1-现场总线基础知识
【前言】项目驱动——CAN-bus现场总线基础教程
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ZLG-周立功
通信速率最高1Mbps 通信距离最远10km 无损位仲裁机制
多主结构 ……
近年来，CAN-bus相关芯片价格 持续下降。另外，许多 MCU已集成CAN 控制器，例如：
项目驱这正是我们推出《项目驱动——CAN-bus现场总线基础教程》的原因所在。
理论学习与动手 实践并重。
CAN节点应用程序设计与组网 自定义一个CAN-bus应用层协议 CAN控制器SJA1000驱动程序设计 介绍一个CAN节点完整的硬件设计 介绍现场总线概念和CAN-bus规范
阅读提示与联系方式
CAN-bus是一项实用性很强的技术，要掌握它就必须动手实践。
CAN-bus是一项仍在不断发展的技术，需通过网络关注其发展动态， 包括新的标准、新的器件、新的应用领域和新的调试方法等。
前
言
历久弥新的CAN-bus
20世纪90年代，为解决汽车电气设备通信问题，
它就是
自问世以来，它以
一种极具生命力的现场总线就此诞生。
高效
CAN-bus 经济 可靠
灵活
等诸多优点在各行各业大展身手。
历久弥新的CAN-bus
CAN-bus有许多先进特性： 许多国际组织或公司机构推出基于 CAN-bus的高层协议：
项目驱动的概念
以一个多节点CAN-bus通信网络的实现 为主题来介绍CAN-bus各方面的知识。
从宏观概念到微观操作实践。
从自定义协议到国际主流标准协议。
从硬件设计到软件分层设计。
循序渐进，深入浅出。
本书章节安排
现场总线考点
现场总线考点1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。
2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分3.现场总线的基本定义？现场总线：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备与高层设备之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。
5.现场总线控制系统的技术特点。
1）开放性；2）全数字化；3）双向通信；4）互可操作性与互用性；5）现场设备的智能化与功能自治性；6）系统结构的高度分散性7）对现场环境的适应性6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？1）FCS实现全数字化通信2）FCS实现彻底的全分散式控制3）FCS实现不同厂商产品互联、互操作4）FCS增强系统的可靠性、可维护性5）FCS降低系统工程成本7.分析现场总线的现状，展望其发展前景。
组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。
硬件组态：根据系统的规模及控制要求进行硬件的选择，主要包括通信系统的选择、人机接口的选择、过程接口的选择、集散控制系统与PLC及上位机的通信接口的选择、电源系统的选择、上位机与可编程逻辑控制器的选择、集散控制系统控制单元的选择等。
软件组态：在系统硬件和系统软件的基础上，将系统提供的功能块用软件组态的方式连接起来，以达到过程控制的目的。
第二章数据通信基础与网络互联1.何谓现场总线的主设备、从设备？可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。
不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”，或者叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
现场总线知识点汇总
现场总线知识点汇总现场总线知识点汇总1. 现场总线定义：（1）国际电⼯委员会IEC61158标准定义，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数字式、串⾏、多点通信的数据总线。
（2）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技术。
2. 现场总线技术是在20世纪80年代中期发展起来的，是计算机技术、通信技术、控制技术（即3C技术）发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化、智能化⽹络发展到现场的结果。
2. 现场总线亦称为⼯业控制⽹络，已经成为控制⽹络技术的代名词。
3. 现场总线以测量控制设备作为⽹络节点，以双绞线等传输介质为纽带，把位于⽣产现场、具备了数字计算和数字通信能⼒的测量控制设备连接成⽹络系统，按公开、规范的通信协议，在多个测量控制设备之间、以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成适应各种应⽤需求的⾃动控制系统。
