现场总线控制系统
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。
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基于现场总线技术的控制系统，它可以实现现场设备和控制系统之间的数据交互和控制功能。
本文将对现场总线控制系统进行浅谈。
现场总线控制系统是由现场设备、总线网络、控制器和人机界面组成的。
现场设备包括各种传感器、执行器、开关等可以监测和控制现场的设备。
总线网络是连接各个现场设备和控制器之间的传输介质，可以传输数据和供电。
控制器是对现场设备进行控制的核心部分，它接收各个传感器的数据，并根据预定的逻辑进行控制操作。
人机界面则是与系统进行交互的部分，可以显示现场信息并接收用户的指令。
现场总线控制系统的优点之一是简化了系统的布线。
传统的控制系统中，每个设备都需要与控制器进行一对一的连接，需要大量的信号线。
而在现场总线控制系统中，所有的现场设备都通过总线网络连接到控制器，极大地减少了布线工作量。
总线网络还可以提供供电功能，不需要为每个设备单独提供电源。
现场总线控制系统还具有高可靠性和扩展性。
由于现场设备和控制器之间的连接是通过总线网络进行的，故障率较低。
总线网络可以支持多设备的接入，方便了系统的扩展和升级。
而传统的控制系统需要进行繁琐的系统改造才能满足新的需求。
现场总线控制系统还具有实时性好、易于监控、维护方便等优点。
总线网络可以提供实时的数据传输和控制指令，使得控制系统响应速度更快。
人机界面可以实时显示现场设备的工作状态，方便用户进行监控和控制。
总线网络还可以实现对系统的集中管理和维护，减少了故障排查和维修的时间和成本。
现场总线控制系统也存在一些问题。
总线网络需要有较高的带宽和可靠的通信性能，以支持大量的数据传输和设备接入。
由于总线网络上的设备较多，可能会产生较大的通信冲突，需要采取措施来解决。
由于总线网络对接的设备较多，系统的复杂性也增加了，需要有专业的人员进行维护。
现场总线控制系统是一种高效、可靠的控制系统，可以实现对现场设备的监测和控制。
虽然存在一些问题，但通过合理的设计和运维，现场总线控制系统可以发挥其优势，提高生产效率和系统可靠性。
第6章 现场总线控制系统
Type5 FF HES (H2)
其 它
HART适用于过程自动化领域的过渡性产品 LonWorks广泛应用于楼宇自动化、能源计量管理、交通运输等行业
CAN广泛应用于离散控制领域，如汽车内部测量与执行部件间的数据通信
7. 几个重要问题的分析
7.1 FCS与DCS的比较
FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流， 这已是业内人士和学术界的基本共识。 FCS在开放性、控制分散等诸多方面都优于传统DCS，代表着自动控制 系统的发展方向与潮流。 DCS则代表传统与成熟，DCS以其成熟的发展、完备的功能及广泛的应 用而占居着一个尚不可完全替代的地位。 ① 技术原因 影响FCS发展、制约FCS应用的原因主要有3方面：
H2（HSE）
PLC等其 它控制站
网桥
H1低速现场总线
Type1 FCS结构示意图
FF是Type1的一个子集。
主要应用于啤酒、食 品、农业和饲养业等 Type4 P－Net Type6 SwiftNet Type2 ControlNet Type3 ProfiBus Type7 WorldFIP Type8 InterBus Type1 IEC总线(H1)
2.现场总线的发展
（4）现场总线控制系统（FCS）正是顺应了上述的用户要求，采用了 现场总线这一开放的、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。因此，FCS 系统实质上是一种开放的、可以互连的、低成本的、 彻底分散的分布式控制系统。 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IEC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。与此同时，其他一些组织或机构（如WorldFip等）也开始从 事现场总线标准的制定和研究。
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。
第八章现场总线控制系统
Profibus-DP
PLC
从站
PLC
主站
采用主站之间的令牌传递和主从站之间的主、从通信方式。
令牌传递
Publisher
(z.B. Lichtgitter)
Slave
DP-从站 2
PROFIBUS
DP-Master
PROFIBUS-DP 1类主站
PROFIBUS
DP-Master
PROFIBUS-DP 2类主站
费用可节省40%左右
现场总线系统的优势
几点说明
现场总线技术是DCS技术的继承和发展，而不是对DCS的否定或取代。工业上已出现DCS与现场总线系统混合使用的控制系统。 。
现场总线的优点主要是仪表的智能化、网络化、控制的分散化等先进技术所带来的好处，而不单单是节省电缆。
