3.6现场总线控制系统软件结构
浅谈现场总线控制系统
浅谈现场总线控制系统现场总线控制系统，是一种广泛应用于各种自动控制系统中的控制技术。
它以现场总线作为通信介质，实现了各种传感器、执行器和控制器之间的相互通信和协调，从而实现了自动化控制系统的高效运行。
现场总线控制系统已经成为工业控制领域中一种重要的控制技术，被广泛应用于工业生产、能源管理、楼宇自动化等领域。
本文将从现场总线控制系统的基本原理、特点和应用领域等方面进行浅谈。
一、现场总线控制系统的基本原理现场总线控制系统是一种基于数字通信技术的控制技术，它以现场总线作为通信介质，将各种传感器、执行器和控制器连接在一起，通过总线通信来实现各种设备之间的数据交换和控制指令传输。
现场总线控制系统主要包括以下几个组成部分：1. 传感器和执行器：传感器用于采集各种环境参数和工艺数据，执行器用于控制各种执行元件的运行状态。
传感器和执行器是现场总线控制系统的“眼睛”和“手”，通过它们可以实现对系统各种状态的监测和控制。
2. 控制器：控制器是现场总线控制系统的核心部件，它通过采集传感器的数据和执行器的状态信息，实现对系统的自动控制。
控制器通常包括微处理器、控制算法和通信接口等部分，用于实现对系统的实时监测和控制。
通过以上部件的相互配合和协调运作，现场总线控制系统可以实现对各种设备的实时监测和控制，从而实现了自动化控制系统的高效运行。
现场总线控制系统具有以下几个显著的特点：1. 技术先进：现场总线控制系统采用了数字通信技术和计算机控制技术，具有高速传输、高精度控制和高可靠性的特点，能够满足各种复杂控制系统的需求。
2. 灵活性强：现场总线控制系统采用了分布式控制架构，能够实现多个设备之间的并行通信和协调运行，具有较强的通用性和灵活性。
3. 维护方便：现场总线控制系统的各个部件之间通过总线连接，维护和检修方便快捷，能够大大降低系统的维护成本。
4. 数据丰富：现场总线控制系统能够实现对各种传感器和执行器的数据采集和控制，能够提供丰富的数据支持，为系统的监测和控制提供了有力的支持。
DCS及现场总线技术第3章
3.2.1控制层软件的功能
控制层软件主要完成PID 回路控制、逻辑控制、顺序 控制和混合控制等多种类型的控制功能，而控制运算 数据必须首先经过现场设备连接的I/O通道处理。
DCS控制层软件还要完成一些辅助功能，如控制器和 重要I/O 模块的冗余功能、网络通信功能及自诊断功 能等。
其功能流程见教材图3-2所示。
3.2.3控制编程语言
IEC 61131-3国际标准编程语言包括图形化编程语言 和文本化编程语言。 图形化编程语言包括：
梯形图（Ladder Diagram，LD） 功能块图（Function Block Diagram，FBD） 顺序功能图（Sequential Function chart，SFC）
由于PC监控大大降低了系统成本，使得市场空间得到扩大， 从远程监视、数据采集与计量、数据分析到过程控制，几 乎无处不用。
各类智能仪表、调节器和PC设备可与组态软件构筑完整的 低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。
各类嵌入式系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到 了自动化系统主力军的位置，组态软件越来越成为工业自 动化系统中的灵魂。
执行代码分周期性和随机性两部分。 周期性代码：数据采集、转换处理、越限检查、控制算法、网
络通信和状态检测等，这部分是由硬件时钟定时激活的。 随机执行部分：系统故障信号处理、事件顺序信号处理和实时
网络数据的接收等，是由硬件中断激活的。 2、实时数据部分存放在RAM中，在系统复位或开机时，这
些数据的初始值从网络上装入。
3.4.2组态软件的功能
1．实时数据库组态 实时数据库的组态一般分为两部分：控制采集测点的配置
组态和中间计算点的组态。 2．控制组态 控制组态采用内部功能模块的软连接来实现。可以用图形
现场总线控制系统的架构
现场总线控制系统的架构现场总线具有高可靠性、系统稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全符合环境保护要求、造价低廉和系统维护成本低等特点。
现场总线控制系统(Fieldbus Control System，FCS)利用现场总线技术，构成了一个开放式、全分布式、可扩展的网络控制系统。
其控制过程直接面向现场，现场各智能节点相互独立，又可相互组态。
传统的集散控制系统在现场控制站这一级仍然是一个集中式结构。
应用现场总线技术，必将打破原有控制器的概念，带来集散控制系统体系结构上的变化，使之进一步分散化。
在具有集中结构的现场控制站这一层，采用现场总线技术，将智能I/O 模块、智能传感器、智能执行器以及各种智能化电子设备连接起来，构成延伸到现场仪表这一级的分布式控制站，即把原有的集中式现场控制站变成分布式现场控制站，也就是在传统集散控制系统网络的底层再引入一层现场总线网络，其结构示意图如图1 所示。
一种在原有集散控制系统上采用LonWorks 现场总线的建筑设备自动化系统未来发展的示意图如图2 所示。
