现场总线协议及应用
现场总线技术 第4章 通用工业协议CIP 现场总线技术及其应用 教学课件
DeviceNet Physical
Layer
ControlNet Physical Layer
Ethernet physical
Layer
Future
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
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CIP
This is Ethernet/IP
(IP stands for Industrial Protocol)
2020/3/19
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4.2 CIP的特点----报文
I/O报文（I/O Message） –在本质上是隐性的，因而有时也称为隐式报文 （Implicit Message），它的数据域中常不包括协 议信息，仅仅是实时的I/O控制数据，这些数据的 含义是预定义的。因而在节点中对处理这些数据所 需的时间大大减小。 –为解释这种类型的报文而必须引入的附加量 (overhead)小，数据短，使用频率一致，并且需要 高的性能：对I/O报文传送的可靠性，送达时间的 确定性及可重复性有很高的要求。 –过去，用于I/O控制的网络不能处理发送显性报文 时在发送数据的时间及报文尺寸上的不定性因素。 控制设备提供商不得不使用不同的网络来管理这两 种不同报文类型的不同要求。 西门子的 Profibus FMS/ProfibusDP网络就是这种情况的表现。
Future?
ATM, Firewire USB, Blue Tooth, etc.
9
This is DeviceNet
User Layer
Application Layer
Transport and Data Link Layer
Physical Layer
2020/3/19
CIP
profibus协议
profibus协议Profibus协议。
Profibus（Process Field Bus）是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，它被广泛应用于工业自动化控制系统中。
Profibus协议的发展和应用，为工业自动化领域的数据通信提供了更加高效和可靠的解决方案。
首先，Profibus协议的特点之一是其高速传输能力。
在工业控制系统中，对数据传输速度的要求非常高，而Profibus协议能够提供最高12Mbps的数据传输速率，这使得它能够满足工业自动化系统对于实时数据传输的需求。
其次，Profibus协议还具有良好的实时性能。
在工业自动化控制系统中，对实时性能的要求也非常高，而Profibus协议能够保证数据的实时传输，确保控制系统的稳定性和可靠性。
此外，Profibus协议还具有灵活的拓扑结构。
它支持总线、星型和树型等多种拓扑结构，可以满足不同工业场景下的布线需求，同时也能够支持大规模的设备连接，为工业控制系统的布局提供了更多的选择。
另外，Profibus协议还具有良好的兼容性和可扩展性。
它可以与现有的工业控制系统和设备进行良好的兼容，同时也支持设备的热插拔，为系统的维护和升级提供了便利。
总的来说，Profibus协议作为一种现场总线通信协议，在工业自动化领域有着广泛的应用前景。
它的高速传输能力、良好的实时性能、灵活的拓扑结构、良好的兼容性和可扩展性，为工业控制系统的数据通信提供了高效、可靠的解决方案。
在未来，随着工业自动化领域的不断发展和智能化水平的提高，Profibus协议将会继续发挥重要作用，为工业自动化领域的数据通信提供更加先进的解决方案，推动工业自动化领域的发展和进步。
现场总线技术及其应用
➢ BACnet标准的目的是——为计算机控制暖通空调 和制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而 使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。
2. 树形方式
几个现场仪表，一般按地理区域进行集中，接 到一根“局部运行” 的现场总线上，然后再引到 控制室中去。
3. 带桥方式
接到低速总线H1上的现场设备，通过“桥”和 多路转换器合并接到高速总线H2上，然后再接到控 制室中去。
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3.1.5 现场总线的通信模型
➢
现场总线网络互连模型既参照ISO／OSI模
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
6
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能
