常用现场总线的比较分析
三种工业总线及其中的现场总线
一，工业总线三种基本类型*传感器级总线，即485总线网络*设备级总线，即HART总线网络*现场总线，即FieldBus现场总线网络现场总线定义：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现场总线分为以下几种：下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
目前在中国有影响的几种现场总线比较
3．可靠性不易保证：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆及敷设不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。
4．可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线故障诊警、记录功能不强。
另一方面也很难完成现场设备的远程参数设定、修改等功能，影响了系统的可维护性。
现场总线技术可以概括为几方面：a. 制定总线通讯协议及技术标准b. 自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品，包括控制器、传感器、机构、驱动装置及控制软件c. 实际应用于中，使用一根通讯电缆，将所有现场设备连接到控制器设备及车间级的数字化通讯网络。
二、现场总线技术特点1．系统的开放性由于网络协议公开，各不同厂家的设备之间可实现信息用户可按照自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统。
2．互可操作性与互用性互可操作性是指互联设备间、系统间的信息传沟通；互用性是指不同生产厂家生产的性能类似的设备可实现相互替换。
3．现场设备的智能化与功能自治性它将传感测量、补偿计、工程量处理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可随时诊断设备的运行状态。
4．系统结构的高度分散性现场总线已构成一种新的全分散性控制系统系结构。
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，系统结构，提高了可靠性。
5．对现场环境的适应性工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满安全防爆要求等。
三、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现场的智能设备能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，不再需要单节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了大笔硬件投资，并可控制室的占地面积。
五种现场总线比较
PROFIBUS（过程现场总线）
• 它采用了ＯＳＩ模型的物理层、数据链路层。Ｆ ＭＳ还采用了应用层。传输速率为９．６ｋｂｐ ｓ－１２Ｍｂｐｓ，最大传输距离在１２Ｍｂｐ ｓ时为１００ｍ１．５Ｍｂｐｓ时为４００ｍ， 可用中继器延长至１０ｋｍ其传输介质可以是双 绞线，也可以是光缆。最多可挂接１２７站点。 可实现总线供电与本质安全防爆。 • ＰＲＯＦＩＢＵＳ支持主从方式、纯主方式、多 主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站 间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控 制权的主站，可向从站发送、获取信息。
车间级通信、 工业、楼 宇自动化
流程控制
一般
Siemens Honeywell,Rosemo unt,ABB,Foxb oro,横河，山 武等 Echelon
FF
较贵
LonWorks
支持OSI七层协议，实际应用较多， 楼宇自动化， 开发平台完善，协议芯片内 工业，能 核由国外厂商垄断 源 采用短帧，抗干扰能力强，速度 较慢，协议芯片内核由国外 厂商垄断
ＩＮＴＥＲＢＵＳ总线
• ＩＮＴＥＲＢＵＳ总线包括远程总线网络 和本地总线网络，两种网络传送相同的信 号但电平不同。远程总线网络用于远距离 传送数据采用ＲＳ－４８５传输，网络 本向不供电，远程网络采用全双工方式进 行通讯，通讯速率为５００ｋ／ｓ。本地 总线网络连接到远程网络上，网络上的总 线终端ＢＴ（ＢＵＳ Ｔｅｒｍｉｎａｌ） 上的ＢＫ模块负责将远程网络数据转换为 本地网络数据。
PROFIBUS（过程现场总线）
• ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ：用于分散外设间的高 速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。 • ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ（Fieldbus Message Specification）意为现场信息规范，适用于纺织、 楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。 • ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ（Process Automation）：用于过程自动化的总线类型，它 遵从ＩＥＣ１１５８－２标准。该项技术是西门 子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出 的。
几种典型的现场总线
点对点寻址，多点之间广播式寻址，路 由信息
组帧，数据，编码，CRC错误检查，可 预测CSMA，冲突避免，优先级，冲突检测
特定传输媒介的接口，调制方案，收发 种类
CPU 应用CPU
网络CPU 网络CPU 网络CPU 网络CPU MAC CPU MAC CPU