（三要素：⽹络节点、传输介质、通信协议）4. 与⼀般的电信⽹和⼀般的计算机⽹络相⽐，现场总线控制系统特别强调可靠性和实时性，现场总线的数据通信是以引发物质或能量的运动为最终⽬的。
5. 现场总线产⽣的背景和时代需求：处于企业⽣产过程底层的测量⾃动化系统，由于设备之间采⽤传统的⼀对⼀连线，⽤电压、电流的模拟信号进⾏测量控制，或采⽤⾃成体系的封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使⾃动化系统成为“信息孤岛”。
要实现整个企业的信息集成，要实施综合⾃动化，就要构建运⾏在⽣产现场、性能可靠、造价低廉的⼯⼚底层⽹络，完成现场⾃动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间、以及⽣产现场与外界的信息交换。
现场总线作为现场设备之间互联的控制⽹络，沟通了⽣产过程现场控制设备之间及其与更⾼控制管理层⽹络之间的联系，为彻底打破⾃动化系统的信息孤岛僵局创造了条件。
6. ⼯业⾃动控制系统历史（1）20世纪50年代，模拟仪表控制系统（ACS）；（2）20世纪60年代，直接数字控制系统（DDC）；（3）20世纪70年代，集散控制系统（DCS）；（4）20世纪90年代，现场总线控制系统（FCS）。
CAN总线基础知识介绍[试题]
![CAN总线基础知识介绍[试题]](https://img.taocdn.com/s3/m/8205b8245b8102d276a20029bd64783e09127d2b.png)
什么是CAN ?CAN，全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。
最初，CAN被设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载各电子控制装置ECU 之间交换信息，形成汽车电子控制网络。
比如：发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电子主干系统中，均嵌入CAN控制装置。
一个由CAN 总线构成的单一网络中，理论上可以挂接无数个节点。
实际应用中，节点数目受网络硬件的电气特性所限制。
例如，当使用Philips P82C250作为CAN收发器时，同一网络中允许挂接110个节点。
CAN 可提供高达1Mbit/s的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。
另外，硬件的错误检定特性也增强了CAN的抗电磁干扰能力。
CAN 是怎样发展起来的？CAN最初出现在80年代末的汽车工业中，由德国Bosch公司最先提出。
当时，由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作的，这就使得电子装置之间的通讯越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。
提出CAN总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯，减少不断增加的信号线。
于是，他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂接在该总线上。
1993年，CAN 已成为国际标准ISO11898(高速应用)和ISO11519（低速应用）。
CAN是一种多主方式的串行通讯总线，基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误。
当信号传输距离达到10Km时，CAN 仍可提供高达50Kbit/s的数据传输速率。
由于CAN总线具有很高的实时性能，因此，CAN已经在汽车工业、航空工业、工业控制、安全防护等领域中得到了广泛应用。
CAN 是怎样工作的？CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式。
CAN层的定义与开放系统互连模型（OSI）一致。
每一层与另一设备上相同的那一层通讯。
现场总线技术 参考教材
现场总线技术参考教材以下是一些与现场总线技术相关的参考教材：1. 《现场总线技术应用教程》国家级职业教育规划教材，根据高等职业技术院校电气自动化技术专业教学计划和教学大纲，由劳动和社会保障部教材办公室组织编写。
主要内容涉及现场总线控制系统的组成、典型现场总线的协议结构、LonWorks现场总线系统及其应用、Profibus现场总线系统及其应用、其他几种典型的现场总线控制网络及其简单应用举例等。
2. 《现场总线技术及应用教程》本书是作者在教学与科研实践的基础上，结合近十年现场总线技术的发展编写而成的，书中详细介绍了作者在现场总线应用领域的最新科研成果，给出了大量的应用设计实例。
本书可作为高等院校自动化、计算机应用、信息工程、机电一体化方向的研究生、高年级本科生的教材，更适用于从事现场总线技术及其应用系统设计的工程技术人员参考。