5．用户具有高度的系统集成主动权 6．现场设备更换和系统扩展更为方便 7．提高系统的准确性与可靠性 8．易于系统调整 9．为企业信息系统的构建创造了重要条件
7
3.1.4 现场总线技术的网络结构
应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
7
物理层
图3.2 ISO/OSI模型
7
应用层
6
5Байду номын сангаас
4
3
总线访问子层
2
数据链路层
1
物理层
图3.3 典型的现场总线协议模型
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➢ 典型的现场总线协议模型（见图3-3）采用 OSI模型中的三个典型层：物理层、数据链路层 和应用层，在省去3～6层后，考虑到现场总线的 通讯特点，设置一个现场总线访问子层。它具有 结构简单、执行协议直观、价格低廉等优点，也 满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 的相应层次相比，现场总线标准的物理层、数据 链路层与其有相同的含义。从总线访问子层看， 现场总线有很大特色。
现场总线的协议组成结构及其工作原理
现场总线的协议组成结构及其工作原理
现场总线（Fieldbus）是一种用于现场设备、传感器和执行器
连接的数字通信网络。
它允许现场设备与控制系统进行数据交换和通信，实现自动化系统的远程监控和控制。
现场总线的协议组成结构通常包括：
1. 物理层：现场总线协议的物理层包括了传输介质（如电缆）、连接器和传输速率等，用于传输数据和提供电源等功能。
2. 数据链路层：数据链路层负责数据的传输和错误检测纠正。
它将上层应用数据分成较小的数据包，添加控制信息（如地址、校验等）并将其发送到总线上。
3. 应用层：应用层定义了数据的格式和标准，控制设备之间的通信和交互。
它定义了现场设备和控制系统间的通信协议、数据结构和消息格式等。
现场总线的工作原理如下：
1. 现场设备连接到总线：现场设备（如传感器、执行器等）通过物理层将自己连接到现场总线上，允许其与其他设备进行通信。
2. 控制系统与现场总线连接：控制系统通过总线接口连接到现场总线上，可以监控和控制现场设备。
3. 数据交换：现场设备通过总线发送数据到控制系统，并从控制系统接收指令和配置信息。
控制系统可以实时地监测现场设备的状态，并进行数据采集和控制。
4. 数据处理：控制系统接收到现场设备发送的数据后，进行处理和分析，将结果提供给操作人员进行监控和决策。
总之，现场总线的协议结构和工作原理允许现场设备与控制系统之间进行数字通信和数据交换，实现自动化系统的监测和控制。
它提供了一种高效、可靠的方式来集成和管理现场设备，提高了自动化系统的可靠性和灵活性。
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。
CANopen协议应用指南
CANopen协议应用指南CANopen协议是一种用于控制与通信领域的通用现场总线协议。
它构建在CAN（控制器区域网络）总线上，提供了一种开放、高效、可靠和灵活的方式来组织和管理分布式系统。
本文将介绍CANopen协议的应用指南，主要包括网络结构、数据通信、设备配置和节点管理等方面。
首先，网络结构是CANopen协议应用的基础。
CANopen网络由一个或多个节点组成，节点之间通过CAN总线进行通信。
每个节点都有一个唯一的标识符，用于区分不同的节点。
网络结构可以是主-从结构，其中一个节点作为主节点，负责控制和管理其他从节点；也可以是对等结构，所有节点都可以互相通信和交互。
网络结构的选择取决于实际应用的需求。
其次，数据通信是CANopen协议的核心功能之一、CANopen提供了多种数据通信方式，包括广播通信、点对点通信和多点通信。
广播通信是将数据广播到整个网络中的所有节点；点对点通信是两个特定节点之间的直接通信；多点通信是将数据发送到一个或多个指定的节点。
CANopen还提供了一种灵活的通信参数设置机制，可以根据应用需求进行定制。
设备配置是CANopen协议应用中的重要环节。
每个CANopen设备都有一个设备描述文件（EDS），其中包含了设备的标识、功能和配置信息。
在设备配置过程中，需要根据实际应用需求修改和设置设备的各个参数，例如节点ID、通信速率、数据对象和服务对象等。
设备配置的目的是确保网络中的所有节点能够正确地进行通信和交互。
最后，节点管理是CANopen协议应用中的关键任务之一、节点管理包括节点的启动、停止、心跳检测、重启以及节点状态的监控和管理等。
CANopen协议提供了一系列的节点管理服务，如NMT（网络管理）服务、SDO（服务数据对象）服务和EMCY（紧急）服务等。
通过节点管理，用户可以对网络中的节点进行灵活的控制和管理。
总结而言，CANopen协议是一种强大的通信协议，可以广泛应用于控制与通信领域。
现场总线实验报告
