现场总线技术概述
第1讲现场总线技术概述
1.3.1 基金会现场总线
前身为以Fisher-Rousemount公司为首，联合 Foxboro、横河、ABB、西门子等公司的ISP协议， 以及以Honeywell为首的P协议，合并后 成立现场总线基金会； 以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、 数据链路层、应用层，并增加用户层； 分低速H1(31.25Kbps,距离1900m)和高速 H2(1Mbps,750m和2.5Mbps,500m)两种通信速率； 介质支持双绞线、光缆和无线发射，传输信号采用 曼彻斯特编码
现场总线有两种编码方式：Manchester和NRZ， 前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。 前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介 质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。
10
现场总线概述
1.1.8 现场总线网络的实现 数据链路层
分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。 MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进 行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是 主站，也可以是从站。 MAC层的三种协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协 议。
介质、拓扑结构、节点数等
网络性能
传输速率、时间同步准确度、访问控制方式等
测控系统应用考虑 市场及其他因素
21
现场总线概述
1.3 现场总线简介 1.3.1 基金会现场总线(FF) 1.3.2 PROFIBUS 1.3.3 LonWorks 1.3.4 CAN
1.3.5 HART
22
现场总线概述
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号
DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号
现场总线技术及其应用
增强可维护性
现场总线设备具有自诊断和远程诊断功能， 方便维护和故障排除。
优化系统性能
现场总线技术可以实现分布式控制，优化了 系统性能，提高了生产效率。
02
现场总线技术分类与特点
分类方式及标准
按照国际标准分类
分为基金会现场总线（FF）、PROFIBUS、CAN总线等。
在能源与电力领域，现场总线技术将助力实现能源的高效 利用和电力的稳定传输，提高能源利用效率。
医疗与健康领域
现场总线技术也可在医疗与健康领域发挥重要作用，如实 现医疗设备的远程监控和维护，提高医疗效率和服务质量 。
技术创新与突破建议
加强基础研究
加大对现场总线技术的基础研究 力度，推动理论创新和技术突破
PROFIBUS总线
是一种广泛应用于工业自动化领域的 现场总线技术。它支持多种传输速率 和传输距离，并具有高可靠性和实时 性。
不同现场总线技术的比较
传输速率
不同现场总线技术的传输速率 不同，需要根据实际应用需求
选择合适的传输速率。
传输距离
不同现场总线技术的传输距离 也不同，需要根据实际应用需 求选择合适的传输距离。
无线化与智能化
无线现场总线技术将逐渐普及，实现设备间无线通信，降低布线成本，提高系统灵活性。 同时，智能化现场总线技术将进一步提高设备的自适应性、自诊断能力和远程监控能力。
标准化与互操作性
现场总线技术将更加注重标准化和互操作性，以实现不同厂商设备之间的无缝集成，降低 系统维护和升级成本。
面临的挑战与问题分析
定义：现场总线是一种用于工业 自动化领域，在现场设备之间实 现通信和控制，以及与上级控制 系统进行信息交互的通信技术。
现场总线技术
FF
• 支持单位:现场总线基金会(FisherRosemount等100多家公司)。
• 标准:IEC61158;IEC61784。 • 应用领域:流程工业及其它工业控制。 • 使用情况:已有试点工程投入运行。 • 多家生产各种有FFH1接口的产品，
现场总线标准
• FF • ControlNet • Profibus • P-NET • FFHSE • SwiftNet • WorldFIP • INTERBUS
FFHSE
• 支 持 单 位 : 现 场 总 线 基 金 会 (FisherRosemount等100多家公司)。
• 准 :IEC61158;IEC61784;IEC611313;IEEE80 和 RFC894 的 工 业 标 准 以 太 网;IETF(互联网管理任务要点)。
WorldFIP
• WorldFIP世界工厂仪表协议支持单位: 法国Alstom公司(原Honeywell公司为 北 美 参 加 单 位 ， 后 与 FF 合 并 ) 。 标 准 :IEC61158;IEC61784;EN50170(F IP为法国国家标准)。