全书共分8章，主要内容包括：现场总线概述、数据通信基础与网络互联、串行通信接口技术、CAN控制器局域网、LonWorks智能控制网络、PROFIBUS现场总线、基金会现场总线FF、DeviceNet与工业以太网技术及其应用系统设计，同时介绍了基于PCI总线的现场总线智能通信适配器的硬件设计和设备驱动程序WDM的开发。
3. 《工业网络与现场总线技术》本书主要介绍了工业网络与现场总线的基本原理和应用技术，包括网络基础知识、网络体系结构、网络互连技术、工业网络系统、几种典型的现场总线（如CAN、LonWorks、PROFIBUS、FF等）的原理及其应用技术，以及工业网络的组态与控制软件等。
4. 《现代控制工程基础》该书介绍了现代控制工程的基本概念、原理和应用，包括自动化系统的发展趋势和特点、控制系统计算机仿真技术等。
5. 《工业自动化系统与网络》该书介绍了工业自动化系统与网络的基本概念、原理和应用，包括自动化系统的网络架构和通信协议等。
6. 《电气控制技术基础》该书介绍了电气控制技术的基本原理和应用，包括常用电气元件和控制系统的工作原理等。
1、FCS总体介绍
火电厂辅助车间FCS迅速推广
西安热工院又在巢湖、河源、平海等电厂建成 了水处理FCS，范围和功能比玉环电厂更扩大。九台、 金陵电厂辅助车间全面采用FCS，正在建设中；
TPRI
现场总线控制系统在国内电厂的应用
海水脱硫系统FCS投运
华能海门电厂海水脱硫系统设计8个Profibus-DP网 段，连接67台设备；设计6个FF-H1网段，连接40台 仪表。 热工院利用现场总线设备 的信息，组态了设备状态、 诊断信息窗口。
安装、维护技术的变化：
– 通信电缆、接头安装要求提高，通信故障90%是安
装不规范； – 校验、查故障需要新装备，需要新的知识和培训；
TPRI
电厂推广现场总线技术的探讨
对新技术需要有认识和适应过程
– 数字通信不如电压和电流信号直观；
– 分析通信故障需要新知识和新技术； – 回忆DCS替代盘操仪表，认识和接受过程超过5年。
信息化与自动化互相融合 新时期电厂在实现保护连锁、过程控制自动化的同 时，对现场设备信息采集、处理也有更高要求。 数字化电厂是电厂发展的方向 自动化与信息化高度统一是数字化电厂的重要特征， 预计今后10年电厂将向这个方向发展。
TPRI
2. 数字化电厂的模型结构
数字化电厂的基本结构 数字化电厂的模型结构还没有标准定义，我们认 为可分为三层： 管理决策层：MIS(管理信息系统)，DSS(决策支 持系统)
TPRI
现场总线技术(FCS)－新时期电厂自动化及信 息化的基础
西安热工研究院有限公司
Xi’an Thermal Power Research Institute
TPRI
主要内容
Summary
现场总线实训报告总结
现场总线实训报告总结
一、实训背景
现场总线是工业控制领域中常见的一种数据传输方式，它弥补了传统的模拟信号传输方式的不足，提高了系统的可靠性和稳定性。
为了更好地掌握现场总线的工作原理和应用技术，我们参加了相关的现场总线实训。
二、实训内容
1. 现场总线基础知识
我们首先了解了现场总线的概念和基本原理，包括现场总线的定义、结构、通信协议和常见的现场总线类型等。
通过学习，我们对现场总线的工作原理有了更深入的了解。
2. 现场总线实际应用
在实际应用方面，我们学习了PLC控制系统中的现场总线应用，包括了现场总线的配置、现场总线设备的接线和PLC程序的编写等。
通过实际操作，我们掌握了现场总线设备的初始化、地址分配、数据读写、故障诊断等操作方法。
3. 现场总线性能测试
我们对现场总线进行了性能测试，包括了现场总线的通信速率、抗干扰能力、可靠性等性能指标。
通过测试，我们发现现场总线的通信速率很快，抗干扰能力强，可靠性高。
三、实训成果
通过现场总线实训，我们掌握了现场总线的基本知识和应用技术，增强了我们的实践能力和技能水平。
我们还发现，现场总线在工业控制领域中的应用非常广泛，具有很高的应用价值。
我们将把所学的技术应用到实际工作中，并不断提高自身的技能水平。
四、实训收获
通过本次实训，我们不仅学到了理论知识，更重要的是通过实际操作，加深了对现场总线的理解和掌握，提高了我们的实践能力和技术水平。
我们相信这些知识和技能将对我们今后的工作和学习有很大的帮助，我们会不断学习和探索，为工业控制领域的发展做出自己的贡献。
现场总线总结
总线基本概念部分1、现场总线的概念P1：现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
2、现场总线的5个发展阶段P2：》基地式气动仪表控制系统》电动单元组合式模拟仪表控制系统》集中式数字控制系统》集散控制系统DCS》现场总线控制系统FCS3、现场总线分类P3：(目前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，对网络的性能要求不是很高。
高速现场总线主要应用于控制网内的互连,连接控制计算机、PLC 等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接,它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。