现场总线实验报告现场总线实验报告引言：现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，它将传感器、执行器和控制器等设备连接在同一条总线上，实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
本实验旨在通过对现场总线的实际应用进行研究和探索，了解其原理和优势。
一、现场总线的基本原理现场总线是一种基于串行通信的网络协议，它使用单根通信线路连接各个设备，通过总线控制器实现数据的传输和设备的控制。
其基本原理是将各个设备连接在同一条总线上，通过总线控制器进行数据的传输和设备的控制，实现实时监测和控制。
二、现场总线的应用领域现场总线广泛应用于工业自动化领域，包括制造业、能源、交通等行业。
它可以实现设备之间的实时通信和数据交换，提高生产效率和质量。
例如，在制造业中，现场总线可以用于机器人控制、生产线监测和设备故障诊断等方面，实现自动化生产和智能制造。
三、现场总线的优势与传统的点对点通信方式相比，现场总线具有以下优势：1. 灵活性：现场总线可以连接多个设备，方便设备的添加和移除，减少了布线和维护的成本。
2. 实时性：现场总线能够实现设备之间的实时通信和数据交换，提高了生产过程的响应速度和准确性。
3. 可靠性：现场总线采用冗余设计和错误检测机制，能够保证数据的可靠传输和设备的可靠运行。
4. 扩展性：现场总线支持多种通信协议和设备接口，可以满足不同设备的需求，便于系统的扩展和升级。
四、实验过程和结果本次实验选取了一台工业机器人和几个传感器作为实验对象，通过现场总线连接它们，并利用总线控制器进行数据的传输和设备的控制。
实验过程中，我们使用了现场总线配置工具对设备进行初始化和参数设置，然后通过编程控制总线控制器发送指令和接收数据。
实验结果显示，通过现场总线，我们能够实时监测机器人的运动状态和传感器的数据，并能够远程控制机器人的动作。
同时，现场总线还能够实现故障诊断和报警功能，及时发现并处理设备故障，保证生产过程的稳定性和安全性。
现场总线协议
现场总线协议现场总线协议（Fieldbus Protocol）是工业自动化领域中用于现场设备之间通信的一种协议标准。
它通过数字通信技术将现场设备（如传感器、执行器、控制器等）连接到控制系统，实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
现场总线协议的应用可以大大简化工业自动化系统的布线结构，提高系统的可靠性和灵活性，降低成本和维护工作量，因此在工业自动化领域得到了广泛的应用。
现场总线协议的发展历程可以追溯到20世纪80年代初。
当时，工业自动化系统中的现场设备通常采用模拟信号进行通信，系统的布线结构复杂，维护困难，而且受到环境干扰的影响较大。
为了解决这些问题，工业界开始研究开发数字通信技术，并逐步形成了现场总线协议标准。
经过多年的发展，现场总线协议已经成为工业自动化领域中设备通信的主流技术。
现场总线协议的特点之一是支持多种通信介质和拓扑结构。
它可以通过不同的物理介质（如双绞线、光纤、无线等）进行通信，并且可以采用总线、星型、环型等不同的拓扑结构。
这使得现场总线协议可以适应不同的工业场景，满足不同的通信需求。
另一个特点是支持多种通信协议和数据格式。
现场总线协议可以适配不同的通信协议（如Modbus、Profibus、CANopen等），并且可以传输不同类型的数据（如模拟量、数字量、文本等）。
这使得现场总线协议可以与各种现场设备进行兼容，实现设备之间的互联互通。
除此之外，现场总线协议还具有高可靠性和实时性。
它采用了多种技术手段（如冗余通信、数据校验、错误纠正等）来保障通信的可靠性，同时通过优化通信协议和数据传输方式，实现了毫秒级甚至微秒级的实时通信。
这使得现场总线协议可以满足工业自动化系统对通信速度和可靠性的严格要求。
总的来说，现场总线协议作为工业自动化领域中设备通信的重要技术，具有广泛的应用前景。
随着工业自动化系统对通信技术的不断需求和发展，现场总线协议将继续发挥重要作用，推动工业自动化领域的进步和发展。
现场总线技术及其应用
现场总线技术及其应用 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，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，将带来控制系统的一大变革。
1 引言 随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了发展迅速、影响巨大，引起了工程技术界的普遍兴趣与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统（Distributed Control System dcs）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（Fieldbus Control System,FCS），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。