• 应用领域:电力工业、铁路交通、工业控 制、楼宇自动化。
可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
·IEC支持，开放性好，可互操作性好it/s; ·支持本质安全防爆; ·有数据链路网桥连接与HSE相连。
Profibus
• Profibus-DP • Profibus-PA • Profibus-FMS
Profibus-DP
现场总线系统安全规范
功能块与设备描述规范
• 现场设备信息格式及功能描述规范 称为”行规”(Profile), 行规可有效 实现各种现场设备应用层互联。
现场总线技术概述
二、几种典型的现场总线介绍
WorldFIP 传输媒体可以是屏蔽双绞线或光纤。 传输速率为： 31.25K bps用于过程控制；1M bps 用于加工制造系统；2.5M bps用于驱动系统。 标准速率为1M bps，使用光纤时最高速率可达5M bps。 目前WorldFIP的总线产品有法国Schneider公司的 Modicon-TBXplc系统；ALSTHOM公司的S－900 SCADA系统等。
二、几种典型的现场总线介绍
PROFIBUS现场总线 PROFIBUS有三个部分组成：
PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）：主要 是用来解决车间级通用性通讯任务。可用于大范围和复杂的 通讯。总线周期一般小于100ms。 PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）：经过优化的 高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与 分散的I/O设备级之间进行通信使用的。总线周期一般小于 10ms。 PROFIBUS-PA（Process Automation）：专门为过程自 动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线 上，甚至在本质安全领域也可接上。根据IEC1158－2标 准，PROFIBUS-PA用双绞线进行总线供电和数据通信。
第一章 现场总线技术概述
主要内容
第一节 现场总线的产生 第二节 现场总线的概念及分类 第三节 现场总线的特点和优点 第四节 现场总线标准的制定 第五节 现场总线的现状
第一节 现场总线的产生
在过程控制领域： 从20世纪50年代至今的信号标准：4-2OmA （0-5V）的 模拟信号。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，进行 集中式控制处理。 20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，嵌入到 各种仪器设备，形成分布式(DCS)控制系统。
现场总线助力工业ppt课件
第四次 工业革命
解放“师” 机器替代部分 可创造性劳动
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0 工业发展史的解放人的工作程度
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0
时间轴 8
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
机械化
第二次 工业革命
机械化电气化
第三次 工业革命
电气化自动化
第四次 工业革命
复杂程度
自动化智能化
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1800
从工业 1.0 到工业 4.0
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2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能工厂：
有四大关键点：
一是要连接所有网络以拿到数据。
二是要有智能机器。
三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传 送到 智能终端上。
四是分析，得到数据后从中抓取出应用趋势来，提高设备状态的 检测和预测水平。
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三.现场总线助力工业4.0之智能工厂
5
二、工业4.0概述
2.1 什么是工业4.0？ 2.2 工业发展史 2.3 工业4.0架构
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2.1 什么是工业4.0
工业4.0是德国政府推行的“新一轮智能 工厂计划”，是以智能制造为主题的第 四次工业革命。
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2.2 工业发展史
第一次 工业革命
现场总线技术简介
演讲人
目录
0现场总线技术的概念
现场总线技术的定义
1
2
3
4
现场总线技术是一种 用于工业自动化领域
的网络通信技术