) 传感器总线和设备总线统称为现场总线；按通信帧的长短，把数据传输总线分为：传感器总线,设备总线和现场总线；ASI总线，传感器总线，位级数据总线；CAN总线，设备总线，字节级数据总线；ControlNet，PROFIBUS，Foundation Fieldbus总线，现场总线，数据块级数据总线；4、现场总线的技术特点P8:•1.系统的开放性•2.可操作性与互用性•3.现场设备的智能化与功能自治性•5。
对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势P9：优势：1.节省硬件数量与投资；2。
节省安装费用;3.节约维护开销；3.用户具有高度的系统集成主动权；4.提高了系统的准确性与可靠性劣势：网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等，都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，是的控制系统的分析和综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。
6、总线操作、总线仲裁概念P15总线操作：总线上数据发送者与接受者之间的连接-〉数据传送—〉脱开这一操作序列成为一次总线操作。
这里的连接指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定。
连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程，称为数据传送.而脱开则指完成一次或多次总线操作后，断开发送者与接受者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。
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RS485总(Zong)线结构
RS-485支持半双工或全双工模式，网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支
持环形或星型网络。最好采用一条总线将各个节点(Dian)串接起来，从总线到每个节点 (Dian)的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。如
第十七页，共一百页。
视频监控(Kong)系统传输介质
视频连接线，简称(Cheng)视频线，由视频电缆和连接头两部分组成，其中：视频电缆
是特征阻抗为75Ω（欧）的同轴屏蔽电缆，常见的规格按线径分为SYV75-3、 SYV75-5、 SYV75-7和SYV75-9等几种，按芯线分有单芯线和多芯线两种，连接 头的常见的规格按电缆端连接方式分有压接头和焊接头两种，按设备端连接 方式分有BNC（俗称卡头），RCA（俗称莲花头）两种。
CAN总线不宜在强干扰、高速率、远距离的场合下使用双绞线作为传输介质。
CAN协议支持光纤作为传输介质，而光纤信号的传输则是单向的，因此最简单实用的 方法是在某些总线支路上采用光纤介质，整个CAN网络为双绞线和光纤两种传输介质混 合使用的方式。
作为传输介质，光纤在抗干扰性、传输容量、速率等方面具有许多比双绞 线优良的特性。因此，在某些环境恶劣、地理分布范围较广、速率要求较高 的CAN总线系统中，可以在相应的支路上使用光纤传输，从而保证整个CAN网络 的性能。
聚乙烯外套；
5、终端机房设备间的连接线，距离较短时，宜选用导体内径为3mm或5mm的同轴电缆， 且具有密编铜网导体的同轴电缆；
6、电梯轿厢的视频同轴电缆应选用电梯专用电缆。
第十九页，共一百页。
现场总线填空题汇总
现场总线填空题汇总1. 现场总线的定义现场总线是一种用于计算机系统中各个组件之间进行通信的标准接口。
它是一种基于总线架构的通信协议，用于在工业自动化和控制系统中实现设备之间的数据交换和通信。
2. 现场总线的优势现场总线相比传统的点对点通信方式具有以下几个优势：•降低成本：现场总线可以减少控制系统中的连线数量，降低系统布线的复杂性和成本。
•提高可靠性：现场总线可以实现对通信线路的监测和故障检测，提高系统的可靠性和稳定性。
•提高灵活性：现场总线允许添加、删除或更改系统中的设备组件，提供了系统的灵活性和可扩展性。
•提高数据传输效率：现场总线可以通过多路复用技术将多个设备的数据传输合并到一条通信线路中，提高了数据传输的效率。
3. 现场总线的组成部分现场总线通常由以下几个组成部分组成：•物理层接口：物理层接口是现场总线与设备的连接接口，通常使用标准的电缆或者光缆来传输数据信号。
•通信协议：通信协议定义了现场总线通信中的数据格式、传输规则和通信协议等，确保设备之间能够正确地进行数据的交换和通信。
•总线控制器：总线控制器负责管理和控制现场总线的数据传输和通信，包括数据的发送、接收、处理和转发等功能。
•设备节点：设备节点是连接到现场总线的各个设备组件，例如传感器、执行器、控制器等，它们通过现场总线与其他设备进行通信和数据交换。
