现场总线控制

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。
第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工业控制系统中的现场总线 标准——第2部分：物理层规范（Physical Layer Specification）与 服务定义（Server definition）又进一步指出：
其特点是开放性、互操作性及分散ห้องสมุดไป่ตู้制等。
通信数据信息长，最大传输距离根据采用通信媒体的不同 而变化。传输时间较长，传输数据类型较多。支持本安回 路。
有基金会现场总线(FF)、Profibus-PA总线、World-FIP现 场总线、HART总线和LON总线等。其中，HART总线是 过渡性的现场总线。
现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（ transducers ） 、 执 行 器 （ actuators ） 和 本 地 控 制 器 （ local controllers）之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
➢现场总线在技术上的产生
现场总线是当今3C技术，即通信（Communication）、计算机（ Computer）、控制（Control）技术发展的结合点。
路由器（网络互联设备）； ➢ 其他现场总线设备（HMI）。
二、与传统的系统相比，现场总线系统有以下特点： （1）现场通信网络——特点1
现场总线将通信线（总线电缆）延伸到工业现场（制造或过程区 域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；
现场总线完全适应于工业现场环境，因为它就是为此而设计的。
（2）数字通信网络 ——特点2
现场底层的变送器／传感器、执行器、控制器之间的信号传输均 用数字信号；
中／上层的控制器、监控／监视计算机等设备之间的数据传送均 用数字信号；
各层设备之间的信息交换均用数字信号。
传统的DCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪表与 控制站中的输入／输出单元之间采用的是一对一的模拟信号传输。
背景
➢ 工业控制网络——现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后 的发展热点。
➢ 对于电气工程领域： 在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中 在数字化变电站配电系统/继电保护装置中 在智能电器中 在楼宇自动化装置中
➢ 对于国防领域： 在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。
➢ 1. 现场总线的概念 ➢ 2. 现场总线控制系统的组成与体系结构 ➢ 3. 现场总线的技术特点及优点 ➢ 4. 现场总线应用领域 ➢ 5. 典型现场总线简介
现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三 大技术发展的交汇点。
现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现。
现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。
➢ 现场总线的分类：
1)执行器传感器现场总线(Actuator Sensor Bus) 用于现场设备的底层现场总线。
适用于简单的开关装置和输入输出位的通信，数据宽度仅限于 “位”。
1 现场总线的概念
什么是现场总线
➢ 现场总线的定义
现场总线是在过程自动化和制造自动化中，实现智能化现场 设备与高层设备之间互连的，全数字、串行、双向传输的、多分 支结构的通信系统。
国 际 电 工 委 员 会 制 定 的 国 际 标 准 IEC61158 对 现 场 总 线 （ fieldbus）的定义是：
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范而编写的用 于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件——使总线设备实现自身功能（不包括现场 总线通信部分）的软件。
现场总线控制系统的体系结构 人机界面 ：
控制器： 主站、从站
输入/输出设备 参数、命令、显示
离散量/模 拟量输入/ 输出设备
指示灯： 状态指示
光电传感器： 操作员接口 ： 阀和交流驱动器：
检测开关
输入操作命令 执行器，输出设备
变送器 （传感器） ：输入设备
在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类：
➢ 变送器／传感器（输入设 备）；
➢ 执行器（输出设备）； ➢ 控制器；
➢ 监控／监视计算机； ➢ 网桥／网关/中继器/集线器/交换机/
2)设备现场总线(Device Bus)
中间层的现场总线。
适用于以字节为单位的设备和装置的通信，例如，用于分析器、 编码器、流程参数传感器、电机启动器、接触器、电磁阀等的 信息传输。
其特点是成本适中，数据信息包括离散量和模拟量，要求有快 速通信和预知的响应时间，它支持总线供电，不支持本安回路， 可采用双绞线作为通信媒体。
典型的设备现场总线有Interbus-S总线、DeviceNet总线、 Profibus DP总线、ControlNet总线、SDS总线和CAN总线等。
3)全服务现场总线(Fieldbus) 数据流现场总线，是最高层的现场总线。
以报文通信为主，包括一些复杂的对过程控制装置的操作 和控制等功能。
2. 现场总线控制系统的组成与体系结构
➢ 现场总线控制系统的组成 ➢ 现场总线控制系统的体系结构
现场总线系统的组成
图1 现场总线系统的组成
现场总线系统的组成
➢ 硬件：
总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/介体）。 连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线装置、节
点（主节点、从节点）、站点（主站、从站）。
➢ 软件包括：
系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统应用软件编程 而提供环境、条件或工具的基础软件。包括组态工具软件、 组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件 。
系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功能而编写的软 件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能 软件。
应用软件： 系统用户程序软件——根据系统的工艺流程或功能及其他 要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一般运行于 作为主站的控制器中或计算机中。
结构简单，成本低，数据信息短，需快速和有预知的响应时间。
具有简化现场接线、不支持本安回路、不支持总线供电、传输 距离在500m以下等特点。
典型的执行器传感器现场总线有Seriplex总线、AS-i总线。连接 到执行器传感器现场总线的设备主要是接近开关、液位开关、 开关式控制阀、电磁阀、电动机和其他两位式操作的设备。