现场总线技术可以 实现设备之间的实 时数据交换和监控
现场总线技术可以 应用于各种工业控
制系统和设备中
现场总线技术可以 提高生产效率和降
Modbus等。
建筑自动化现场总线：用于建筑自动化 和控制系统的现场总线技术，如 LonWorks、BACnet等。
汽车电子现场总线：用于汽车电子控制 系统的现场总线技术，如CAN、LIN等。
智能家庭现场总线：用于智能家庭控制 系统的现场总线技术，如KNX、 ZigBee等。
现场总线技术的优缺点
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化：用于控制和监测工业 生产过程
交通自动化：用于控制和监测交通 设施，如交通信号灯、交通监控等
楼宇自动化：用于控制和监测楼宇 设备，如照明、空调、安防等
医疗自动化：用于控制和监测医疗 设备，如医疗仪器、医疗监控等
现场总线技术的分类
现场总线技术的种类
工业现场总线：用于工业自动化和控制 系统的现场总线技术，如Profibus、
优点：实时性好，传输速度快，可靠性高，易于维护和扩展
02
缺点：成本较高，需要专门的硬件和软件支持，兼容性较差
03
适用场景：工业自动化、智能建筑、智能交通等领域
04
发展趋势：随着技术的不断发展，现场总线技术将更加智能化、集成化和网络化。
谢谢
低生产成本
现场总线技术的特点
01 实时性：现场总线技
术可以实现实时数据 传输，满足工业控制 对实时性的要求。
现场总线技术
9.4.2 现场总线技术现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90年代现场总线技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
1．什么是现场总线技术从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。
而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。
数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。
现场总线技术就是将微处理器芯片嵌入到位于控制现场的检测仪表和执行机构中，使这些设备都具有了智能化的运算和通信能力，能成为独立承担各种检测、控制和通信任务的网络节点。
采用可进行简单连线的双绞线等传输途径作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，使得位于现场的多个测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而形成了各种适应实际需要的新型的自动控制系统。
传统控制系统的接线方式是并联接线方式，从可编程控制器（PLC）控制各个电器元件，每一个元件对应有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。
当PLC 所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护也十分不便。
为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。
因而这根线自然而然地成了总线，就如计算机内部的总线概念一样。
由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场总线。
现场总线技术概念
现场总线技术概念1.现场总线技术目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。
其中，”生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类。
或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
2.现场总线技术产生的意义（1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4- 20mA/24VDC 信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
（2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC 信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的”信息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。
（3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
在CIMS 系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