4. 现场总线的常见类型现场总线根据其通信协议的不同可以分为多种类型，以下是几种常见的现场总线类型：•Profibus：Profibus是一种应用广泛的现场总线标准，适用于工业自动化和控制系统。
它提供了高速数据传输、可靠性和灵活性等特点。
•Profinet：Profinet是基于以太网的现场总线标准，支持实时通信和工业以太网的特性，适用于高速控制和数据传输。
•CAN：CAN（Controller Area Network）是一种广泛应用于汽车电子和工业控制系统的现场总线标准，它具有抗干扰能力强、串行通信和可靠性高的特点。
汽车车载网络技术-第二章-车载网络基础知识
第三节 常用基本术语
7.报文及帧 帧有两种不同的帧格式:具有11位识别符的帧称为标准帧,具有29位识别符 的帧称为扩展帧。帧按照携带的信息类型可分为以下4种帧格式: (1)数据帧 数据帧携带数据,将数据从发送器传输到接收器。 (2)远程帧 远程帧由总线单元发送,用于请求发送具有相同识别符的数据 帧。 (3)过载帧 过载帧用于在先行和后续的数据帧(或远程帧)之间提供一附 加的延时。 (4)错误帧 任何单元检测到总线错误,就发出错误帧。
三、现场总线的几种常见类型
1.FF FF的体系结构参照ISO/OSI参考模型的第1、2、7层协议,即物理层、数据链路 层和应用层。另外增加了用户层。FF分为低速H1总线和高速H2总线两种。 2.Profibus Profibus有3种类型,即分散化的外围设备(Profibus-DP)、现场总线报文规范 (Profibus-FMS)和过程自动化(Profibus-PA)。 3.LonWorks 采用的LonTalk协议被封装在Neuron芯片中,内含3个8位微处理器,分别用于负 责媒体访问控制、网络处理和应用处理。通常将局部操作网络及其技术统称为 LonWorks技术。
二、通信协议标准
2.车载网络协议标准 (1)A类总线协议标准 面向传感器和执行器控制的低速网络,数据传输 速率通常只有1~10kbit/s。网络协议种类主要有LIN、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)和CCP等 (2)B类总线协议标准 面向独立电控单元之间数据共享的中速网络,传输 速率一般为10~100kbit/s。主要应用于车辆电子信息中心、故障诊断、SRS 和组合仪表等,以减少冗余的传感器和其他电子部件 (3)C类总线协议标准 面向高速、实时闭环控制的多路传输,最高传输速 率可达1Mbit/s,主要用于发动机、ABS/ASR、悬架等控制。 (4)D类总线协议标准 D类网络称为智能数据总线(IDB),主要面向信息和 多媒体系统等。D类网络协议的速率为250kbit/s~400Mbit/s。
基金会现场总线
协议数据的构成与层次
• 图6．2表明了现场总线协议数据的内容和模型中 每层应该附加的信息。它也从一个 角度反映了现 场总线报文信息的形成过程。如某个用户要将数 据通过现场总线发往其他 设备，首先在用户层形 成用户数据，并把它们送往总线报文规范层处理， 每帧最多可发送 251个8位字节的用户数据信息； 用户数据信息在FAS，FMS，DLL各层分别加上 各层的 协议控制信息，在数据链路层还加上帧校 验信息后，送往物理层将数据打包，即加上帧前、 帧后定界码，也就是开头码、帧结束码，并在开 头码之前再加上用于时钟同步的前导码(或 称之 为同步码)。该图还标明了各层所附的协议信息的 字节数。信息帧形成之后，还要通 过物理层转换 为附合规范的物理信号，在网络系统的管理控制 下，发送到现场总线网段 上。
FF网络通信中的虚拟通信关系
• 类型 客户/服务器型 报告分发型 发布/预订接收型 书P80表4.3
Hale Waihona Puke 基金会现场总线的物理层及其网络连接
• 基金会现场总线的物理层遵循IECll58—2(1993年) 和ISA—S50．02中有关物理层的标准。现场总线 基金会为低速总线颁布了FF—81631．25Kbps物 理层规范，也称为低速现场总线的H1标准。传输 速率为1Mbps，2．5Mbps的被称为H2标准。 • 按照通信协议分层的原有概念，物理层并不包括传 输媒体本身。然而，由于物理层的基本任务是为数 据传输提供合格的物理信号波形，且直接与传输介 质连接。传输介质的性能与应用参数对所传输的物 理信号波形有较大影响。现场总线基金会除了对有 关物理层内部的技术参数做出规定外，还对影响物 理信号波形、幅度的相关因素，如媒体种类、传输 距离、接地、屏蔽等制定了相应标准。因而本节中 除了介绍物理层本身之外，还涉及一些与物理层直 接相关的网络连接问题。
现场总线模块原理
现场总线模块原理
现场总线模块是现代自动化系统中常用的一种通信模块，它的作用是将不同的设备和组件连接并进行数据交换。
现场总线模块可以通过一根物理总线连接多个设备，并且这些设备可以双向通信，实现数据的传输和控制。
现场总线模块的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 总线通信协议：现场总线模块通过一种特定的通信协议与其他设备进行通信。
这个通信协议定义了数据的格式和传输方式，确保各个设备之间的数据交换可靠和准确。