图中标准为原有的分散系统，使用BACnet 协议，以利于实现多种供应商有不同类型的子系统之间的通信并交换信息把具有控制功能的各个岛连成一个整体。
新增的现场总线技术使用LonTalk 协议，把控制功能分散到现场仪表级，标准LAN 与现场总线之间以路由器相联。
这样，BACnet和LonMark 两项标准互相补充、互为依托，构成一个完全分散的、真正开放的建筑设备自动化系统。
完全分散化的效果是十分明显的，智能控制单元嵌入到设备内部，控制范围缩小到某一检测点或某一回路，一个智能单元出现故障如同过去一只变送器出现故障一样，加之取代传统仪表的智能单元随时处于自诊断状态下，能够及时发现故障并报警在事态未扩大之前就能得到及时处理，可以把事故消灭在萌芽状态。
退一步说，即使上位机出现了故障，由于智能单元本身具有独立的控制功能和通信功能。
3现场总线控制系统——监控组态软件及其应用
1 什么是监控组态软件 2 监控组态软件的发展 3 监控组态软件的体系结构 4 监控组态软件的通信机制 5 监控组态软件的主要功能 6 监控组态软件的主流产品 7 典型产品的使用简介
1、什么是监控组态软件
组态软件HMI (Human and Machine Interface)/MMI (Man and Machine Interface )/SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)是数据采集监控系统的软 件平台工具。在此软件平台上开发的监控组态软件是 人与控制器（通常是PLC）之间的信息交互媒介，是 工业应用软件的一个组成部分，也是工业领域中应用 最早、最为广泛的自动化软件产品。 监—监视Supervisory ，采集控制系统的实时运行数据， 监视系统的行为，实现报警功能。
监控组态软件的软件结构
监控组态软件的内部组织主要包括服务器和客户端两部分。 服务器主要包含实时数据库、I/O驱动两部分，有的还包含 web服务器。其中的核心部分是实时数据库，用于保存系统产 生的实时数据。实时数据库中的数据通过“点”来定义，即 I/O点。每个点由多个参数定义，如名字、上限值、下限值、 目标值、测量值等。一般一个点的参数中有一个与外界（通常 是控制器的I/O通道）相连，通常是测量值。 客户端主要由人机界面构成。人机界面由很多窗口组成，窗 口包含图形和文字。文字和图形可动态变化。如文字可显示现 场I/O量的大小，图形的颜色变化表示现场状态量的改变等。 除了图形以外，人机界面还包含趋势图和报表等。
监控组态软件的硬件结构
硬件设备(如PLC)一般既可以通过点到点方式连接，也 可以以总线方式连接到服务器上。点到点连接一般通过 串口(RS232)，总线方式可以是RS485、以太网等连接方 式。总线方式与点到点方式区别主要在于：点到点是一 对一，而总线方式是一对多，或多对多。 在一个系统中可以只有一个服务器，也可以有多个， 客户也可以一个或多个。只有一个服务器和一个客户的， 并且二者运行在同一台机器上的就是通常所说的单机版。 服务器之间，服务器与客户之间一般通过以太网互连， 有些场合（如安全性考虑或距离较远）也通过串口、电 话拨号或GPRS方式相连。
现场总线控制系统
现场总线控制系统7.1 现场总线概述7.1.1 现场总线的基本概念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。
现场总线的本质原理和技术特征可表现在以下六个方面：(1)现场网络通信(2)现场设备互连(3)互操作性(4)功能分散(5)通信线路供电(6)开放式互连网络7.1.2 现场总线技术发展概况1.现场总线的产生2.现场总线技术的现状(1)技术飞速发展，应用日益普及(2)寻求更强的发展和生存环境(3)多种总线共存，形成了既相互协作又相互竞争的局面(4)应用领域的调整和渗透并发(5)加大研究和开发力度3.现场总线技术的发展趋势(1)工程应用(2)发展方向7.1.3 几种典型的现场总线1.基金会现场总线2.Profibus 现场总线3.ControlNet 现场总线4.CAN总线5.DeviceNet 总线6.LonWorks 总线7.HART总线8.Modbus总线-Link总线7.2 现场总线控制系统构成原理7.2.1 现场总线控制系统的硬件构成现场总线控制系统的硬件主要由测量系统、控制系统、管理系统和通信系统等部分组成，系统结构如图7.1所示。
图7.1 现场总线控制系统体系结构现场总线控制系统将各种控制功能下放到现场，由现场仪表来实现测量、计算、控制和通信等功能，从而构成了一种彻底分散式的控制系统体系结构。
(1)智能变送器近年来，国际上著名的仪表厂商相继推出了一系列的智能变送器，有压力、差压、流量、物位、温度变送器等。
它们具有许多传统仪表所不具有的功能，如测量精度高，检测、变换、零点与增益校正和非线性补偿等，还经常嵌有PID 控制和各种运算功能。
(2)控制阀常用的现场总线控制阀有电动式和气动式两大类，主要是指带有智能阀门定位器或阀门控制器的控制阀。
它除具有驱动和执行两种基本功能外，还具有控制器输出特性补偿、PID 控制与运算以及对阀门的特性进行自诊断等功能。