3.基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统基于现场总线技术的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统如图所示：图：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统4.基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点（1）增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS 系统的信息集成要求。
现场总线是数字化。
面向智能制造现场总线技术的创新应用
面向智能制造现场总线技术的创新应用智能制造作为现代制造业的发展趋势，其核心在于通过高度自动化和智能化的生产方式，提高生产效率、降低成本、提升产品质量。
现场总线技术作为智能制造系统中的关键技术之一，它通过将传感器、执行器、控制器等设备通过数字通信网络连接起来，实现设备间的信息交换和协同工作。
本文将探讨面向智能制造的现场总线技术的创新应用，分析其在智能制造领域的重要作用和发展趋势。
一、智能制造现场总线技术概述智能制造现场总线技术是指在智能制造系统中，用于连接和控制现场设备的数据通信技术。
它能够实现设备间的高速、可靠、实时的数据传输，是智能制造系统实现自动化、智能化的基础。
现场总线技术的核心价值在于其能够支持多种设备和系统的集成，提供灵活的网络拓扑结构，以及强大的数据处理和分析能力。
1.1 现场总线技术的核心特性现场总线技术的核心特性包括实时性、可靠性、开放性和互操作性。
实时性是指现场总线能够保证数据传输的及时性，满足智能制造过程中对时间敏感性的要求。
可靠性则是指现场总线在各种工业环境下都能稳定运行，保证数据传输的准确性和完整性。
开放性意味着现场总线技术能够支持多种设备和协议，易于扩展和升级。
互操作性则是指不同品牌和型号的设备能够通过现场总线技术无缝连接和协同工作。
1.2 现场总线技术的应用场景现场总线技术在智能制造中的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 自动化生产线：现场总线技术可以连接生产线上的各种传感器、执行器和控制器，实现生产过程的自动化控制。
- 机器人协同作业：通过现场总线技术，可以实现多台机器人之间的协同作业，提高生产效率和灵活性。
- 能源管理：现场总线技术可以用于监控和控制工厂的能源消耗，实现能源的优化配置和节能减排。
- 质量控制：现场总线技术可以实时收集生产过程中的数据，用于产品质量的监控和分析，提高产品质量。
二、智能制造现场总线技术的创新应用随着智能制造技术的不断发展，现场总线技术也在不断创新和升级，以适应智能制造的新需求。
现场总线技术概述
现场总线技术概述现场总线技术（Fieldbus）是指在工业自动化系统中，用于连接现场设备和控制系统的一种通信协议和架构。
它通过将数据和控制命令从控制系统传输到现场设备，并将现场设备反馈的数据传输回控制系统，实现实时监控和控制。
现场总线技术的发展起源于20世纪80年代，旨在解决传统控制系统中布线复杂、成本高昂、可靠性低等问题。
与传统控制系统相比，现场总线技术具有可编程、分布式、开放性强等优点，是实现工业自动化和智能化的重要手段之一现场总线技术的核心是通信协议，常见的现场总线协议包括Profibus、Modbus、FOUNDATION Fieldbus、DeviceNet等。
这些协议定义了数据格式、通信速度、错误检测和纠正等通信规范，保证了不同设备之间的互通性和稳定性。
现场总线技术的架构通常由控制层、总线层和现场设备层组成。
控制层包括控制器和上位机，负责发送控制命令和接收反馈数据；总线层是控制器与现场设备之间的通信介质，包括总线线缆、连接器和信号转换设备；现场设备层包括传感器、执行器等各种设备，负责感知和执行现场操作。
现场总线技术在工业自动化中的应用广泛，涵盖了各个行业和领域。
它可以实现对现场设备的远程监控和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。
同时，现场总线技术还可以对现场设备进行参数配置和诊断，减少了故障排除时间和维护成本。
然而，现场总线技术也存在一些挑战和限制。
首先，不同的现场总线协议之间，通常不能直接互联互通，需要通过网关或转换器进行数据的转换和交换。
其次，现场总线技术对硬件设备的要求较高，需要选择与总线兼容的设备进行接入。
此外，现场总线技术的通信速度相对较慢，对于一些对实时性要求较高的应用场景可能不够满足。
总的来说，现场总线技术是工业自动化领域的重要技术和工具，具有广泛的应用和发展前景。
随着工业互联网的兴起，现场总线技术将继续推动工业自动化向智能化、高效化的方向发展。
现场总线技术在机器人领域的集成应用
现场总线技术在机器人领域的集成应用现场总线技术作为一种高效的数据通信手段，已经在工业自动化领域得到了广泛的应用。
随着机器人技术的快速发展，现场总线技术在机器人领域的集成应用也日益受到重视。
本文将探讨现场总线技术在机器人领域的集成应用，分析其在提高机器人系统性能、增强系统灵活性和降低成本方面的优势。
一、现场总线技术概述现场总线技术是一种用于工业自动化领域的数字通信协议，它允许多个设备在同一总线上进行数据交换。
这种技术的出现，极大地提高了工业自动化系统的通信效率和可靠性。