现场总线不能解决企业自动化的所有问题，例如ESD、MES、ERP等等，而是作为底层网络与其它自动化装置一起更好地实现企业综合自动化。
现场总线标准的制订工作起步很早，各大集团公司意见不一，经多年争论，2000年颁布了涵盖多种规范的总线标准，2003年扩展为10种类型的现场总线。
>IEC 61158 的标准现场总线
Type1：IEC 61158 技术报告。
Type2：ControlNet，得到CI组织的支持。
Type3：Profibus，得到PNO组织的支持。
应用行规2
应用行规1
通信协议
传输特性
专用应用行规
通用应用行规（可选）
PROFIBUS DP-V0~V2
RS 485 (PROFIBUS DP)
IEC 61158-2 (PROFIBUS PA)
传输特性(物理层)的DP采用RS-485通信标准，PA采用IEC 61158-2(MBP)传输技术。通信协议(数据链路层):采用DP-V0~V2。应用行规说明各种设备的功能和行为，有通用和专用应用行规。
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
现场总线控制系统(FCS)发展前景展望
现场总线控制系统（FCS）发展前景展望现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是工业自动化领域中的一种重要技术，其发展前景广阔，正日益受到人们的关注。
以下是对FCS发展前景的展望。
一、背景介绍现场总线控制系统是一种用于工业过程控制的开放型、全数字化网络通信系统。
它将位于现场的各种自动化设备、仪器仪表、传感器等通过一根总线连接起来，实现设备间的信息交互和数据共享。
它具有现场设备分散、信息传输速度快、可扩展性强、可靠性高等优点，因此在石油、化工、电力、制药等许多行业得到了广泛应用。
二、概览随着科学技术的不断进步和工业自动化需求的不断增长，FCS在功能和性能上也不断得到提升。
未来的FCS将朝着更加高效、可靠、安全和智能化的方向发展。
同时，随着工业互联网的普及和发展，FCS将更好地与云计算、大数据、人工智能等先进技术进行融合，实现更加精准、高效、智能的工业过程控制。
三、价值分析FCS的价值不仅在于其技术优势，更在于其能够带来的经济效益和社会效益。
首先，FCS能够提高工业过程控制的精度和效率，减少能源浪费，降低生产成本。
其次，FCS能够提高产品质量和生产效率，增强企业的竞争力。
此外，FCS还能减少人员劳动强度，提高生产安全性和可靠性，改善企业的工作环境。
四、发展趋势1.技术创新未来，FCS将继续在技术创新方面进行探索和实践。
例如，采用更加先进的信号处理技术、通信协议和网络安全技术等，提高FCS的性能和可靠性；同时，探索适应不同工业过程的FCS解决方案，满足个性化的需求。
2.与工业互联网的融合工业互联网的普及和发展为FCS提供了更广阔的发展空间。
未来，FCS将更好地与工业互联网融合，实现各种数据的无缝集成和共享，优化生产流程，提高生产效率和质量。
同时，借助工业互联网平台，FCS可以实现远程监控和维护，提高系统的安全性和可靠性。
3.人工智能的应用人工智能技术的不断进步为FCS带来了新的发展机遇。
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指将设备和仪器连接在一起，通过数据传输实现对生产过程进行
监测、控制和管理的系统。
它是一种新型的控制系统，具有以下特点：
1. 高效性：现场总线控制系统采用数字化技术，可以实时监控生产过程，及时传递
数据，从而提高生产效率。
2. 可靠性：现场总线控制系统具有自动故障诊断和自我纠正的功能，能够及时发现
并解决问题，保证生产的连续性。
3. 灵活性：现场总线控制系统采用模块化设计，可以方便地进行功能扩展和设备更新，满足不同生产需求。
4. 系统化：现场总线控制系统将不同的设备和仪器统一管理，实现了全面的生产调
控和自动化。
5. 安全性：现场总线控制系统采用加密技术和密码保护措施，保证了生产数据的安
全和可靠性。
现场总线控制系统主要由以下几个部分组成：
1.现场控制器（PLC）：负责控制现场的设备和仪器，并根据预设程序执行生产过程控制。
2.现场仪器和设备：如传感器、执行器、电机等，向PLC传输相关的生产数据，实现
生产过程的监测和控制。
3.现场总线：负责传送数据和指令，将PLC与现场仪器和设备连接在一起，实现生产
过程的自动化控制。
4.上位机和监控系统：负责接收和处理从现场总线传输过来的数据，可以实现远程监
测和控制等功能。
现场总线控制系统通过数字化技术的运用，实现了生产过程的自动化控制和高效管理。
它可以提高生产效率，减少人力成本，改善生产环境和增强生产安全等方面的成果。
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集中控制和监测设备的技术，它是通过网络连接各种设备和控制器，实现对设备的远程控制和监测。
浅谈现场总线控制系统，不得不说它在工业自动化领域扮演着极其重要的角色。
随着科技的不断进步和互联网的普及，现场总线控制系统已经逐渐成为工业自动化的主流技术之一。