(3)可编程控制器现代的可编程控制器（PLC）与其他现场仪表实现互操作，并可与监控计算机进行数据通信。
现场总线控制系统.
南阳理工学院自动控制仪表课程报告学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器（升）学生： *** 指导教师： * *完成日期2015年 12 月自动控制仪表课程报告现场总线控制系统Fieldbus control system总计：自动控制仪表课程报告 20 页插图： 14 幅现场总线控制系统自动控制仪表课程报告现场总线控制系统Fieldbus control system学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器（升）学生姓名： *** 学号：1%%%%%%%指导教师（职称）：（高级工程师）评阅教师：完成日期：2015年12月南阳理工学院Nan yang Institute of Technology现场总线控制系统测控技术与仪器（升） ***[摘要]现场总线技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。
现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。
应用的总线协议主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S 等。
在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的汽车生产线和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。
国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。
而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。
[关键词] 现场总线；工业控制；应用广泛Fieldbus control systemMeasurement & Control Technology and Instruments Major（l）***Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of conveying system, with the continuous development of technology and is bound to renew ideas gradually expanding its application field.Key words：Fieldbus; Industrial control; Widely used目录1 引言 (1)1.1 现场总线控制系统概述 (1)2 现场总线控制系统 (1)2.1 现场总线控制系统 (1)2.2 现场总线控制系统的特点 (2)2.3 现场总线控制系统的关键要点 (2)3 现场总线技术 (3)3.1 现场总线的概念 (3)3.2 现场总线的技术特征 (3)4 现场总线系统与现场总线的联系 (4)4.1 现场总线技术是FCS的核心 (4)5 现场总线系统带来的变革和典型应用 (5)5.1 变革 (5)5.2 典型应用 (5)6 现场总线控制系统市场前景分析 (6)6.1 市场需求 (6)6.2 企业效益 (6)结束语 (7)参考文献 (8)附录 (9)一基金会现场总线 (9)二PROFIBUS现场总线 (11)致谢 (15)1引言1.1 现场总线控制系统概述现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。
现场总线控制系统(FCS)
第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继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）后的新一代控制系统。
由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。
一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
1、什么是现场总线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。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
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，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规X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，形成各种适应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，把它们连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。