现场总线技术的核心特性包括实时性、可靠性、开放性和互操作性。
1.1 现场总线技术的核心特性现场总线技术的核心特性主要体现在以下几个方面：- 实时性：现场总线技术能够保证数据传输的实时性，满足工业自动化系统对快速响应的需求。
- 可靠性：现场总线技术采用了多种错误检测和纠正机制，确保数据传输的准确性和系统的稳定运行。
- 开放性：现场总线技术遵循开放的标准，不同厂商的设备可以在同一总线上无缝通信。
- 互操作性：现场总线技术支持多种设备和系统之间的互操作，便于系统集成和扩展。
1.2 现场总线技术的应用场景现场总线技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 传感器和执行器的连接：现场总线技术可以将传感器和执行器连接到同一个网络，实现数据的实时采集和控制。
- 控制器和监控系统的集成：现场总线技术可以将控制器和监控系统集成到同一个网络，实现集中监控和控制。
- 机器人系统的通信：现场总线技术可以用于机器人系统的内部通信，提高机器人系统的协调性和灵活性。
二、机器人领域的集成应用随着机器人技术的不断发展，现场总线技术在机器人领域的集成应用越来越受到重视。
这种技术的应用，不仅可以提高机器人系统的通信效率，还可以增强系统的灵活性和可靠性。
2.1 现场总线技术在机器人控制系统中的应用现场总线技术在机器人控制系统中的应用主要体现在以下几个方面：- 控制器与机器人本体的通信：通过现场总线技术，控制器可以实时地向机器人本体发送控制指令，同时接收机器人本体的状态信息。
《现场总线技术大全》课件
用于自动化系统的管理和维护，支持设备的远程监控、故障诊断、资 产管理等功能。
软件应用的选择
01
根据实际需求选择合适的软件应用，需要考虑软件的功能、性 能、易用性、兼容性等方面。
02
根据自动化系统的规模和复杂度选择相应的软件应用，以满足
系统的监控、控制和优化需求。
在选择软件应用时，还需考虑软件供应商的技术支持和服务质
硬件设备的性能和可靠性直接影 响到整个现场总线系统的稳定性
和可靠性。
随着技术的发展，硬件设备的种 类和功能越来越丰富，为现场总 线技术的应用提供了更多的可能
性。
常见的硬件设备
传感器
用于采集现场的各种物理量， 如温度、压力、流量等，是实
现自动化检测的关键设备。
执行器
用于控制现场设备的动作，如 阀门、电机等，是实现自动化 控制的关键设备。
现场总线技术的应用领域
现场总线技术广泛应用于工业自动化 领域，如制造业、电力、石油化工等 。
在电力行业中，现场总线技术可以用 于实现电网的自动化监控和维护，提 高电网的可靠性和安全性。
在制造业中，现场总线技术可以实现 生产设备的监控和控制，提高生产效 率和产品质量。
在石油化工领域，现场总线技术可以 实现生产过程的自动化控制和监测， 提高生产效率和安全性。
技术发展的方向
01
实时性
进一步提高数据传输的实时性， 以满足工业控制对于快速响应的 需求。
安全性
02
03
兼容性
加强安全防护，提高系统的可靠 性和稳定性，防止数据泄露和被 攻击。
增强不同品牌和型号设备之间的 兼容性，降低集成成本和维护难 度。
技术发展的前景
01
02
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。
现场总线技术总结
现场总线技术总结1. 引言现场总线（Fieldbus）技术是工业自动化领域中的一种常用通信协议，用于在现场设备与上位机之间进行数据和信号的传输。
它可以代替传统的模拟信号传输方法，提供更高的数据传输速率和更可靠的通信。
本文将对现场总线技术进行总结和分析，包括现场总线的基本原理、应用领域、优势和不足以及发展趋势等方面，以期帮助读者深入了解并合理应用现场总线技术。
2. 现场总线的基本原理现场总线是一种串行通信协议，采用主从结构，主要由主站和从站组成。
主站负责控制通信过程，发送和接收数据；从站负责响应主站的指令，并提供相应的数据。
现场总线技术采用数字信号传输，将传感器、执行器等现场设备的信号模拟量或数字量转换为数字信号，通过总线传输到上位机进行处理。
主站通过发送不同的指令和控制报文来实现与从站之间的通信。
3. 现场总线的应用领域现场总线技术广泛应用于工业自动化领域，包括但不限于以下几个方面：3.1 工厂自动化在工厂自动化控制系统中，现场总线技术可以实现对各类传感器和执行器的集中管理和监控。
通过现场总线，主站可以实时获取从站的数据，实现对生产线的实时控制和调度。
3.2 过程控制现场总线技术在化工、电力、石油等行业的过程控制系统中得到广泛应用。
传感器和执行器通过现场总线与上位机进行通信，实现对工艺过程的监测和控制，提高生产效率和质量。
3.3 智能建筑现场总线技术也可应用于智能建筑系统中。
通过现场总线，可以实现对灯光、空调、安防等各类设备的集中管理和控制，提高能源利用效率和生活舒适度。
4. 现场总线技术的优势和不足4.1 优势•高可靠性：现场总线技术采用数字信号传输，具有较强的抗干扰能力和可靠性，能够在复杂的工业环境中稳定运行。
•高灵活性：现场总线可以方便地集成各类传感器和执行器，并实现与上位机之间的数据传输，提供了灵活的系统扩展和升级能力。
