业中使用： 如制造业、流程工业、石油化工、烟草工业、电力系统等。
集成了主站功能和商用计算机功能的一体化嵌入式超小 型IPC
从站选择
从站数量的选择：根据控制点在现场的分布情况来合理 设置从站。
类型选择：根据从站I/O点的类型和数量来选择从站中 使用的I/O模块的类型和数量。
老系统改造中旧设备的继续使用
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7.1 要考虑的几个问题
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7.3 举例
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系统控制点数的确定
控制点数的确定是必不可少的。控制点的主要类型包括开关 量输入点、输出点和模拟量输入点、输出点。
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7.1 要考虑的几个问题
● 现场总线技术 的应用
4. 组成和设计FCS的方法
主站选择
可以插入工控机中的现场总线主站模板
集成有主站功能的大中型PLC
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7.2 PROFIBUS常用产品
● 现场总线技术 的应用
1. DP常用产品
市场上DP的产品比较多，主要制造商有SIEMENS公司、BECKHOFF公 司、WAGO公司、TRUCK公司以及VIPA公司等。
现场总线及其应用技术
现场总线及其应用技术一、引言现场总线（Fieldbus）是指在工业自动化控制系统中，用于连接现场设备的一种通信总线技术。
它通过集成控制器和现场设备之间的数据交换，实现工业自动化系统的控制与监测。
本文将介绍现场总线的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些技术。
二、现场总线的基本概念现场总线是一种将传感器、执行器等现场设备与控制器相连的通信系统。
它能够提供双向通信、实时数据传输和分布式控制等功能，极大地简化了工业自动化系统的布线和维护工作。
常见的现场总线包括Profibus、Modbus、CAN等。
三、现场总线的工作原理现场总线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 传感器或执行器将采集到的数据通过现场总线发送给控制器。
2. 控制器接收到数据后，进行处理并发送相应的控制指令给现场设备。
3. 现场设备接收到控制指令后，执行相应的动作，并将执行结果反馈给控制器。
四、现场总线的应用技术1. 实时性技术现场总线要求具有较高的实时性，能够在短时间内完成数据的传输和处理。
为了提高实时性，现场总线采用了一系列技术，如时间触发、通信速率调整和数据压缩等。
2. 安全性技术现场总线在工业自动化系统中承担着重要的控制和监测任务，因此安全性是其应用中的重要考虑因素。
现场总线采用了多种安全技术，如数据加密、身份认证和访问控制等，保障系统的安全运行。
3. 故障诊断技术现场总线能够实时监测现场设备的状态，并提供故障诊断功能。
通过采集设备的运行数据和故障信息，现场总线可以及时判断设备的工作状态，并进行故障定位和排除。
4. 网络管理技术现场总线通常由多个设备组成一个网络，因此需要进行网络管理。
网络管理技术包括网络拓扑结构的设计、数据包的路由和转发、网络性能的监测和调优等，保证网络的稳定和可靠运行。
5. 数据采集与处理技术现场总线能够实时采集大量的数据，并进行处理和分析。
数据采集与处理技术包括数据采样、滤波、数据压缩和数据存储等，为后续的控制和决策提供可靠的数据支持。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线的发展历程：现场总线是工业自动化控制系统中的重要组成部分，随着控制系统的发展，现场总线也得到了快速发展。
20世纪70年代初期，现场总线开始出现在自动化生产线中，主要用于连接传感器、执行器和控制器等设备。
在80年代中期，现场总线逐渐普及，并形成了一些常见的标准，如Profibus、Modbus等。
90年代后期，现场总线开始向工业以外的领域扩展，如建筑自动化、家庭自动化等。
现场总线的特点及分类：现场总线的特点是传输速度快、可靠性高、建设成本低、可扩展性强。
目前，现场总线主要分为数字、模拟和混合三种类型。
数字总线：数字总线可以传输数字信号，如开关量、计数器等。
其中，最常见的是Profibus和CAN总线。
模拟总线：模拟总线可以传输模拟信号，如温度、压力等。
其中，最常见的是HART和Foundation Fieldbus。
混合总线：混合总线可以同时传输数字信号和模拟信号，如Modbus和DeviceNet。
主要应用：现场总线广泛应用于工业自动化、建筑自动化、家庭自动化等领域。
在工业自动化中，现场总线常用于连接传感器、执行器和控制器等设备，实现自动化控制和监测。
在建筑自动化中，现场总线常用于连接照明、空调、安防等设备，实现智能化控制和管理。
在家庭自动化中，现场总线常用于连接家电、照明、窗帘等设备，实现智能化控制和管理。
使用方法：使用现场总线，需要先确定所需传输的信号类型，然后选择合适的总线类型和总线设备。
接着，根据现场实际情况进行布线、配置和调试，最终实现自动化控制和监测。
在使用过程中，需要注意总线设备之间的兼容性和稳定性，确保系统的持续运行和稳定性。
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现场总线技术综述一.概述现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC和DCS控制系统基本结构的革命性变化。
现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1.现场总线的特点现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。
一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。
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.用户具有高度的系统集成主动权5.提高了系统的准确性与可靠性3.现场总线的应用领域目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准1.IEC61158的制定1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。
1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。
发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。
在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。
1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。
IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。
这是现场总线发展的主流方向。
由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。
它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。
但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。