5.2 LonWorks总线
需编写应用程序
5.2 LonWorks总线
5.2.3 LonTalk协议
LonTalk通信协议是LonWorks技术的核心，它提供了OSI 参考模型的全部7层服务，并固化于Neuron芯片。表5－4 列出的是对应七层OSI参考模型的LonTalk协议为每层提 供的服务。
OSI层 7应用层
6表示层 5会话层 4传输层 3网络层 2链路层 1物理层
LNS构架如图CA应用程序（远程）
LCA对象服务控件
对象服务 和NSS
数据服务
LCA对象服务控件 数据服务
NSI
NSI
图5-6 LNS组件构架
5.2 LonWorks总线
5.2.6 网络管理
LON局部网络技术的控制系统的特点：
➢ 系统具有无中心控制的真正分布式控制节点模式，使控制节点尽量 靠近被控设备。
5.2.4 Neuron C语言
Neuron C是专门为Neuron芯片设计的编程语言。它的一 些主要功能如下：
➢ 一个新的对象类－网络变量NV（Network Variables），它简化了节 点间的数据共享
➢ 一个新的语句类型－when语句，它引入了事件（Events）并定义了 这些事件的当前时间顺序
LonWorks总线是一种基于嵌入式神经元芯片的现场总线 技术，具有强劲的实力。它被广泛应用在楼宇自动化、 家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设备、工程过 程控制等领域，低成本和高性能是它的最大优势。
6种现场总线概述
6种现场总线简介现场总线：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双相串行，多借点的通信总线。
1、P rofibusProfibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。
ISO/OSI模型也是它的参考模型。
由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA 组成了Profibus系列。
DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。
FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。
该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。
它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。
PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2 （1 ）标准，可实现总线供电与本质安全防爆。
Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。
主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。
对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。
按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。
主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。
主站可采取对所有站点广播（不要求应答）或有选择地向一组站点广播。
Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。
其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。
5种现场总线
5种现场总线CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。
在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。
由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。
为适应―减少线束的数量‖、―通过多个LAN，进行大量数据的高速通信‖的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。
此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
现场总线是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。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,系统的实时性、可靠性较差;其次,CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CAN L与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。
几种现场总线技术的简介与比较
安徽大学论文题目：几种现场总线技术的简介与比较专业班级学号姓名指导教师几种现场总线技术的简介与比较摘要：技术是目前正在兴起的一种全新的控制技术。
该文概述了什么是现场总线，并且着重对当前在中国有影响的几种典型的现场总线做了详细的介绍和对比，以利于现场总线技术的推广应用。
关键词：现场总线概述比较WorldFIP、FF、PROFIBUS、CAN第一章现场总线概述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。
它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。
第二章几种现场总线简介与比较自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的优势。