2 被誉为自动化领域的计算机局域网 2．1 现场总线及其特点 （1）什么是现场总线？ 根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)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、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求： （1）同一数据链上过程控制单元（PCU）、plc等与数字1/0设备互连； （2）现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取； （3）通信媒体安装费用较低。
FF现场总线的设计和应用
FF现场总线的设计和应用FF现场总线采用了基于半双工串行通讯的设计原理。
它使用了双绞线作为传输介质以及标准电压电流进行数据传输。
FF现场总线采用了分时多路复用的技术，将不同设备之间的通讯分为不同时间片进行交替传输。
这种设计原理可以有效减少通讯冲突和干扰，并提高总线的通讯速度和可靠性。
1.工业自动化：FF现场总线在工业自动化系统中广泛应用。
它可以实现从传感器到执行器的设备之间的数据交换，如温度传感器、压力传感器、电机控制等。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据传输和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
2.油田领域：FF现场总线在油田领域的应用较为广泛。
从油井的数据采集到管道的监控和控制，FF现场总线承担着重要的角色。
它可以实时采集油井的数据，如压力、温度、液位等，并将数据传输给中央控制系统进行分析和处理。
同时，FF现场总线还可以控制油井的开启和关闭，提高油田生产的自动化程度。
3.电力系统：FF现场总线在电力系统中也有较多的应用。
它可以用于电力设备的监控和控制，如变压器、开关柜、电站等。
通过FF现场总线，可以实现对电力设备的实时监测，及时发现设备故障并进行处理。
同时，FF现场总线还可以实现设备之间的数据交换和控制指令的下发，提高电力系统的可靠性和安全性。
4.化工工艺：在化工工艺生产中，FF现场总线也发挥着重要的作用。
它可以实现对化工生产过程中的设备监控和控制，如压力容器、反应釜、泵阀等。
通过FF现场总线，可以及时监测化工设备的工艺参数，如温度、压力、流量等，并根据需要进行控制调整，提高化工生产的安全性和效率。
总结FF现场总线作为一种高效可靠的通讯协议，广泛应用于工业自动化、油田、电力系统和化工工艺等领域。
它的设计原理基于半双工串行通讯，采用了分时多路复用的技术，具有通讯速度快、传输可靠等优点。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据交换和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
现场总线技术基础典型现场总线及其应用
太航科技
二、现场总线标准现状
1. IEC 61158国际标准 8种 2. 以太网技术对IEC 61158标准的扩充 12种 3. 特殊行业的现场总线国际标准 4种
三、现场总线在我国的应用概况
现场总线应用近年来有长足、全方位发展。 但开发技术还相对不足。 现场总线技术的开发、应用过程中，有效做法有如下几点： 1.选择在国际上影响较大、有市场应用前景的总线作为我国现场总 线开发的技术标准。 2.标准的文本可借鉴欧洲现场总线标准的文本构成方式，各个总线 标准分开，便于使用。 3.尽快建立总线应用技术支持服务机构。
二、现场总线协议模型
全新的IEC 61158现场总线协议模型，省去了OSI模型中间的3~6层，增加了 面向用户的第八层用户层。现场总线结构模型统一为四层，即：物理层、数据 链路层、应用层和用户层。
用户层 应用层 表示层 7 6 5 4 3 2 数据链路层 2 应用层 （3-6）层 不用 8 7
OSI与现场 总线结构 模型比较
用户层用户层88应用层应用层77应用层应用层表示层表示层663366层不用不用会话层会话层55传输层传输层44网络层网络层33数据链路层数据链路层22数据链路层数据链路层22物理层物理层11物理层物理层11osiosi协议协议模型模型现场总线协现场总线协议模型议模型osi与现场总线结构模型比较太航科技taihangcom三现场总线仪表三现场总线仪表智能仪表在通信上配置相应的总线标准接口前提下为了在智能仪表在通信上配置相应的总线标准接口前提下为了在fcsfcs系统集成中灵活配置还必须符合下列要求
太航科技
多功能智能化现场仪表开发的一些常用功能：