它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。
现场总线控制系统的组态
初始化手动 离学习线文档
优先级 0 最低 1 2 3
4 5 6 7 最高
功能块组态概述
工作方式参数
方式参数（MODE_BLK）
1）目标方式：该方式是运行员请求的方式， 是功能块需要达到的工作方式。
2）实际方式：功能块当前所处的方式。由 于块运行状态或配置的不同，实际方式可能会 与目标方式不一致。用户不能修改此值。
学习文档
功能块组态概述
工作方式参数
方式退出
当功能块在规定的更新时间内 （SHED_RCAS和SHED_ROUT）没有获得来自 接口设备的新值或获得了一个坏的状态，则功 能块的工作方式将切换到较高优先级的非远程 方式下。通过SHED_OPT参数可以设置当功能 块方式从远方方式（RCas和ROut）退出时希 望功能块获得的行为（不包括Cas方式）。当造 成方式退出的原因消除之后，功能块的工作方 式可以保持当前的方式，学习也文档可恢复到初始的方
功能块参数的计算
给定值计算 在控制功能块和输出功能块中都要有给定值
参数SP，以便给出控制目标。在自动（Auto） 工 作 方 式 下 ， SP 值 的 变 化 范 围 由 给 定 值 上 限 SP_HI_LIM和给定值下限SP_LO_LIM参数限制。
另外有些功能块的给定值在某些工作方式下 还 会 受 到 给 定 值 变 化 上 升 速 率 SP_RATE_UP 和 下降速率SP_RATE_DN的限制，这样可以防止 给定值的变化剧烈波动。学习文档
学习文档
功能块组态概述
基本概念
功能块的定义
功能块可由一个标签或数字索引号来识别。 标签是功能块的符号，它在一个现场总线系 统范围内是唯一的， 数字索引号是给功能块分配的编号，其目的 是优化功能块的访问过程，只在包含该功能块 的功能块应用中有意义。
现场总线控制系统（FCS）
现场总线控制系统（FCS）第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继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）后的新一代控制系统。
由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。
一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
1、什么是现场总线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。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
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，采用双绞线等作为总线，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，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，形成各种适应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，把它们连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。
它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。
计算机测控系统之现场总线控制技术(ppt 39页)
10）开放性好
现场总线为开放式互连网络，所有 技术和标准均是公开的，所有制造商都 必须遵循。这样，用户可以自由集成不 同制造商的通信网络，既可与同层网络 互连，也可与上层或下层网络互连。另 外，用户可方便地共享网络数据库。
现场总线标准
1．FF
现场总线基金会FIT（Foundation Field Bus）是惟一不附 属于任何企业的非商业性的国际标准化组织。其宗旨是制定单 一的国际现场总线标准。FF标准具有以下特点：根据ISO/OSI 的模型共设有物理层、数据链路层和应用层。除此之外，还增 加了用户层。其中，物理层分为两种：H1为低速总线，主要 用于过程自动化。波特率为31.25kb/s，最大传输距离为1900m， 提供总线供电和本质安全型；H2为高速总线，主要用于制造 自动化，波特率为1Mb/s（750m）或2.5 Mb/s（500m）。其物 理传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤和无线等。
6．通信线供电
在现场总线控制系统中，本身就要求连接线尽可能 的少，因此，最好采用通信线供电方式，即允许现 场仪表直接从通信线上获取能量。