它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力。
对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大作用。
其中，WorldFIP、FF、PROFIBUS、CAN等几种现场总线技术比较有影响，下面对它们一一简介与比较。
1．WorldFIPWorldFIP现场总线是以法国几家跨国公司为主开发的，是法国标准和欧洲标准。
WorldFIP组织目前有100多个会员单。
它们在共同研究、开发这项技术的同时，也将这项技术推广到了各个应用领域。
经过十多年的应用与改进，WorldFIP已经是一项完全成熟的技术，具有品种齐全的通信产品和开发工具。
WorldFIP现场总线目前已被广泛应用于发电与输配电、楼宇自动化、机械过程、机车、铁路运输、航运和造船、地铁、食品与饮料工业、核工业、化工、航空与航天、汽车制造等多个自动化控制领域。
WorldFIP在技术上有很多特点与优势，如下：a.实用性。
WorldFIP采用IEC物理层标准，支持电缆冗余,大部分协议固化在硬件上，稳定性强；它的生产者/使用者模式和总线仲裁器的调度方式保证了在一条总线上传递大量信息的同时，不会干扰时限变量的通信。
常用现场总线的比较分析
DIN 19245 和欧洲标准 EN 50170 所规定的现场总线 标准。P rof ibus 由 三个兼容部分组 成, 即 Pro fibus DP 、Pr ofibus- P A 和Pr ofibus- F M S。其中Prof ibusDP 是一种高速低成本通信系统。它按照OSI 参考模型 定义了物理层、数据键路层和用户接口; Pr ofibus- P A 专为过程自动化设计, 可使变送器与执行器连接在一 根 总 线 上, 并 提 供 本 质 安 全 和 总 线 供 电 特 性。
ห้องสมุดไป่ตู้
* 2007-10-26 收到, 2007-12-28 改回 * * 王登磊, 男, 1977 年生, 硕士研究生, 研究方向: 嵌入式系统开发与设计。
·42· ( 总 128)
常用现场总线 的比较分析
2008 年
Pro fibus- P A 采用扩展的P rof ibus- DP 协议, 另外还 有现场设备描述的 PA 行规; P rof ibus- FM S 根据 OSI 参考模型定义了物理层、链路层和应用层, 其中应用层 包含 了 现场 总 线报 文 规范 FM S ( FieldBus Message Specif icat ion ) 和 低 层 接 口 LL I ( L ow er L ayer Int erf ace) , 最高通信速率为 12M b/ s( 通信距离不超过 100m) , 最大通信距离为 1 200m ( 通信速率为 9. 6kb/ s) 。如果采用中继器可延长至10km , 其传输介质可以 是双绞线或光缆。每个网络可挂 32 个节点, 如带中继 器, 最多可挂 127 个节点。
现场总线有哪几种-现场总线优缺点
现场总线有哪几种?现场总线优缺点常见的现场总线有：PROFIBUS、EtherCA T、Lightbus、Interbus、CANopen、ControlNet、SERCOS interface、Ethernet、PROFINET、USB、Modbus、RS232/RS485、CC-Link、AS-Interface、LON、EIB、SNMP、QOS、CAN、MECHATROLINK。
总线优点：现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域;一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用;节省维护开销;提高了系统的可靠性;为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。
总线缺点：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，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。
总线本质不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义，不过通常情况下，大家公认在以下六个方面：1、通信网络用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。
2、设备互联依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。
3、互操作性用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。
4、分散功能块FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。
5、通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量，这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表，与其配套的还有安全栅。
6、开放式互联网现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。
现场总线汇集与比较
现场总线一、概述 (2)1、IEC61158介绍 (2)2、部分现场总线比较 (2)二、部分现场总线简介 (3)1、RS422 (3)2、RS485 (3)3、CAN (3)4、Ethernet/IP (4)5、ControlNet (4)6、LonWorks (4)7、EIB (5)8、Interbus (5)9、Profibus (6)10、Profinet (6)11、FF HSE (7)12、P-net (7)13、CC-Link (7)14、DeviceNet (8)三、总结 (8)一、概述1、IEC61158介绍IEC61158是国际电工委员会IEC(International Electrotechnical Commission)的现场总线标准。