1.通信功能：支持一种或多种通信模式或总线协议 。 2.多变量监测：支持多个物理量的监测功能，一个变送器可以同时测量 温度、压力与流量等参数 。 3.复合控制功能：可以完成诸如信号线性化、工程单位转换、阀门特性 补偿、流量补偿、过程装置监视与诊断以及PID控制等多个功能 。 国内某款智能型电容式压力变送器：
ff现场总线的特点和在工程中的应用
ff现场总线的特点和在工程中的应用一、FF现场总线的概述FF现场总线是一种数字通信协议，它是Foundation Fieldbus（FF）组织制定的。
FF现场总线在工业自动化领域得到了广泛应用，它可以实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
与传统的模拟信号传输方式相比，FF现场总线具有更高的可靠性和稳定性。
二、FF现场总线的特点1. 可靠性高：FF现场总线采用数字通信方式，数据传输稳定可靠，不受干扰。
2. 灵活性强：FF现场总线可以实现多种类型的设备之间的数据交换和控制指令传输。
3. 扩展性好：FF现场总线可以根据需要进行扩展或升级，支持多种不同类型的设备连接。
4. 易于维护：由于采用数字通信方式，故障排查和维护更加方便快捷。
三、FF现场总线在工程中的应用1. 控制系统：在控制系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在化工厂中，使用FF现场总线可以将各个过程变量（如温度、压力、流量等）传输到控制室的控制系统中，实现对生产过程的监控和控制。
2. 仪表系统：在仪表系统中，使用FF现场总线可以实现各个仪表之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在炼油厂中，使用FF现场总线可以将各个流量计、压力计、温度计等仪表的测量值传输到控制室的监视系统中，实现对生产过程的监视和调节。
3. 电力系统：在电力系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在发电厂中，使用FF现场总线可以将各个变压器、开关柜等设备的状态信息传输到运行监视系统中，实现对电力系统运行状态的监视和调节。
四、FF现场总线在应用中需要注意的问题1. 设备兼容性问题：由于不同厂家生产的设备可能存在兼容性问题，因此在选择设备时需要注意其是否支持FF现场总线协议。
2. 网络拓扑结构问题：在设计网络拓扑结构时需要考虑网络带宽、延迟等因素，并根据具体应用需求进行合理规划。
3. 安全问题：由于FF现场总线采用数字通信方式，数据的安全性需要得到保障。
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。
国标 现场总线标准
国标现场总线标准引言国标现场总线标准是指一种用于工业自动化领域的通信协议，它提供了数据传输和设备控制的标准化通信方式。
本文将介绍国标现场总线标准的基本概念、通信过程以及其在工业自动化中的应用。
一、基本概念1.1 现场总线现场总线是指将控制系统和现场设备连接起来的通信网络。
通过现场总线，控制系统可以实时地收集传感器和执行器的数据，并控制现场设备的运行。
1.2 国标现场总线标准国标现场总线标准是指由国家标准化机构制定的用于工业自动化领域的通信协议。
这种标准化的通信协议使得不同厂商的设备可以进行互联互通，从而提高了自动化系统的灵活性和可扩展性。
二、通信过程2.1 总线物理层总线物理层是指现场总线中用于传输数据的硬件接口。
现场总线标准定义了总线的物理特性，如电气信号、传输介质等。
2.2 数据链路层数据链路层是指现场总线中用于传输数据帧的协议。
这一层负责将数据帧进行分组和校验，以确保数据的正确传输。
2.3 应用层应用层是指现场总线中用于传输应用数据的协议。
应用层协议定义了数据的格式和解析方式，使得不同厂商的设备可以理解和处理同一种数据。
三、应用领域3.1 工业自动化国标现场总线标准广泛应用于工业自动化领域，如制造业、能源管理等。
通过现场总线，不同设备可以进行数据交换和远程控制，提高了生产效率和质量。
3.2 建筑自动化国标现场总线标准还可以应用于建筑自动化领域。
通过现场总线，建筑内的各种系统，如照明、空调、安防等可以进行集中管理和控制，实现智能化的建筑管理。
3.3 交通系统国标现场总线标准在交通系统中的应用日益广泛。
通过现场总线，交通信号灯、隧道监控等设备可以进行联动控制，提高了交通系统的运行效率和安全性。
四、挑战与发展4.1 兼容性由于不同厂商对于国标现场总线标准的实现可能存在差异，设备之间的兼容性成为了一个重要的问题。
需要进一步完善国标现场总线标准，确保不同厂商的设备可以无缝连接和交互。
4.2 安全性在工业自动化领域，数据的安全性是一个重要的考虑因素。
现场总线的应用
现场总线的应用现场总线（Fieldbus）是一种用于实现现场设备集成的通信协议和技术，它利用数字化信号处理和开放式标准的物理和通信层协议，实现工业现场现代化和网络化。
现场总线的应用非常广泛，涉及到许多行业和领域，本文将介绍现场总线的应用。