现场总线是专为现场环境而设计的，可支持多种 通信线路媒介，具有较强的抗干扰能力，并可满足 本质安全防爆要求。这种供电方式可用于本质安全 环境的低功耗现场仪表。
现场总线控制系统的优点
5）互换性强
用户可以自由地选择不同制造商所提供的性能 价格比最优的现场设备或现场仪表，并可将不同品 牌的仪表互连。即使某台仪表出现故障，换上其它 品牌的同类仪表可照常工作，实现“即接即用”。 使系统集成变得更加方便、快捷，也使得用户拥有 更大的集成自主权。
6）互操作性好
用户可把不同制造厂家的现场仪表或设备 集成在一起，进行统一组态，构成所需的控制 系统。现场仪表或设备间可以方便地进行相互 通信、沟通和操作控制。用户不必为集成不同 品牌的产品而在硬件或软件上花费额外的力气，
第四章 现场总线控制系统(FCS)
第四章现场总线控制系统（FCS）第一节现场总线控制系统基础现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统，它是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的先进的计算机控制系统。
是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。
它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。
一、现场总线控制系统的特点根据IEC标准和现场总线基金会的定义，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。
现场总线控制系统是在现场总线的基础上发展起来的，它所带来的改进首先体现在现场通信网络方面，其次在结构、装置、功能等方面也有优势。
概括地说，它具有以下技术特点：(1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。
现场总线是用于过程控制系统和制造自动化系统中现场设备或现场仪表间互连的数字化通信网络，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了控制系统的性能。
(2)FCS的现场总线网络是开放式互连网络。
用户可以自由集成不同制造商的通信网络，通过网络将不同厂商生产的现场设备和功能块设备有机地融合为一体，构成统一的现场总线控制系统。
(3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互连。
一对传输线互连多台现场设备，双向传输数据信息，大大减少连线数量，从而降低安装费用，更易于维护，并提高了可靠性。
(4)FCS普遍采用智能仪表，增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。
智能化的现场设备具有更加完善的功能，包括部分控制功能，从而将较简单的控制任务改由现场设备完成，使现场设备既有检测、变换功能，又有运算和控制功能，一机多用。
这样既节约了成本，又使控制更加安全和可靠。
FCS废除了DCS的I／O单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散到现场设备，实现了彻底的分散控制。
二、FCS与DCS的分析比较FCS系统利用现场总线技术，针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高了性能和通用性。
十种类型现场总线的体系结构
十种类型现场总线的体系结构目录综述 (2)1 Type1 TS61158 现场总线 (2)2 Type2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线 (3)3 Type3 Profibus 现场总线 (4)4 Type4 P-NET现场总线 (5)5 Tpye5 FF HSE现场总线 (5)6 Type6 SwiftNet现场总线 (6)7 Type7 WorldFIP现场总线 (7)8 Type8 INTERBUS现场总线 (8)9 Type9 FF H1现场总线 (10)10 Type10 PROFI net现场总线 (10)综述按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义，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、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。
根据使用场合和用途不同，现场总线又分为H1低速现场总线和H2高速现场总线。
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。
经过长达15年的争论，IEC61158用于工业控制系统的现场总线国际标准于2000年初终于获得通过，现场总线之争逐渐随之退潮，IEC/SC65C/WG6现场总线标准委员会到此也完成了历史使命。
为了进一步完善IEC61158标准，IEC/SC65C成立了MT9现场总线修订小组，继续这方面的工作。