目前，IEC61158现场总线标准已经发展了一系列的标准，最新版本为IEC61158-6-20（2007年发布），总共有20种现场总线加入该标准，如表1.1所示。
作为工业控制系统的现场总线标准的IEC 61158，由国际电工委员会IEC SC65C “测量和控制的数字数据通信”分技术委员会的WG6工作组与美国仪表学会ISA 下SP50工作组组织联合制定的，1984年起草，1999年最后一轮投票通过，长达14年多。
2、部分现场总线比较表2是部分现场总线的比较（部分数据无从查证或未查到）。
表1.1 IEC61158收录的20种现场总线表2 部分通信总线比较二、部分现场总线简介本文主要以现场总线为基础，介绍几种常用的远程通信总线。
文中的最大传输距离只表示不经过中继器的单次传输距离。
1、RS422最大传输速率10Mbps最大传输距离1200米，传输速率100kbpsRS422由RS232发展而来，改进了RS232通信距离短、速度低的缺点，采用差动传输。
差动工作是同速率条件下传输距离远的根本原因，这正是它与RS232的根本区别，因为RS232是单端输入输出。
工控领域最流行的九大现场总线
工控领域最流行的九大现场总线目前国际上有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。
1、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。
这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。
这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。
1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。
致力于这项技术在中国的推广应用。
FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。
但是正由于FF是 1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。
一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。
否则，这个协议的开放性就没有意义了。
在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规范。
新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。
该模块可以显示有线HART及无线HART设备。
此外，该规范还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接触HART设备进行配置和资产管理的理想方法。
两种现场总线的比较
Lonworks总线与INTERBUS总线比较一、Lonworks总线Lonworks是由美国Echelon公司于20世纪90年代初推出的现场总线，它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线，在工业控制系统中可同时应用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一层总线中。
LONWorks是唯一涵盖全部3个层次（Sensor Bus、Device Bus和Field Bus），符合150/0517层参考模型的现场总线技术。
在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下，LonWorks兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。
LonWorks技术的核心是以固件形式实现7层通信协议，遵循元中心控制的真正分散模式；结点应用程序编写简易，开发系统完备；实行开放结构，具备良好的互操作性；另外，还有网关可方便构成局域网，甚至与Internet相连，实现远程预览现场设备数据的应用。
它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外，另外，在一个Lonworks控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通信。
每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能。
一个Lonworks控制网络可以有3个到30000个或更多的节点：传感器功能(温度、压力等)、执行器功能(开关、调节阀、变频驱动等)、操作接口(显示、人机界面等)、控制功能(新风机组、VAV等)。
由于不需要像传统控制系统中的中央控制器，Lonworks分布式控制技术显示出很高的系统可靠性和系统响应，并且降低了系统的成本和运行费用。
神经元芯片完成节点的事件处理，并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它节点。
同时还采用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。
支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质和多种拓扑结构，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。
几种常用现场总线的比较
介质争用协议
\
CSMA/CD、仲裁
可预测P坚持CSMA
CSMA/NBA
\
推出时间
1996
1986
1990
1994
1984