•降低成本：通过使用现场总线，可以减少布线和设备成本，简化系统结构和维护工作，降低了整体的工程成本。
现场总线技术在轨道交通中的应用模式
现场总线技术在轨道交通中的应用模式现场总线技术作为现代工业自动化领域的关键技术之一，其在轨道交通领域的应用日益广泛。
现场总线技术通过将传统的点对点控制方式转变为网络化、数字化的控制方式，极大地提高了轨道交通系统的可靠性、灵活性和智能化水平。
本文将探讨现场总线技术在轨道交通中的应用模式，分析其在轨道交通系统中的作用和优势。
一、现场总线技术概述现场总线技术是一种基于网络的通信技术，它允许多个设备通过单一的通信介质连接并交换数据。
与传统的控制方式相比，现场总线技术具有以下特点：1.1 高度集成：现场总线技术通过将多个控制点集成到一个网络中，减少了布线复杂性，降低了系统的维护成本。
1.2 灵活性：现场总线技术允许设备之间的灵活连接，便于系统的扩展和升级。
1.3 实时性：现场总线技术能够实现数据的实时传输，保证了控制系统的响应速度。
1.4 可靠性：现场总线技术采用冗余设计和错误检测机制，提高了系统的可靠性和稳定性。
二、现场总线技术在轨道交通中的应用现场总线技术在轨道交通领域的应用主要体现在以下几个方面：2.1 列车控制系统：现场总线技术在列车控制系统中的应用，可以实现列车运行状态的实时监控和控制，提高列车运行的安全性和效率。
2.2 信号系统：在信号系统中，现场总线技术可以用于实现信号机、转辙机等设备的联网控制，提高信号系统的可靠性和灵活性。
2.3 车辆监控系统：现场总线技术在车辆监控系统中的应用，可以实现对车辆状态的实时监控，及时发现并处理车辆故障，保障车辆运行安全。
2.4 能源管理系统：现场总线技术在能源管理系统中的应用，可以实现对轨道交通系统中能源消耗的实时监控和优化，降低能源消耗，提高能源利用效率。
2.5 乘客信息系统：现场总线技术在乘客信息系统中的应用，可以实现对乘客信息的实时发布和更新，提高乘客的出行体验。
三、现场总线技术在轨道交通中的应用模式现场总线技术在轨道交通中的应用模式主要包括以下几种：3.1 分布式控制模式：在分布式控制模式中，现场总线技术将控制功能分散到各个设备上，每个设备都可以地处理自己的控制任务，提高了系统的灵活性和可靠性。
现场总线技术概述
现场总线技术概述现场总线技术是由80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、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。
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。
现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同于上层高速数据通信网的特色。
1、现场总线的技术特点现场总线系统在技术上具有以下特点：（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。
这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。
一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。
一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。
用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
（2）互可操作性与互用性这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点、一点对多点的数字通信。
而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（3）现场设备的智能化与功能自治性它将传感测量、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，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
（4）系统结构的高度分散性由于现场设备本身己可完成自动控制的基本功能，使得现场总线己构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。
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，简化了系统结构，提高了可靠性。
（5）对现场环境的适应性工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。
现场总线及其应用技术
现场总线及其应用技术一、引言现场总线（Fieldbus）是指在工业自动化控制系统中，用于连接现场设备的一种通信总线技术。
它通过集成控制器和现场设备之间的数据交换，实现工业自动化系统的控制与监测。
本文将介绍现场总线的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些技术。
二、现场总线的基本概念现场总线是一种将传感器、执行器等现场设备与控制器相连的通信系统。