MT9工作组在原来8种类型现场总线的基础上不断完善扩充，于2001年8月制定出由10种类型现场总线组成的第三版现场总线标准，它们是：Type1 TS61158 现场总线、Type2 ControlNet 和Ethernet/IP 现场总线、Type3 Profibus现场总线、Type4 P-NET现场总线、Type5 FF HSE现场总线、Type6 Swift-Net 现场总线、Type7 WorldFIP现场总线、Type8 INTERBUS现场总线、Type9 FF H1现场总线以及Type10 PROFInet现场总线，该标准于2003年4月成为正式国际标准。
现场总线控制系统
4. 环境适应性与安全性：现场总线需要较强的环境适应性和安全性，包 括防电磁干扰、防潮、防震动等；IT网络则缺少相应的处理措施。
5. 总线供电：工业现场总线网络不仅能传输通信信息，而且要能够为现 场设备传输工作电源。IT网络未考虑总线供电问题。
思考题与习题
14-1现场总线的定义是什么？ 14-2 现场总线的本质特征有哪些？ 14-3 FCS的主要技术特点有哪些？ 14-4 DCS与FCS的主要区别是什么? 14-5现场总线国际标准IEC包括哪几种现场总线？ 14-6现场总线的协议通常分哪几层？各层的基本功能是什么？ 14-7现场总线仪表具备的基本功能是什么？ 14-8 阐述现场总线控制系统的组态设计的基本通用流程。
PID功能控制块 PID110
AO110 模拟量输出功能块
图6-2 FCS的分散功能块控制方案
2、典型硬件连接形式
现场总线系统的一般物理连接形式如图：主要包括常用的实际总线设备，如 总线接口、PLC控制器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以 包括变频器、限位开关、编码器、人机界面等。
主控器及接口 节点地址0
3．分散功能块
现场设备是微机化设备，既有检测、变换和补偿功能，又 有控制和运算功能。DCS控制站控制功能被分散给现场仪表， 使控制系统结构具备高度的分散性。
从而，废弃了DCS 的I/O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，构成了虚拟控制站，彻底地 实现了分散控制。
4．通信线供电
14.3 现场总线协议
3.6现场总线控制系统软件结构
（
3）两个组件技术标准
1）公共对象请求代理体系结构（CORBA）
Common
Object Request Breaker Architecture—— 对 象 管 理 组 织 （ OMG ， Object Management Group）；
（COM/DCOM）
2）组件对象模型/分布式组件对象模型
（2）计算机操作系统的功能
①进程管理
进程是关于某个数据集合的可并发的一 次运行活动。
区别进程和程序
操作系统对进程的管理：进程的建立、终止、
挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统 还要为运行的程序以及相关的数据分配内存 空间，并为各进程间的通信进行管理。
②作业管理 作业就是用户为完成一次事务处理而交给计
3．实时操作系统 主要特点：实时性强、可靠性高、稳定性好。
实时操作系统在任何时刻总是保证优先级别高
的任务占用CPU和其他资源，而且保证系统响 应的时间是可以容忍和确定的。系统对现场进 行不间断地监视，一旦有事件发生，系统就能 “实时”地做出响应。这除了靠硬件的性能来 保证之外，主要由实时操作系统的事件驱动方 式和任务调度来决定。
响应快速、实时性强；结构紧凑、易于 裁剪和配置；开放性好、易于开发和嵌入。
2
现代软件技术
1．面向对象技术（OO） （1）结构化程序设计方法及其“危机” ①结构化程序设计方法提出的编程技术 基本思想和方法 模块和封装、数据抽象、E—R模型及数 据方法 ②主要特点 标准程序库、提高软件可重用性（重复 使用）
算机的一项任务。
作业管理的任务就是为方便用户建立作业、
组织调度系统内部资源执行，并在完成任务 后将其撤消。
现场总线控制系统
第7章 现场总线控制系统
思考题与习题
1.现场总线的定义是什么？
2.现场总线有哪些技术特点？
3. 现场总线与以往的模拟式控制系统、数字式控 制系统及集散式控制系统相比有哪些优越性？ 4. 从现场总线的发展中了解仪表控制系统经过哪 几个阶段？体会现场总线技术的实质精髓是什 么？
第7章 现场总线控制系统
思考题与习题
5.基金会现场总线分为哪两种？试分析基金会现场 总线技术的通信模型。
6.试解释通信系统的一些基本术语。
7.工业通信网络有几种拓扑结构？ 8.简述Delta V系统的构成及技术特点。
技能点：
●能够根据配置现场设备计算单根总线电缆长度 ●结合实例学习Delta V系统的组态 ●结合实例掌握现场总线回路的测试
第7章 现场总线控制系统
7.1
7.1.1
现场总线是将自动化系统最底层的 现场控制器和现场智能仪表设备互 现场总线的基本概念 连的实时控制通信网络。
现场总线概述
现场总线控制系统（ FCS ）实现将自动化 系统现场控制装置与现场智能仪表互连 的实时网络控制系统。