最大节点/设备数
240（H1）
110（挂接）
32385
64
127（RS485）
最大通信距离
1900m
10Km
2700m
500m
10Km（中继）
应用领域
过程自动化
9.6kbps~12Mbps（RS485）
通信模式
令牌传递主从结构
主从
主从、对等、C/S
点对点、多主、主从
令牌传递主从结构
网络拓扑
总线、星型、菊花链、树型
总线、环型、星型、网状
总线、环型、星型、自由拓扑
干线-分支
总线
传输信号
曼彻斯特编码
差分信号
双绞线：差分曼彻斯特编码
电力线：扩频
无线：FSK
差分信号
汽车系统
楼宇自动化、家庭自动化、工业自动化
连接低端、高端工业设备
车间级通信、工业自动化、楼宇自动化
是否支持总线供电
是
否
是
是
是
特点
功能强大、实时性好
抗干扰能力强、自我诊断能力强、传输速率慢
支持OSI七层协议、实际应用较多、开发平台完善
低层使用CAN总线规范、支持设备热插拔、开放
速度较快、配置灵活
几种常用现场总线比较
总线名称
FF
CAN
Lonworks
DeviceNet
PROFIBUS
传输介质
双绞线、光缆、无线
常见九大现场总线全解析
常见九大现场总线全解析内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.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。
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。
几种典型现场总线的比较与应用
几种典型现场总线的比较与应用摘要：技术是目前正在兴起的一种全新的控制技术。
该文阐述了现场总线的技术特点及发展现状，并且对当前典型的几种现场总线做了详细的介绍和对比，以利于现场总线技术的推广应用。
一现场总线的背景及发展状况工业现场控制随着通信、微电子、微处理器等技术的进步而不断的展,60~70年代采用两线制4~20 mA标准信号;进入80年代,微处理器被嵌入到各种仪表设备之中,形成了分布式控制系统(DCS)。
在分布式控制系统中,虽然现场仪表因含有微处理器而形成智能现场仪表,但由于是三层结构模式,成本较高,且各公司的DCS系统有各自的标准,不能互联。
鉴于以上情况,国外提出了现场总线概念,现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通迅规程,是互相操作以及数据共享的公共协议。
现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点课题,并受到各国自动化设备制造商与用户的广泛关注。
它的出现,给工业控制技术领域带来了又一次革命,以现场总线为基础的全数字控制系统———现场总线控制系(FCS)将是21世纪自动控制系统的主流。
二现场总线的特点(1)实现自动化仪表技术从模拟数字混合向全数字的转变，自动化系统从封闭式向开放式的转变。
(2)不同厂家的产品互操作性与互用性给用户进行系统集成提供了方便，即用户具有高度的系统集成主动权。
(3)控制、报协、趋势分析等功能分散到现场级仪表和装置中，简化了上层系统。
(4)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，提高了系统的实时性和可靠性。
三几种类型的现场总线现场总线出现于20世纪80年代中后期。
从本质上讲,它是一种数字通信协议,是一种应用于生产现场,在智能控制设备之间实现双向、多节点的串行数字通信系统,是一种开放的、数字化的、多点通讯的底层控制网络。
现场总线具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快、符合环境保护要求、造价低廉和维护成本低等特点。
两种现场总线的比较
摘要现场总线是自动化领域的计算机网络，是当今自动化领域技术发展的热点之一。
它以总线为纽带，将现场设备连接起来成为一个能够相互交换信息的控制网络，是一种双向串行多节点数字通信的系统。
CAN总线是现场总线的一种，它最初被应用于汽车的控制系统中。
由于其卓越的性能，CAN总线的应用范围已不再局限于汽车工业，被广泛应用到自动控制、楼宇自动化、医学设备等各个工业控制领域。
本文介绍了现场总线及其特点，然后以CAN总线为重点，说明了CAN总线的特点及工作原理。
接着分析了CAN总线在电气控制领域的应用，以在变电站监控系统中的应用为重点，根据变电站监控系统通信网络的特点和要求提出自己的设计思想。
关键字：现场总线、CAN总线、控制系统、变压器一、INTERBUS现场总线技术简介INTERBUS现场总线是由德国Phoenix Contact公司开发。
INTERBUS现场总线是一种开放的串行总线，可以构成各种拓扑结构，并允许有16级嵌套连接方式。
该总线最多可挂512个现场设备，设备之间的最大距离为400m，无需中继器网络的最大距离为12.8cm。
INTERBUS总线包括运程总线和本地总线，远程总线用于远距离传输数据，采用RS85传输，网络本身不供电，通信速率为500Kbps和2Mbps。
INTERBUS有自己独特的环路结构，环路使用标准电缆同时传送数据和电源。
环路可以连接模拟、数字设备甚至复杂的传感器/执行器，也允许直接接入智能终端仪表。
协议包括物理层、数据链路层和应用层。
数据链路层采用面向过程数据的传输方式及集总帧协议，可以传输循环过程数据和非循环过程数据；帧信息包括一个启动信号、回送信息、数据安全/结束信息。
集总帧具有非常高的传输速率，其速率高达52%。
尽管INTERBUS通信速率为500Kbps和2Mbps，通信速率和效率很高。
应用层服务用于实现实时数据交换、VFD支持、变量访问、程序调用和12个相关的服务。
INTERBUS总线有很强的监视、诊断功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