一、现场总线控制系统的概念现场总线控制系统是一种数据通信系统，它起源于20世纪90年代初期，广泛应用于制造业、工厂自动化、楼宇自控等领域。
它通过将各种设备和传感器连接在一起，实现了设备之间的实时通信和数据交换。
这种技术的出现大大提高了工业设备的控制效率和监测能力，使得工业生产更加智能化和自动化。
现场总线控制系统的核心思想是将所有设备和传感器连接起来，形成一个网络，通过网络传输数据和命令，实现设备之间的协调工作。
它实现了对各种设备的远程控制和监测，从而提高了工业生产的效率和品质。
现场总线控制系统通常由控制器、传感器、执行器和网络组成，它们共同构成了一个完整的控制系统。
1. 实时性强：现场总线控制系统可以实现设备间的实时通信和数据交换，从而保证了控制系统的实时性。
在工业生产中，时间就是金钱，能够及时响应和处理各种事件对于提高生产效率至关重要。
2. 灵活性高：现场总线控制系统可以随着工业生产的需求进行灵活的扩展和调整，无需改变原有的设备和布线，能够快速适应工业生产的变化和更新。
3. 信息量大：通过现场总线控制系统，可以实现对各种设备和传感器的数据采集和监测，得到大量的生产信息。
这些信息对于分析生产过程、预测设备故障、优化生产流程等都有重要意义。
4. 可靠性高：现场总线控制系统的网络连接稳定可靠，能够保证设备之间的数据传输和命令控制的可靠性，降低了系统运行的风险。
5. 节能环保：现场总线控制系统可以实现对工业设备的精细化控制，从而节约能源和资源，降低环境污染，符合可持续发展的理念。
现场总线控制系统在工业生产中有着广泛的应用，它可以用于各种生产场景和设备控制。
现场总线控制系统(FCS)
现场总线控制系统（FCS）随着复杂过程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换以及对精度、可靠性、管控一体化都提出了更新、更高的要求。
现有的DCS已不能满足这些要求；况且现有的DCS具有诸如控制不能彻底分散、故障相对集中、系统不彻底开放、成本较高等缺点。
于是通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信号系统，从而产生了新一代的控制系统FCS。
1、智能传感器和现场总线是组成FCS的两个重要部分FCS用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。
智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，使大量信息处理就地化，减少了现场仪表与主控站之间的信息往返，降低了对网络数据通信容量的要求。
经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理(主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等)，使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性和容偌能力。
这样FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能更好地体现DCS中的'信息集中，控制分散'的功能，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
以现场总线技术为基础，以微处理器为核心，以数字化通信为传输方式的现场总线智能传感器与一般智能传感器相比，需有以下功能：共用一条总线传递信息，具有多种计算、数据处理及控制功能，从而减少主机的负担。
取代4-20mA模拟信号传输，实现传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力。
采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换。
系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性。
接口标准化，具有'即插即用'特性。
现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线组成FCS的两个重要部分，将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。
现场总线控制系统
3.现场总线的本质含义
（1）现场通信网络
将过去点到点的模拟量的传输或开关量信号的单向 并行传输变为多点一线的双向串行数字式传输。
（2）现场设备互连
现场设备是指位于现场的传感器、变送器和执行器
等。这些现场设备可以通过现场总线在现场实现互连， 相互交换信息。而在DCS控制系统中，这些设备是无法直 接交换信息的。
全数字化信号传输 全分散式的控制结构 现场总线仪表的互操作性
5.现场总线的分类
低速：FF-H1、HART、ASI 中速：Profibus、FMS/DP、LON、CAN 高速：FF-HSE、EPA
现场总线的中继器和终端器
T——终端器：防止信号失真及终端产生反射波
T T
S
S
M
R
R——中继器：用于扩展现场总线段
每台现场总线数字仪表都是一台微处理器，既有CPU、 内存和通信等数字信号处理，还有非电量的检测、变 换和放大等模拟信号的处理。