企业管理层
1.操作系统 2.网络管理软件 3.通信软件 4.组态软件
(数据网络)
过程监控层 (数据网络)
现场控制层 (控制网络)
图7.1 现场总线控制系统体系结构
第7章 现场总线控制系统
7.3
Dleta V现场总线控制系统简介
7.3.1 系统概述
➢ Delta V 系统是 Fisher-Rosemount 公司依据现场总 线FF标准设计出的兼容现场总线功能的全新控制系统.
3.组态过程
4.现场总线回路的测试
本章小结
第7章 现场总线控制系统
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现场控制层 (控制网络)
现场总线控制系统体系结构
1
2 3
计算机监控系统的组成 现代软件技术
监控组态软件原理
1
计算机监控系统的组成
监控：
（1）狭义：系统内部操作员（运行员）站、工程师 站的功能及组成
（2）广义：计算机监控系统 硬件 软件
操作系统
现代软件技术
监控组态软件 → 操作员站、工程师站
③温链路
温链路是一种仅仅由客户向服务器请求 的数据获得后，如服务器的数据发生了变化， 由服务器主动将变哈后的数据发送给客户， 但在通知时并不带变化后的数据，仅当客户 确认需要该数据后再将该数据传递给客户。
（5）热链路的建立过程
建立对话、请求数据、数据交换、终止对话。
3．对象的嵌入与链接（OLE）技术
（2）OPC技术产生的背景 在传统的控制系统中， I/O 智能设备之间及
I/O智能设备与控制系统之间的数据通信是通 过驱动软件来实现的。加重了开发商的负担， 同时有以下弊端： 1）为特定硬件开发启动程序，采用不同的数 据交换协议，无法优化操作； 2 ） I/O 设备任何变化都会造成驱动程序不兼 容； 3）两个应用程序不能同时访问同一设备； 4）不能即插即用。
现场总线控制系统构成原理
现场总线控制系统的硬件构成5.计算
机服务 6.数 据库 3.设备管 理系统 4.通信 系统 2.控制 系统
1.测量 系统
图1
现场总线控制系统体系结构
现场总线控制系统的软件
企业管理层
1.操作系统 2.网络管理软件 3.通信软件 4.组态软件
(数据网络)
过程监控层 (数据网络)
算机的一项任务。
作业管理的任务就是为方便用户建立作业、
组织调度系统内部资源执行，并在完成任务 后将其撤消。
③存储器管理
内存分配、、地址映射、内存保护、内存扩
充。
④设备管理 按照一定的算法分配设备；控制和实现输入
输出操作，如通道程序控制、启动设备、及 时响应及处理中断信号；对输入输出缓冲区 进行管理；实现虚拟设备技术。
创建对象的程序称为客户应用程序，它可以
接受、显示和存储对象。客户应用程序能够 接受、指向、显示和存储由OLE服务器程序创 建的对象（这些对象本身可包含各种数据）， 提供工具给用户激活和操作对象，提供方法 将链接和嵌入的对象放入或移出文档，并能 在需要时激活服务器应用程序。
某些应用程序既可以是服务器应用程序，也 可以是客户应用程序，如Word、Excel等。
（1）在Word中插入Excel表格（对象）。
（2）OLE
OLE 是将不同应用软件、不同操作系统中 的对象组合程一个功能强大的新应用；可以使 得个应用程序能够紧密正确地使用另一个应用 程序的服务。因此，OLE是一种高级的进程间 通信机制。它把用户从应用程序为中心的应用 环境解脱出来，代之以文档为中心的计算环境。 在前一种环境中，完成任务的工具是单个的应 用程序，而以文档为中心的计算环境，用户能 综合使用多种程序来完成任务。
OLE （ Object Linking and Enbedded ）是在 DDE技术的基础上发展起来的新技术。OLE的任 务不再是交换数据，而是交换完整的对象。
对象显示在Word视图中； 数据存储在Word文档中； 编辑时，双击对象，调出对象操作程序； Word能够对对象进行存储和管理，不知道 对象的数据格式。
（
3）两个组件技术标准
1）公共对象请求代理体系结构（CORBA）
Common
Object Request Breaker Architecture—— 对 象 管 理 组 织 （ OMG ， Object Management Group）；
（COM/DCOM）
2）组件对象模型/分布式组件对象模型
COM规范有以下几个特性： （1） （2） （3） （4）
客户/服务其模型 语言无关性 进程透明性
应用程序级客重用性
用于过程控制的OLE（OPC）规范 （1）什么是OPC？
用于过程控制的对象链接与嵌入技术 （ OPC ， OLE for Process Control ），是基 于Microsoft的COM/DCOM和Active X的技术。 包含了工业自动化应用中使用的一整套的接 口、属性和方法的标准，是把OLE应用在过程 控制中的技术。 OPC 提供了应用程序与 I/O 接 口设备之间数据通信的共同接口，而与过程 中的控制软件或装置无关。
4．嵌入式（Embedded System）操作系统
（1）嵌入式系统的定义：以应用为中心和以