* 2007-10-26 收到, 2007-12-28 改回 * * 王登磊, 男, 1977 年生, 硕士研究生, 研究方向: 嵌入式系统开发与设计。
·42· ( 总 128)
常用现场总线 的比较分析200 年 Pro fibus- P A 采用扩展的P rof ibus- DP 协议, 另外还 有现场设备描述的 PA 行规; P rof ibus- FM S 根据 OSI 参考模型定义了物理层、链路层和应用层, 其中应用层 包含 了 现场 总 线报 文 规范 FM S ( FieldBus Message Specif icat ion ) 和 低 层 接 口 LL I ( L ow er L ayer Int erf ace) , 最高通信速率为 12M b/ s( 通信距离不超过 100m) , 最大通信距离为 1 200m ( 通信速率为 9. 6kb/ s) 。如果采用中继器可延长至10km , 其传输介质可以 是双绞线或光缆。每个网络可挂 32 个节点, 如带中继 器, 最多可挂 127 个节点。
L onWors 的信号传输采用可变长帧结构。每帧的 有 效 字 节 可 由 0 ～ 288 个。 Lo nWor ks 所 采 用 的 L onT alk 通信协议被封装在称之为 Neuron 的神经元 芯片中。芯片中有 3 个 8 位 CPU , 一个用于实现 ISO/ OSI 模型中的第1 层和第2 层的功能, 称为媒体访问控 制处理器; 第二个用于完成 3～6 层的功能, 称为网络 处理器; 第三个对应于第 7 层, 称为应用处理器。芯片 中还具有信息缓冲区, 以实现 CPU 之间的信息传递, 并作为网络缓冲区和应用缓冲区。采用 Lo nw orks 技 术和神经元芯片的产品, 被广泛应用在楼宇自动化、保 安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。
CAN 协议也是建立在国际标准组织的开放系统 互连模型基础上的, 不过, 其模型结构只有 3 层, 只取 OSI 底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其 信号传输介质为双绞线, 通信速率最高可 达 1M bps/ 40m , 直接传输距离最远可达 10km / kbps, 可挂接设备 最多可达 110 个。CAN 的信号传输采用短帧结构, 每 一帧的有效字节数为 8 个, 因而传输时间短, 受干扰的
用层为F F 通信模型的相应层次, 并在应用层上增加了 用户层。
基金会现场总线分低速H 1 和高速H2 两种通信速 率。H1 的传输速率为 31. 25kb/ s, 通信距离可达1 900 m ( 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 1M b/ s 和 2. 5M b/ s 两 种, 其通信距离为750m 和500m。物理传输介质可支持 比绞线、光缆和无线发射, 协议符合 IEC1158-2 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。接收方既可根据 跳变的极性来判断数据的“1”、“0”状态, 也可根据数据 的中心位置精确定位。根据 IEC/ SC65C 最初定义 H1 总线为用于制造或过程区域的、通过两根传输线向现 场装置供电的低速串行总线, H2 总线为无需解决两线 制供电, 用于装置间传送信息的高速串行总线。H1 和 H2 总线相辅相成构成了完整的工业自动化系统信息 通信网络。
第 21 卷 第 2 期
电脑开发与应用
( 总 127) ·41·
文章编号: 1003-5850( 2008) 02-0041-03
常用现场总线的比较分析
Comparison and Analysis of Common Fieldbus
王登磊 黄 磊 范学英
( 西北师范大学 兰州 730070)
【摘 要】现场总线是一种工业数据总线, 它是自动化领域中计算机通信体系最底层的低成本网络。为使能够快
续传输数据, 而优先级低的节点则主动停止发送, 从而 避免了总线冲突。
1. 4 LonWorks 现场总线 L onWorks 是由美国 Echel on 公司研制、于 1990
年正式公布的现场总线网络。它采用了ISO/ OSI 模型 中完整的七层通信协议, 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, 其最 高通信速率为 1. 25M b/ s( 通信距离不超过 130m ) , 最 远通信距离为2 700m ( 通信速率为 78kb/ s) , 节点总数 可达32 000个。网络的传输介质可以是双绞线、同轴电 缆、光纤、射频、红外线、电力线等。
1. 2 Profibus 现场总线 Pro fibus ( Pr ocess Field BU S) [ 2] 是德国国家标准
DIN 19245 和欧洲标准 EN 50170 所规定的现场总线 标准。P rof ibus 由 三个兼容部分组 成, 即 Pro fibus DP 、Pr ofibus- P A 和Pr ofibus- F M S。其中Prof ibusDP 是一种高速低成本通信系统。它按照OSI 参考模型 定义了物理层、数据键路层和用户接口; Pr ofibus- P A 专为过程自动化设计, 可使变送器与执行器连接在一 根 总 线 上, 并 提 供 本 质 安 全 和 总 线 供 电 特 性。
automa tio n system. T o find a suitable fieldbus to meet a pr actical applicatio n needs quickly and easily, t his paper g ives a clear
analy sis and com par ison fo r co mmon fieldbus. It pr vv ides g uidelnes for cho osing suitable fieldbus.