现场总线数字仪表安装在现场，而且工作环境十分恶 劣，常处于易燃易爆的场合，所以必须提供总线供电 的本质安全，这就要求集成电路的体积小、功能全、 可靠性高和耗电少。 现场总线仪表分布于生产现场，网络节点具有互换性 和互操作性，这就要求采用先进的网络技术和分布式 数据库技术。
过程控制站 PLC or PC 数字 信号 数据采 集设备 (A/D) 数据输 出设备 (D/A) 工程师/操作员站
模拟 信号
压 力 表
DCS模型中，现场设备之间一般是 不能直接通信的，控制（软件）模 块在过程控制站中。现场传感器将 信号传入过程控制站，过程控制站 根据预先编制好的控制程序计算输 出，再发送到执行器，从而实现控 制。
3.现场总线的概念
浅谈现场总线控制系统
浅谈现场总线控制系统随着科技的不断发展，现场总线控制系统在工业自动化中扮演着越来越重要的角色。
现场总线控制系统是指一种基于数字通信技术的控制系统，它通过在工业现场设备之间建立通信网络，实现数据的传输和控制指令的下发，从而实现对生产过程的监控和控制。
本文将从现场总线控制系统的基本原理、应用场景以及发展趋势等方面进行较为详细的介绍。
现场总线控制系统的基本原理现场总线控制系统的核心是现场总线，在现场总线控制系统中，各种工控设备如传感器、执行器、控制器等通过现场总线相互连接，形成一个统一的数据通信网络。
通过这个网络，工业自动化系统可以实现对各种设备的数据采集、信息传输和控制指令的下发。
1. 数据采集：现场总线控制系统可以通过各种传感器对现场设备的参数进行实时采集，比如温度、压力、流量等数据。
2. 数据传输：采集到的数据通过现场总线进行传输，可以实现远程监控和实时数据的传输。
3. 控制指令下发：控制器可以通过现场总线向执行器下发控制指令，实现对设备的控制。
现场总线控制系统在工业自动化中有着广泛的应用，下面我们来看一下它的主要应用场景：1. 工厂自动化：工厂中有大量的生产设备，通过现场总线控制系统可以实现这些设备之间的数据通信和控制指令的下发，提高生产效率和灵活性。
2. 过程控制：在化工、制药等行业，生产过程中的各种参数需要实时监控和调节，现场总线控制系统可以很好地满足这种需求。
3. 智能建筑：现场总线控制系统可以用于智能建筑中的空调、照明、安防等设备的智能控制，提高能源利用效率和舒适度。
4. 车辆控制：在交通运输领域，现场总线控制系统可以用于车辆的自动控制和智能交通系统。
以上只是现场总线控制系统的一些应用场景，随着技术的发展和行业的需求，它的应用领域还在不断扩展和深化。
随着工业自动化的普及和技术的不断进步，现场总线控制系统也在不断发展和完善，主要体现在以下几个方面：1. 通信技术的进步：随着通信技术的发展，现场总线控制系统的通信速度、稳定性、抗干扰能力等都得到了很大提升，可以更好地满足工业生产的需求。
21 现场总线控制系统-
网络通信技术的发展> 现场总线的含义> 现场总线的特点
二、几种流行的现场总线
三、现场总线控制系统的体系结构
四、DeltV系统 四、DeltV系统
主要知识点
现场总线的产生、含义及特点 几种流行的现场总线 现场总线控制系统的体系结构 DeltV系统简介
一、现场总线的产生、含义及特点
> 现场总线的产生
一、过程控制仪表发展过程的简单回顾
基地式仪表（现场仪表） 基地式仪表（现场仪表） 测量显示、控制、执行组合成一个整体，成套性强 测量显示、控制、执行组合成一个整体， 单元组合仪表（积木仪表） 单元组合仪表（积木仪表） 气动单元传输慢，延迟大； 气动单元传输慢，延迟大；电动单元速度快但监控困难 计算机直接数字控制系统－ 计算机直接数字控制系统－风险集中 集散控制系统－自动化孤岛，电缆消耗量大， 集散控制系统－自动化孤岛，电缆消耗量大，安装维护费用 高
现场总线控制系统FCS是继 是继DCS之后出现的新 现场总线控制系统 是继 之后出现的新 一代控制系统，它代表的是一种数字化网络到现场、 一代控制系统，它代表的是一种数字化网络到现场、 控制管理到现场的发展方向。 将要取代DCS， 控制管理到现场的发展方向。FCS将要取代 将要取代 ， 或者说DCS已在吸纳 已在吸纳FCS。总之，FCS已经成为当 或者说 已在吸纳 。总之， 已经成为当 今世界范围内自动控制系统的热点。 今世界范围内自动控制系统的热点。
二、现场总线产生的两个要素
智能变送器的出现 1983年，Honeywell推出了智能化仪表－ST3000智能变送器， 这些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上 增加了复杂的计算功能之外，还在输出的4～20mA直流信号 上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号 过渡到数字信号。
《现场总线控制系统》课件
结论
1 现场总线控制系统是未来工业化发展的趋势，具有广阔的应用前景。 2 它在工业控制、农业自动化和环境监测等领域发挥着重要作用。
特点
现场总线控制系统具有实时性好、稳定性高、故障诊断方便等特点，可实现高效的工业控制。
应用领域
现场总线控制系统广泛应用于工业控制、农业自动化和环境监测等领域，推动着工业化的发 展。