2. 数据传输：现场总线模块可以将控制命令、传感器数据、状态信息等数据传输到其他设备。
它会以一定的频率从传感器或其他设备读取数据，并将这些数据通过总线发送给其他设备。
3. 设备地址和识别：现场总线模块在通信过程中，需要知道要发送数据的设备或者接收数据的设备。
每个设备都有一个唯一的地址，通过这个地址，现场总线模块可以将数据准确地发送给对应的设备。
4. 主从节点：现场总线模块中，通常会存在一个主节点和多个从节点。
主节点负责控制总线上的数据传输和通信，而从节点则负责接收和处理主节点发送的数据。
总的来说，现场总线模块通过定义通信协议、进行数据传输、设置设备地址和识别、以及主从节点的工作模式，实现了多个
设备之间的数据交换和控制。
这种模块化的设计使得自动化系统更加灵活和可扩展，提高了系统的运行效率和可靠性。
现场总线与工业以太网基金会现场总线
一种经典旳工程实例
• FF总线在拜耳漕泾工厂旳应用
•
上海拜耳漕泾园区(Bayer Material
Science)下属工厂旳涂料厂、公用工程厂和
聚酯厂已于2023年建成投产，该项目选用了
FF基金会现场总线，在仪表选型和安装调试
方面有自己旳特色，尤其是聚酯厂，使用旳
FF现场总线仪表较多，系统设置明朗、可靠
FF-H1主要用于过程工业（连续控制）旳自动化。FFHSE则采用基于Ethernet (IEEE802.3) +TCP/IP旳六层构造， 其通信距离为750m和500m。物理传播介质可支持双绞线、 光缆和无线发射，协议符合IEC61158-2原则。FF-HSE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。
3．基金会现场总线这一开放、可互操作旳技术已经成为全球 范围内领先旳数字化控制系统处理方案。近年来，越来越多旳 最终顾客采纳了基金会现场总线技术。该技术已广泛应用在石 油、天然气、石油化工、化工食品、制药、电力、水处理、钢 铁矿山、造纸、水泥等行业有着广泛应用，其中石化领域目前 是FF总线最主要旳应用领域。
(6)系统测试技术。
它涉及通信系统旳一致性与互可操作性测试技术、总线监 听分析技术、系统旳功能和性能测试技术。一致性与互可操作 性测试是为确保系统旳开放性而采用旳主要措施。一般要经授 权过旳第三方认证机构作专门测试，验证符合统一旳技术规范 后，将测试成果交基金会登记注册，授予FF标志。只有具有 了FF标志旳现场总线产品，才是真正旳FF产品，其通信旳一 致性与系统旳开放性才有相应保障。有时，对由具有FF标志 旳现场设备所构成旳实际系统，还需进一步进行互可操作性测 试和功能性能测试，以确保系统旳正常运转，并到达所要求旳 性能指标。总线监听分析用于测试判断总线上通信信号旳流通 状态，以便于通信系统旳调试、诊疗与评价。
几种现场总线介绍
现场总线百科名片现场总线结构图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）。
现场总线简介 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。
按照IEC的解释 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装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输。
定义 是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
主要用于 制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。
典型的现场总线技术 2003年4月，IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准，规定10种类型的现场总线。
Type 1 TS61158现场总线 Type 2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线 Type 3 Profibus现场总线 Type 4 P-NET现场总线 Type 5 FF HSE现场总线 Type 6 SwiftNet现场总线 Type 7 World FIP现场总线 Type 8 Interbus现场总线 Type 9 FF H1现场总线 Type 10 PROFInet现场总线现场总线的特点及优点 (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。
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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
（4）现场总线控制系统（FCS）
采用了开放的、可互连的网络技术将现场的各种 控制器和仪表设备相互连接，把控制功能彻底下放到 现场，降低了安装成本和维护费用。