一、自动化控制自动化控制是工业生产过程中不可或缺的一部分，现场总线可以广泛应用于自动化控制系统中，它将各种传感器，执行器和控制器等设备连接在一起，使得设备之间可以进行数据通信和控制命令的传输。
同时，现场总线还可以提高自动化控制系统的可靠性、灵活性和扩展性，使系统具有更好的实时性和响应速度。
例如，在自动化生产线上，现场总线可以实现对工件加工工艺的实时监测和控制，及时响应生产过程中的异常情况，从而保证产品的质量和产量。
二、工业网络工业网络是现代工业自动化领域必不可少的基础设施，它负责连接各种生产设备和自动化控制系统，在工业控制领域起着至关重要的作用。
现场总线是工业网络通信的一种关键技术，它可以实现连接工业现场设备的互联互通，使得生产过程中的各种设备可以在同一个网络中实现数据传输和命令控制。
同时，现场总线还可以提高工业网络的可靠性、带宽和实时性，为网络中各种设备的数据传输提供了更好的保障。
三、电力系统电力系统是现代工业生产的重要组成部分，它对生产过程的稳定性和可靠性有着重要的影响。
现场总线可以广泛应用于电力系统的监测和控制中，实现对电力设备的实时监控和故障诊断。
例如，在变电站的监测系统中，通过现场总线连接绝缘监测仪、温度监测仪、压力监测仪等设备，可以实现对变电站的实时监测、故障诊断和控制操作。
四、安全防护安全防护是现代工业生产中必不可少的一部分，它可以有效地保护工人、设备和环境的安全。
现场总线可以在安全防护领域中发挥非常重要的作用，例如，在石化、化工、制药等行业中，通过现场总线连接传感器、报警器等设备，可以实现对危险化学品储罐、化学反应釜等设备的实时监测和报警，有效防止产生危险情况。
现场总线技术及其应用
典型控制网络结构：罗克韦尔公司
现场总线的实质
现场总线的协议 制定协议依据：ISO的开发系统互联协议(OSI)。 实际制定的协议：OSI中的某些层 OSI协议：7层协议结构
现场总线系统的组成：
7 6 5 4 3 2 1
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路 层 物理层
应用层
现场设备 形成系统的传输介质
－－控制层现场总线ControlNet
网络目标功 能 网络拓扑 端到端设备和I/O网络 在同一链路上传递I/O，编程和系统组 态信息 总线、星形、树形 网络节点数 99个可编地址 单段最多48个 模型对象设计；设备对象模型，类/ 实例/属性，设备描述
几种典型的现场总线
应用层设计
最大通讯速 率
通讯方式 网络刷新时 间 数据分组大 小 网络最大拓 扑
电源
网络模型
外部供电
生产者/消费者
连接器
物理层介质
标准同轴电缆BNC
RG6同轴电缆；光纤
其他几种典型现场总线
设备层现场总线DeviceNet：
基于CAN技术的开放标准，三层协议结构。罗克韦 尔 非完全开放的标准。德国
ProfiBus协议：
FF总线
由FF组织提出。三层协议结构。国际
端到端的控制系统解决方案。七层协议结构。 Echleon公司
－－控制层现场总线ControlNet
概述：ControlNet是一种面向控制层的实时性现场总线网络，在 同一物理介质上提供时间关键性I/O数据和报文数据：包括程序上、 下载，组态数据，和端到端报文传递。具有高度的确定性和可重 复性。适用于控制关系复杂关联、要求控制信息同步、协调实时 控制、输出数据速率高的应用场合。 7 应用层 对象和对象模型 ControlNet协议规范
现场总线在列车控制网络中的应用与发展
现场总线在列车控制网络中的应用与发展现场总线技术作为信息传输和通信的一种重要方式，在各个领域得到了广泛的应用。
在列车控制网络领域，现场总线技术同样发挥了重要的作用。
本文将探讨现场总线在列车控制网络中的应用与发展，并分析其带来的优势和挑战。
1. 现场总线技术概述现场总线技术是指通过一根通信线缆将各个传感器、执行器等设备与控制器连接在一起，实现数据的传输和通信。
它采用了分布式控制的思想，将系统的控制节点分布在各个设备上，从而实现了系统的高度灵活性和可靠性。
2. 现场总线在列车控制网络中的应用2.1 列车传感器网络现场总线技术可以连接列车上各种传感器，如温度传感器、压力传感器和速度传感器等。
通过实时采集和传输传感器数据，可以监控列车的各项参数，并及时进行故障诊断和维护。
这对于提高列车的安全性和可靠性具有重要意义。
2.2 列车执行器网络现场总线技术可以连接列车上的执行器，如驱动器和制动器等。
通过实时传输控制指令，可以实现对列车的精确控制和调节。
例如，在紧急情况下，可通过现场总线迅速刹车，确保列车安全停车。
2.3 列车通信网络现场总线技术可以用作列车内部的通信网络，实现各个设备之间的数据交换和共享。
通过现场总线技术，不仅可以实现列车的自动控制，还可以支持乘客信息系统、视频监控系统等功能的实现。
3. 现场总线在列车控制网络中的发展趋势3.1 高速传输随着列车控制网络对数据传输速度的要求越来越高，现场总线技术也在努力提高其传输速度。