它能够提供双向通信、实时数据传输和分布式控制等功能，极大地简化了工业自动化系统的布线和维护工作。
常见的现场总线包括Profibus、Modbus、CAN等。
三、现场总线的工作原理现场总线的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 传感器或执行器将采集到的数据通过现场总线发送给控制器。
2. 控制器接收到数据后，进行处理并发送相应的控制指令给现场设备。
3. 现场设备接收到控制指令后，执行相应的动作，并将执行结果反馈给控制器。
四、现场总线的应用技术1. 实时性技术现场总线要求具有较高的实时性，能够在短时间内完成数据的传输和处理。
为了提高实时性，现场总线采用了一系列技术，如时间触发、通信速率调整和数据压缩等。
2. 安全性技术现场总线在工业自动化系统中承担着重要的控制和监测任务，因此安全性是其应用中的重要考虑因素。
现场总线采用了多种安全技术，如数据加密、身份认证和访问控制等，保障系统的安全运行。
3. 故障诊断技术现场总线能够实时监测现场设备的状态，并提供故障诊断功能。
通过采集设备的运行数据和故障信息，现场总线可以及时判断设备的工作状态，并进行故障定位和排除。
4. 网络管理技术现场总线通常由多个设备组成一个网络，因此需要进行网络管理。
网络管理技术包括网络拓扑结构的设计、数据包的路由和转发、网络性能的监测和调优等，保证网络的稳定和可靠运行。
5. 数据采集与处理技术现场总线能够实时采集大量的数据，并进行处理和分析。
数据采集与处理技术包括数据采样、滤波、数据压缩和数据存储等，为后续的控制和决策提供可靠的数据支持。
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。
现场总线技术概述
Control System Network
Fieldbus
AI
PID
AO
现场总线 将控制和I/O移到现场仪表
现场总线控制系统特点
• 实现数字化、双向通信
Control System Network
Controller Input/Output Subsystem
IEC61131-3 控制软件编程国际标准
• IEC61131-3 是IEC61131标准的第三个部分，是控制领 域的第一种控制软件编程国际标准。
• 标准的基本内容组成：公共元素和编程语言。 • 编程的五种语言：
–语句表IL（Instruction List） –结构化文本语言ST（Structured Text） –梯形图LD（Ladder Diagram） –功能块图FBD（Function Block Diagram） –顺序功能图SFC（Sequence Function Chart）
SESSION 会话层 5 TRANSPORT 传输层 4 NETWORK 网络层 3
DATALINK 数据链路层 2
PHYSICAL 物理层 1
现场总线通信协议模型
IEC/ISA 现场总线参考模型 在综合多种现场总线标准的基础上，制订现场总线
协议模型，规定了现场应用过程之间的互可操作性、通 信方式、层次化的通信服务功能划分、信息的流向及传 递规划，以类似于OSI/ISO参考模型的方式进行定义， 针对工业过程的特点，提高网络通信及数据处理的实时 性，省略其中的四层，仅包含物理层、数据链路层、应 用层，有的总线增加了用户层，有的总线则采用全部的 7层结构。
IEC61158现场总线国际标准的10种技术类型总线
• TYPE1 IEC技术报告（ FFH1, 美国 ) • TYPE2 Control-NET ( Rockwell, 美国 ) • TYPE3 PROFIBUS ( Siemens, 德国 ) • TYPE4 P-NET ( Process Data, 丹麦 ) • TYPE5 FFHSE ( Foundation, 美国) • TYPE6 Swift-Net ( Boeing, 美国 ) • TYPE7 World Fip ( Alstom, 法国 ) • TYPE8 Interbus ( Phoenix Control,德国 ) • TYPE9 FF 应用层 Application Layer • TYPE10 Profinet
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四、DCS (Distributed Control System，集散控制系统) System，集散控制系统)
显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭， 信息孤岛” 显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭，“信息孤岛”
五、FCS (Fieldbus Control System，现场总线控制系统) System，现场总线控制系统)
简化的CIMS 简化的CIMS层次结构 CIMS层次结构
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
FCS FCS FCS
DCS DCS DCS
I/O CPU...