Pro fibus 支持主- 从系统、纯主站系统、多主多从 混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权, 可主动发送信息。对多主站系统来说, 主站之间采用令 牌方式传递信息, 得到令牌的站点可在一个事先规定 的时间内拥有总线控制权, 共事先规定好令牌在各主
站中循环一周的最长时间。按P rof ibus 的通信规范, 令 牌在主站之间按地址编号顺序, 沿上行方向进行传递。 主站在得到控制权时, 可以按主- 从方式, 向从站发送 或索取信息, 实现点对点通信。主站可采取对所有站点 广播 ( 不要求应答 ) , 或有选择地向一组站点广播。 Pro fibus- DP 主要应用在工厂自动化和楼宇自动化、 Pro fibus- P A 主要应用在流程工业、Prof ibus- FM S 主要应用在工厂级或车间级通信。
基金会现场总线[ 1] , 即 Fo udation F ieldbus, 简 称 FF , 这是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好 发展前景的技术。其前身是以美国Fisher-Ro usem ount 公司为首, 联合Fo xboro 、横河、ABB、西门子等80 家公 司制订的 ISP 协议和以 Honey w ell 公司为首, 联合欧 洲等地的 150 家公司制订的WordFIP 协议。这两大集 团于1994 年9 月合并, 成立了现场总线基金会, 致力于 开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO/ OSI 开 放系统互连模型为基础, 取其物理层、数据链路层、应
1. 3 CAN 现场总线 CAN ( Control Area Netw o rk) 总 线最 早 由德 国
BOSCH 公司推出, 用于汽车内部测量与执行 部件之 间的数据通信。其总线规范现已被ISO 国际标准组织 制 订 为 国 际 标 准, 得 到 Mo to rola、Int el、Philips、 Siem ens、NEC 等公司的 支持, 已 广泛应用 在离散 控 制、汽车制造、交通运输、医疗器械、传感器领域。
速、便捷地找到合适的一种现场总线以解决实际中的应用需求, 对常用现场总线做了明确的分析和比较, 从而
为国内各行业选择适合自己的现场总线提供了指导。
【关键词】现场总线, 现场总线基金会, 工业以太网
中图分类号: T P 336
文献标识码: A
ABSTRACT Fieldbus is an indust rial data bus, it is low -co st netwo r k and the bo tto m in the field of co mput er co mmunica tio n o f
概率低。当节点严重错误时, 具有自动关闭的功能以切 断该节点与总线的联系, 使总线上的其他节点及其通 信不受影响, 具有较强的抗干扰能力。CAN 支持多主 方式工作, 网络上任何节点均在任意时刻主动向其他 节点发送信息, 支持点对点、一点对多点和全局广播方 式接收/ 发送数据。它采用总线仲裁技术, 当出现几个 节点同时在网络上传输信息时, 优先级高的节点可继
1. 5 WorldFIP 现场总线 WorldFIP ( World F act ory Inst rument
Pro t ocol ) [ 3] 最初由 Cegelec 等几家法国公司在原有通 信技术的基础上根据用户的要求所制定, 随后即成为 法国 标 准, 后 来 又 采 纳 了 IEC 物 理 层 国 际 标 准 ( IEC6ll58-2) , 并命名为 WorldFIP。Wor ldF IP 是欧洲 现场总线标准EN50170-3。Wor ldF IP 组织成立于1987 年, 目前包括有 AL ST OM 、Schneider、Honeyw ell 等世 界著名大公司在内的 100 多个成员。
WorldFIP 协议按照OSI 参考模型定义了物理层、 数据链路层和应用层。Wo rldF IP 采用有调度的总线 访 问 控 制, 通 信 速 率 分 别 为 31. 35kb/ s、1Mb/ s、 2. 5Mb/ s, 对应的最大通信距离分别为5 000m 、1 000 m、500m , 其通信介质为双绞线。如果采用光纤, 其最 大 通信 距离可 达 40k m 。每段 现场 总线 的最 大节 点数 为 32 个, 使用分线盒可连接256 个节点。整个网络最多可 以使用3 个中继器, 连接4 个网段。WorldFIP 的特点是 具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求, 而且没有任何网关或网桥, 用软件的办法来解决高速 和低速的衔接。主要应用在电力工业、铁路、交通、工业