有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。
这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。
在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即：类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1）类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持）类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）类型5 FF HSE（即原FF H2，美国Fisher Rosemount 公司支持）类型6 Swift Net（美国波音公司支持）类型7 WorldFip（法国Alstom公司支持）类型8 Interbus（德国Phoenix contact公司支持）目前61158的基本原则是不改变原来61158的内容，作为类型1不改变各个子集的行规，作为其他类型，并对类型1提供接口2. 关于IEC62026的情况IEC62026的情况就没有那么复杂，它的构成如下：IEC62026 －1一般要求General Rules(in preparation)IEC62026 －2电器网络Device Network(DN)IEC62026 －3操动器传感器接口Actuator sensor interface(ASI)IEC62026 －4协议（规约）LontalkIEC62026 －5灵巧配电系统Smart distributed system(SDS)IEC62026 －6多路串行控制总线。
Serial Multiplexed Control Bus(SMCB)另外IEC17B又发出一个NP文件“《Device Word FIP》电器网络“1998年4月投票失败尚未成为IEC62026系列的CD文件。
而Interbus努力成为第7 部分。
2000年6月以下文件将进入最后一轮投票，并通过，（即将出版）IEC62026 －1一般要求General Rules(in preparation)IEC62026 －2电器网络Device Network(DN)IEC62026 －3操动器传感器接口Actuator sensor interface(ASI)IEC62026 －5灵巧配电系统Smart distributed system(SDS)3. ISO11898现场总线领域中，在IEC61158和62026之前，CAN是唯一被批准为国际标准的现场总线。
CAN由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准ISO11898（通信速率＜1Mbps）和ISO11519（通信速率≤125Kbps）。
CAN总线得到了计算机芯片商的广泛支持，它们纷纷推出直接带有CAN接口的微处理器（MCU）芯片。
带有CAN的MCU芯片总量已经达到130,000,000片（不一定全部用于CAN总线）；因此在接口芯片技术方面CAN已经遥遥领先于其他所有现场总线。
需要指出的是CAN总线同时是IEC62026 －2电器网络Device Network(DN) 和IEC62026 －5灵巧配电系统Smart distributed system(SDS) 的物理层，因此它是IEC62026最主要的技术基础。
三．几种典型的现场总线介绍1．ProfibusPROFIBUS是1987年，德国联邦科技部集中了13家公司的5个研究所的力量，按ISO/OSI参考模型制订的现场总线的德国国家标准，其主要支持者是德国西门子公司，并于1991年4月在DIN19245中发表，正式成为德国标准。
开始只有PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS，1994年又推出了PROFIBUS－PA，它引用了IEC标准的物理层（IEC1158－2,1993年通过），从而可以在有爆炸危险的区域（EX）内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使PROFIBUS更加完善。
PROFIBUS已于1996年3月15日批准为欧洲标准EN50170的第2卷。
①组成：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）这是一种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）是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用双线进行总线供电和数据通信。
②协议结构Profibus协议结构是根据ISO7498国际标准以OSI作为参考模型的。
但省略了3～6层，同时又增加了服务层。
PROFIBUS－DP使用了第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口，第三层到第七层未加以描述。
这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，直接数据链路映象（DDLM）为用户接口易于进入第二层。
用户接口规定了用户系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS －DP设备的设备行为，还提供了传输用的RS485传输技术或光纤传输技术。
PROFIBUS－FMS：对第一层、第二层和第七层（应用层）均加以定义。
PROFIBUS－PA：采用了扩展的DP协议。
另外还使用了描述现场设备行为的PA规约。
根据IEC1158－2标准，这种传输技术可确保其本质的安全性并通过总线给现场设备供电。
使用分段式耦合器，PROFIBUS－PA设备能很方便地集成到PROFIBUS－DP网络上。
PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而这二套系统可在同一根电缆上同时操作。
③传输技术PROFIBUS提供了三种类型的传输：用于DP和FMS的RS485传输用于PA和IEC1158－2传输·光纤（FO）A. RS485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，这种技术通常称为H2。
采用屏蔽双绞铜线，共用一根导线对。
线性总线结构允许站点增加或减少，而且系统的分步投入也不会影响到其它站点的操作。
后增加的站点对已投入运行的站点没有任务影响。
传输速率可选：9.6Kbps和12Mbps之间。
站点数：每分段32个站，不带中继器；带中继器可多达127个站传输距离：B. IEC1158－2传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。
传输速率：31.25Kbps，电压式。
站点数：每段最多为32个，总数最多为126个。
距离：采用双绞线电缆，传输距离可达1900m。
C. Profibus系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体以增加高速传输的最大距离。
许多厂商提供专用总线插头，可将RS485信号转换成光信号和光信号转换成RS485信号，这样就为RS485和光纤传输技术在同一系统上使用提供了一套开关控制的十分简便的方法。
④应用情况PROFIBUS的应用包括了加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。