现场总线控制系统的体系结构
总线结构
现场总线控制系统 通过总线结构将控 制器和仪器设备连 接在一起，实现数 据交互和控制指令 下达。
数据传输
2
集仪器设备的数据，包括温度、压力 等。
采集到的数据通过总线结构传输到控
制器，确保数据的实时性和准确性。
3
控制指令下达
控制器根据采集到的数据进行逻辑判
断，并下达相应的控制指令，控制仪
故障处理
4
器设备的运行。
现场总线控制系统能够及时诊断和处 理发生的故障，确保系统稳定运行。
现场总线控制系统的优势和不足
现场总线控制系统在未来的发展
1 无线化
2 分布式控制
随着无线通信技术的发 展，现场总线控制系统 将向无线化方向发展， 提高灵活性和可扩展性。
分布式控制是现场总线 控制系统未来的趋势， 将更多的控制功能分散 到仪器设备中。
3 大数据分析
现场总线控制系统将借 助大数据技术，对大量 的数据进行分析和处理， 提供更智能化的控制策 略。
《现场总线控制系统》 PPT课件
现场总线控制系统是未来工业化发展的趋势，它是一种用于自动化控制和数 据传输的先进技术。本课件将介绍现场总线控制系统的定义、特点、应用领 域以及其优势和不足。
什么是现场总线控制系统？
定义
现场总线控制系统应用实例
现场总线控制系统应用实例一、引言现场总线控制系统是一种基于计算机网络技术的自动化控制系统，它通过将各种现场设备与控制系统连接起来，实现数据传输和控制指令的交互。
它广泛应用于工业生产、楼宇自动化、交通运输等领域，提高了生产效率和自动化程度。
本文将以几个实际应用案例为例，介绍现场总线控制系统在不同领域的应用情况。
二、工业生产领域1. 汽车制造工厂汽车制造工厂是一个典型的工业生产场景，其中各种机械设备、传感器和执行器需要进行数据交互和控制。
现场总线控制系统在汽车制造工厂中的应用可以实现设备的远程监控和控制，提高生产线的自动化程度和生产效率。
例如，通过现场总线系统可以实时监测机械设备的运行状态和温度，及时采取措施防止故障发生。
同时，通过控制指令可以远程控制设备的启停和调整参数，提高生产线的灵活性和适应性。
2. 石油化工厂石油化工厂是一个复杂的工业生产场景，涉及到各种化工设备、管道和控制系统。
现场总线控制系统在石油化工厂中的应用可以实现设备的集中监控和控制，提高生产过程的安全性和稳定性。
例如，通过现场总线系统可以实时监测管道的压力和流量，及时发现异常情况并采取措施。
同时，通过控制指令可以远程控制设备的开关和调整工艺参数，提高生产效率和产品质量。
三、楼宇自动化领域1. 商业综合体商业综合体是一个集购物、娱乐、办公于一体的大型建筑群，其中涉及到多个子系统的控制和管理。
现场总线控制系统在商业综合体中的应用可以实现各个子系统的集中控制和监测，提高楼宇设施的管理效率和能源利用率。
例如，通过现场总线系统可以实时监测楼宇的温度、湿度和照明情况，根据需求自动调整空调和照明设备的工作状态，节约能源并提供舒适的室内环境。
2. 医院建筑医院是一个复杂的建筑群，涉及到多个科室、楼层和设备的控制和管理。
现场总线控制系统在医院建筑中的应用可以实现科室设备的集中控制和监测，提高医院的运行效率和服务质量。
例如，通过现场总线系统可以实时监测病房的温度和湿度，自动调整空调设备的工作状态，提供舒适的病房环境。
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。
现场总线控制系统(FCS)
现场总线控制系统(FCS)现场总线控制系统是继DCS之后的又一种新型工业控制系统，它的出现带来了工业控制领域的一场深刻革命。
现场总线代表一种突破意义的控制思想，改变了原有控制体系结构，使模拟与数字混合的DCS更新换代为全数字现场总线控制系统，真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。
1. 应用现状现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。
目前已开发出40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、Modbus、ARCent、P-Net、FIP、ISP等，其中最有影响力的有5种，分别为FF、Profibus、HART、CAN、LonWorks，如表所示。
FCS全数字化通信使过程控制具有更高可靠性，从传感器、变送器到调节器，均为数字信号，这就使得复杂、精确的信号处理得以实现。
因采用数字总线式通信线路代替DCS 1对1的I/O连线，对于大规模I/O系统，减少了由连线带来的不可靠，同时也降低了布线成本。
此外FCS还具有互操作性、分散性、EIC(电气传动、仪表、计算机)一体化等优点。
在由现场总线构成的FCS中，仪表实际上已成为具有综合功能的智能仪表。
EIC一体化结构恰恰是钢铁工业自动化用得较多而又急需的控制系统结构。
2. 现场总线存在的不足现场总线是一种正在发展中的技术，在许多方面还需改善。
IEC 61158规定了FF、Profibus、WorldFIP等8种现场总线标准，还有一些事实上的标准，如LonWorks和CAN总线等。