计算机技术为基础，软硬件可裁剪，关切能 够适应宿主系统对其功能、可靠性、成本、 体积、和功耗地功能多方面的要求的系统。 （嵌入式系统与其监控的对象（宿主）是紧 密地为一体的系统）
（2）嵌入式操作系统的特点
（3）Linux操作系统
是UNIX的兼容产品，几乎具有UNIX的优 点，同时还具有其没有的功能。 （4）Windows NT操作系统 可扩充性、可移植性、可靠性、可兼容性。 Windows NT系统模型主要包括3个部分： 客户/服务器模型、对象模型、对称多处理模 型。Windows NT的另一个特色是引入了“线 程”的概念，“线程”是比进程更小的一个 单位，它是进程内的一个执行单元和可调度 实体。同一进程中的线程是共用一个内存空 间的。采用线程的好处是更易于实现并行性。
响应快速、实时性强；结构紧凑、易于 裁剪和配置；开放性好、易于开发和嵌入。
2
现代软件技术
1．面向对象技术（OO） （1）结构化程序设计方法及其“危机” ①结构化程序设计方法提出的编程技术 基本思想和方法 模块和封装、数据抽象、E—R模型及数 据方法 ②主要特点 标准程序库、提高软件可重用性（重复 使用）
1.1 计算机监控系统的概念
1．定义
计算机监控是利用传感装置将被控对象中 的物理参量转换为电量，再将这些代表实际 物理参量的电量送入输入装置中转换为计算 机可识别的数字量，并且在计算机的显示装 置中以数字、图形或曲线的方式显示出来， 从而使得操作人员能够直观地而迅速地了解 被监控对象的变化过程。
①
热链路：
热链路在客户向服务器请求的数据得到之后，
如服务器的数据发生了变化，而客户又希望得 到变化后的数据，这是由服务器主动将变化后 的数据发送给客户。通过一次热链对话请求， 客户种仅仅由客户向服务器请求数 据传递的对话方式，如客户向服务器多次请求 数据，就要多次请求数据传递对话。
4．COM/DCOM （1）面向对象未解决的困难
软件开发周期长、维护困难、开放性差、 难以重用。 （2）组件技术 组件是独立于特定的程序设计语言和应 用系统，具有可重用性、能自包含的软件部 分。将一个庞大的软件分成多个模块，每个 模块保持一定的功能独立性，在协同工作的 同时，通过互相之间的接口交换信息来完成 任务，将这样的软件模块称为组件。
（
3）OLE应用程序的分类
在大多数OLE文档中，应用程序分为客户 应用程序（ Client application ）和服务器 应用程序（Sever application）。
能创建、编辑对象，运行对象中含有详 细数据结构的应用程序称为服务器应用程序 （或对象服务器）。当用户激活对象时，服 务器应用程序开始启动，然后用户可以编辑 和播放在服务器应用窗口内的对象。
⑤文件管理 文件目录管理、文件存储空间管理、文件的
保护与机密、文件的使用和运行。
2．通用操作系统 （1）DOS操作系统
（2）UNIX操作系统
小型机、微型机 标准的UNIX是一个多用户、多任务、交互式
分时操作系统。就其运行的稳定性而言， UNIX操作系统远比Windows要高，其通信能力 也远比Windows NT要强，单价格非常昂贵， 通常用于大型系统。
（4）存储和寻址方式
OLE对象的存储和寻址方式：链接和嵌入。 嵌入是将对象的数据信息完整地放置在客户 机应用程序的过程。链接时在客户机应用程序中 存储对象的一些描述信息和过程。这些描述包括 对象文件及其路径名称，编辑这个对象的服务器 应用程序的名称等。 对于嵌入，原始对象的改变无法影响那些已 嵌入的对象，而链接方式中的对象可以不依赖于 超文本而自身发生变化，并且链接对象的应用可 以胡斯文档相对较小一些，因为链接对象只有一 个而同时被多个文档所共用。
（2）计算机操作系统的功能
①进程管理
进程是关于某个数据集合的可并发的一 次运行活动。
区别进程和程序
操作系统对进程的管理：进程的建立、终止、
挂起、激活、阻塞和唤醒。同时，操作系统 还要为运行的程序以及相关的数据分配内存 空间，并为各进程间的通信进行管理。
②作业管理 作业就是用户为完成一次事务处理而交给计
3．实时操作系统 主要特点：实时性强、可靠性高、稳定性好。
实时操作系统在任何时刻总是保证优先级别高
的任务占用CPU和其他资源，而且保证系统响 应的时间是可以容忍和确定的。系统对现场进 行不间断地监视，一旦有事件发生，系统就能 “实时”地做出响应。这除了靠硬件的性能来 保证之外，主要由实时操作系统的事件驱动方 式和任务调度来决定。
③ “软件危机”的原因和表现 ④结构化程序设计方法的缺点 可重用性差、以过程和操作为中心
2．面向对象的设计方法（OOP）
①面向对象动机本原则 ②基本思想和方法
2．动态数据交换技术（DDE）
（1）Windows数据交换方式
剪贴板、动态连接库DDL、动态数据交换 DDE（Dynamic Data Exchange）以及对象链 接与嵌入等。 （2）DDE技术 动态数据交换技术（DDE）是在Windows 系统中支持的进程间的通信机制。它是以共 享全局（Global）内存来实现数据交换的， 是Windows软件最为突出的特点之一。DDE可 以用来实现许多应用程序功能（包括：连接 实时数据、建立综合文档、执行应用程序之 间的数据查询）。