（2）以单片机、计算机和PLC为控制器的集 中数字控制系统，其内部传输的是数字信号， 克服了模拟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。
控制变量
干扰
执行器
被控现 场
被控制变量
开
开
关
关
量
量
控制计算机
பைடு நூலகம்
D
A
/
/
A
D
集中控制结构示意图
干 扰
现 场 连 线
（3）以集中管理、分散控制为核心思想的集散控制系 统（DCS），在20世纪末期逐步占据了主导地位。
子层。
现场总线的特点
• 现场控制设备具有通讯功能，便于构成工厂底层控制网 络。数字方式取代设备级的模拟量（4-20mA,0-5V等信 号）和开关量信号.
• 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。 • 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散
为什么有这么多标准？（１）技术原因：不同行业标准和用户习惯的 继承，不同类型网络互联的协议制定 • （２）商业利益；标准要参照现存的企业 集团或国家标准，吸取众 家之长，互不相让，各干各的，导致目前多种总线共存的局面
性。
现场总线的优点1
• 全数字化
– 将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦 寐以求的理想，但只有在FCS出现以后才有可能高 效、低成本地实现。生产管理的局域网能够与用于 自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化 信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统 的可靠性。现场总线使自控系统与设备加入工厂信 息网络，成为企业信息网络底层。使企业信息沟通 的覆盖范围一直延伸到生产现场；
现场总线的优点4
• 智能化与自诊断性
–现场总线设备能处理各种参数、运行状态 信息及故障信息，具有很高的智能，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。
• 通讯线供电
–允许现场仪表直接从通讯线上摄取能量，
总线供电方式。
4.现场总线国际标准
1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与 实施工作组中的ISA/SP50开始制定现场总线标准； 1985年，国际电工委员会决定由 Proway Working Group负责现场总线体系结构 与标准的研究制定工作；1986年，德国开始制定 过程现场总线（Process Fieldbus）标准，简称 为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及 其产品开发的序幕。
1.现场总线简介
现场总线的概念：
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。
解决问题：
现场的智能化仪器、仪表、控制器、执行机构等现场 设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制 系统之间的信息传递问题 。
主要用于：
制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系 统中。
现场总线控制系统 （Fieldbus Control System, FCS）
监控计算机 网关
现场总线
压力、温度 流量
开关量
智能阀 …
PLC
…
2.现场总线的发展
（1）早期的控制系统主要是模拟仪表控制系 统，设备之间传输的信号为1～5V或4～20mA 的直流模拟信号，信号的精度较低，传输过程 中易受干扰。
现场总线的优点3
• 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中央控制室， 在中央控制室装备一个大配线架。现场总线技术使多台 现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线 进入中央控制室，大量节省了布线费用。
• 互操作性
– 现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就 可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不 同厂商的产品，集成在一起，促进了有效的竞争，降低 了控制系统的成本。为用户提供了更为灵活的系统集成 主动权；
4.现场总线国际标准
现场总线技术起源于欧洲，目前以欧、美、日地区最为发达，世界 上已出现过的总线种类近200种。经过十多年的竞争和完善，目前较有 生命力的有十多种，并仍处于激烈的市场竞争之中。加之众多自动化 仪表制造商在开发智能仪表通信技术中已形成的不同特点，使得统一 标准的制订困难重重。但没有统一标准，用户就难以把不同制造商生 产的仪表集成在一个系统中，因此，现场总线在过程控制中实际应用， 就延误到九十年代后期才实现。