现有8种现场总线为国际标准，它们采用的通信协议完全不同，因此要实现这些总线的兼容和互操作十分困难。
许多标准的并存，将导致现场总线技术不易广泛应用。
现场总线还存在着瓶颈问题，表现在：(1)总线切断后，系统有可能产生不可预知的后果；(2)在本安防爆应用中，现有防爆规定限制总线长度和总线上所挂设备数量，同时也限制了现场总线节省线缆优点的发挥；(3)系统组态参数过于复杂，不易掌握，而其设定的好坏对系统性能影响很大。
现场总线控制系统
现场总线控制系统现场总线控制系统 (Fieldbus Control System，FCS)。
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，其定义了硬件接口和通信协议的标准，是自动化领域内的局域网。
现场总线不仅是当今4C技术发展的结合点，也是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术发展的交汇点。
现场总线控制系统用新一代的现场总线技术改进、完善或部分代替传统的DCS系统实现智能仪表、现场设备、通信网络和控制系统的集成。
由于现场总线系统采用了总线控制和智能现场设备，可以把DCS系统中位于控制室的输入输出模块、控制模块等转入现场设备，能够不依赖控制室计算机，直接在现场完成控制。
目前控制系统行业主要有五种现场总线技术：基金会现场总线、LonWorks 总线、Profibus现场总线、HART总线和CAN总线。
现场总线系统具有以下特点:(1).系统分散性程度高。
现场总线系统已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构，从根本上改变了现有DCS集中与分散结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统的可靠性。
(2).互操作性和互用性。
互操作性是指现场总线系统实现了互连设备间、系统间的信息传送和沟通；互用性是指不同的生产厂家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。
现场总线系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，依靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并能随时实时诊断现场设备的运行状态。
(4).统一开放性。
现场总线系统将微机处理器转入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，信号传输精度高，远程传输。
实现信号传输全数字化、控制功能分散、标准统一全开放。
由于现场总线系统以上特点，特别是系统结构的简化使现场总线系统从设计、安装、调试到正常生产运行及检修维护，都体现出其他控制系统无法比拟的优越性。
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现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020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]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、、Foundation、、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 worldshould 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 ofconveying 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151引言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。
经历了十几年的时间，现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化工、电力、楼宇自控等各个控制领域。
现场总线控制技术由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的PLC点对点接线的控制方法。
现场总线技术的控制系统（Fieldbus Control System-FCS）是以现场总线为基础发展起来的全数字控制系统。
实际上就是以现场总线技术为核心，以基于现场总线的智能I/O 或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。
现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种机控制领域的总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。
当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS至今的FCS（Fieldbus Control System）系统,已被称为第五代过程控制系统。