例如，采用更高的通信频率和更快的数据传输协议，以满足对实时性的要求。
3.2 大容量支持随着列车控制网络中设备数量的增加，对现场总线技术的容量支持提出了更高的要求。
因此，现场总线技术需要能够支持更大的节点数量和更大的数据传输量。
3.3 高可靠性列车控制网络中对数据的传输可靠性要求非常高。
因此，现场总线技术需要提供更好的纠错和冗余机制，以保证数据的可靠传输和处理。
4. 现场总线应用的优势和挑战4.1 优势现场总线技术可以实现列车控制网络的高度集成和自动化。
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常熟理工学院电气与自动化工程学院《现场总线技术》课程论文题目：现场总线协议及应用姓名：学号：班级：指导教师：日期：1.现场总线的概念根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）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，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。
它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。
现场总线技术以其鲜明的特点和优点很快进入各个领域2.现场总线控制系统的结构及其特点国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取，它是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。
现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。
现场总线控制模式具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点，是工业自动化发展的趋势。
目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，较著名的有基金年现场总线FF、CAN现场总线、PROFIBUS现场总线、HART现场总线、LONWORKS现场总线等。
3.现场总线协议（1）基金会总线（FF)FF现场总线基金会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。
该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。
完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。
连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。
连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。
石油、天然气、石油化工、化工领域的项目数占FF总线全部项目数的44.9%，说明石化领域目前是FF总线最主要的应用领域。
（2）CAN总线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 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达 1 0km/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，使总线上的其它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它节点发送息，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。
目前已有多家公司开发生产了符合CAN协议的通信芯片，如Intel公司82527，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250等。
还有插在PC机上的CAN总线接口卡，具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。
（3）ProfibuProfibu是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。
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。
（4）LonWorkLonWork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Motorola、东芝Hitach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，其通讯速率从300bps至15Mbps 不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。
LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的芯片中并得以实现。
集成芯片中有3个8位CPU;一个用于完成开放互连模型中第 1～ 2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理 ;第二个用于完成第3～6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等;第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。
LonWoeks技术的不断推广促成了神经元芯片的低成本，而芯片的低成本又返过来促进了LonWorks技术的推广应用，形成了良好循环。
LonWorks公司的技术策略是鼓励各OEM开发商运用LonWorks技术和神经元芯片，开发自己的应用产品。
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、工业过程控制等行业。
为了支持LonWorks与其它协议和网络之间的互连与互操作，该公司正在开发各种网关，以便将LonWorks与以太网、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互连为系统。
另外，在开发智能通信接口、智能传感器方面，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。
（5）工业以太网工业以太网是西门子公司提出的一种基于以太网通讯的一种工业用的通讯模式。
它与其他的西门子通讯方式，比如MPI、DP总线等相比，显著的优越性是：速度快，稳定性高，抗干扰能力强，互联性和兼容性好，缺点可能就是它不菲的价格了，所以现在的某些工业环境下，推广的力度并不是很大。
工业以太网总线和我们现在使用的局域网是一致的，它采用统一的TCP/IP协议，避免的不同协议间通讯不了的困扰，它可以直接和局域网的计算机互连而不要额外的硬件设备，它方便数据在局域网的共享，它可以用IE浏览器访问终端数据，而不要专门的软件，它可以和现有的基于局域网的ERP数据库管理系统实现无缝连接，它特别适合远程控制，配合电话交换网和GSM，GPRS无线电话网实现远程数据采集，它采用统一的网线，减少了布线成本和难度，避免多种总线并存。
工业以太网总线正因为有诸多的优点，在国内外逐步得到了迅速的普及，现在已经有大量的配套产品在使用中。
如工业以太网HUB，工业以太网防火墙产，工业以太网关，以太网转RS232/RS485设备，以太网A/D模块，以太网D/A模块，以太网AI模块，以太网AO模块，以太网DI模块，以太网DO模块及复合功能模块。
工业以太网技术作为现场总线的技术优势主要有：➢应用广泛以太网是应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如VisualC++ 、Java、VisualBasic等都支持以太网的应用开发。
➢通信速率高目前，10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s（如西门子Profibus-DP）。
显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求。
➢资源共享能力强随着Internet/ Intranet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。
➢可持续发展潜力大以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投人，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。
同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。
工业以太网的应用现状与展望：虽然工业以太网在一些行业的应用上已经真正实现了一网到底，但对于另一些行业，现场总线和工业以太网将会并存多年。
现场总线和工业以太网是当前工业控制应用中普遍采用的两个技术。
虽然多种现场总线技术之间存在互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速实时数据传输，以及信息网络存在协议上的鸿沟等导致的“自动化孤岛”等问题。
但在控制网络中，网络故障的快速恢复、本质安全等问题依然是制约以太网全面应用的主要障碍。
因此，一般在设备层仍然广泛地采用了现场总线技术，而工业以太网应用主要集中在制造执行层与设备层之间。
这样既减少了用户的投资风险，又保护了用户的已有设备和技术投资。
可以预计，现场总线与工业以太网混存的状态还会持续相当长的时间。
不过，可以肯定的是，以太网已经成为工业现场不可逆转的“存在”。