而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。
现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。
由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前，在现场总线网络互联都是遵守OSI模型。
2 现场总线控制系统现场总线控制系统体系结构现场总线控制系统FCS是以现场总线为基础的开放式、全数字式的控制系统。
它通常由以下3部分组成：现场智能仪表、控制器；现场总线系统；监控、组态计算机。
其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上，故现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中枢。
与此同时，组态技术包含有系统组态、数据库组态及控制算法组态，生成的参数及算法不仅可以在控制器中运行，还可以在远程I／O或智能设备上运行。
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；通信媒体安装费用较低。
现场总线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。
其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。
其总线接口，有时可以称为扫描器。
可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。
总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。
总线接口的缺省地址通常设为"0"电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必须的。
通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线电源。
而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。
图1现场总线控制系统体系结构如图1所示，最底层的Infranet控制网即FCS，各控制器节点下放分散到现场，构成一种彻底的分布式控制体系结构，网络拓扑结构任意，可为总线形、星形、环形等，通讯介质不受限制，可用双绞线、电力线、无线、红外线等各种形式。
FCS形成的Infranet控制网很容易与Intranet企业内部网和Internet全球信息网互连，构成一个完整的企业网络三级体系结构。
现场总线控制系统的特点第一，FCS 的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器都采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连;第二，FCS 的系统结构是全分散式，FCS 废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把DCS 控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制;第三，FCS 的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS 控制层的封闭性和专用性;第四，FCS 的通信网络为开放式互连网络，既与同层网络互连，也可与不同层网络互连，用户可极其方便地共享网络数据库;第五，FCS 的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使用，从总线标准、产品检验到信息发布全是公开的，面向世界任何一个制造商和用户。
现场总线控制系统的关键要点（1）现场总线控制系统的核心是现场总线协议，即现场总线标准一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。
就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。
用现场总线在控制现场建立一条可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。
（2）现场总线控制系统的基础是数字智能传感器数字智能传感器是FCS 系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
（3）现场总线控制系统的实质是信息处理现场化无论采用什么类型控制系统，系统需要处理的信息量至少是一样多的。
实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。
现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。
这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。