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
三个层次之间的相互关系
现场级与车间级自动化信息监控及信息集成是实现工厂自动化 现场级与车间级自动化信息监控及信息集成是实现工厂自动化 自动化信息监控 管理及CIMS的重要基础。 CIMS的重要基础 管理及CIMS的重要基础。
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
FCS控制在现场中完成 FCS控制在现场中完成
FCS与 FCS与DCS
DCS控制在控制站中完成 DCS控制在控制站中完成
FCS FCS
DCS DCS AI AO
PID
PID
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
现场总线技术概述
现场总线
本章思考题
一、传统DCS与FCS在现场布线方面有什么区别？ 传统DCS FCS在现场布线方面有什么区别？ DCS与 在现场布线方面有什么区别 什么是完整的现场总线定义？ 二、什么是完整的现场总线定义？ 现场总线有哪些特点？ 三、现场总线有哪些特点？ 四、现场总线有哪些优点？ 现场总线有哪些优点？ IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线 制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？ 五、IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
现场智能总线压力变送器LD302 FF协议） 现场智能总线压力变送器LD302（FF协议） LD302（ 协议
. 电容式压力传感器 . 0.075%精度 0.075%精度 . 40:1量程比 40:1量程比 . 全系列
. 0-125Pa 到 0-40MPa可选 - 远传法兰 40MPa可选 . 主站功能 . 自诊断功能 . 全面认证:FM认证，CE认证 全面认证:FM认证，CE认证 认证 . 功能块: AI, PID, ISS（输入选择模块）, INTG 功能块: ISS（输入选择模块） 积分器） ARTH（运算模块） CHAR （积分器）, ARTH（运算模块）, 特征化模块） （特征化模块）
二、系统不开放、可集成性差、专业性不强 系统不开放、可集成性差、
现场设备均靠标准4 20mA/24VDC连接，系统其它软、 现场设备均靠标准4-20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能 连接 使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集 使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性， 成性差。这种系统很少留出开发接口，允许其它厂商将自己专长的控 成性差。这种系统很少留出开发接口， 制技术，如控制算法、工艺流程、生产配方等集成到通用系统中去。 制技术，如控制算法、工艺流程、生产配方等集成到通用系统中去。
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
传统控制系统的现场设备级、 传统控制系统的现场设备级、车间级监控和管理信息集成
FCS FCS FCS DCS DCS DCS
I/O CPU...
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
传统控制系统主要缺点 一、信息集成能力不强
控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4 20mA模拟量信号或 控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA模拟量信号或 I/O连线连接 24VDC等开关量等一个变量 这样，控制器获取信息量有限， 等开关量等一个变量。 24VDC等开关量等一个变量。这样，控制器获取信息量有限，其他的 大量信息，如设备参数、故障纪录等数据很难得到。 大量信息，如设备参数、故障纪录等数据很难得到。底层生产数据不 全造成信息集成能力不强，不能满足CIMS的要求。 CIMS的要求 全造成信息集成能力不强，不能满足CIMS的要求。
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
从整个自动化系统的体系结构分析
从整体把握复杂工业自动化系统，根据工厂管理、生产过 从整体把握复杂工业自动化系统，根据工厂管理、 程控制及功能需求等分层设计。 程控制及功能需求等分层设计。 按照标准CIMS体系结构可分为5 CIMS体系结构可分为 工厂级、车间级、 按照标准CIMS体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、 单元级、工作站级和现场级。简化的CIMS则分为3 CIMS则分为 单元级、工作站级和现场级。简化的CIMS则分为3层，即工 厂级、车间级和现场级。 厂级、车间级和现场级。 在一个现代化、大规模的工业生产过程控制中， 在一个现代化、大规模的工业生产过程控制中，工业数据 结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。 结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
现场总线 技术来源
DCS 系统技术
智能化仪表 设备技术
计算机 网络技术
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
检测控制系统发展历程
一、基地式气动仪表（生产现场） 基地式气动仪表（生产现场） 气动、电动系列的单元组合式仪表（集中控制室） 二、气动、电动系列的单元组合式仪表（集中控制室） 三、集中式数字控制系统
现场级与车间级自动化监控及信息集成主要完成 1. 底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设 底层设备单机控制、连机控制、通信连网、 备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。 备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。保证现场设备高质量完成 生产任务，并将现场设备产生及运行数据信息传送到工厂管理层， 生产任务，并将现场设备产生及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂 MIS系统 系统（ System，管理信息系统） 级MIS系统（Management Information System，管理信息系统）数据库提 供数据。 供数据。 同时接收 执行工厂管理层下达的生产管理及调度命令 接收和 工厂管理层下达的生产管理及调度命令。 2. 同时接收和执行工厂管理层下达的生产管理及调度命令。
开放， 开放，全分布式的控制系统
六、工业以太网控制系统 (第六代控制系统，正在发展中) 第六代控制系统，正在发展中)
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
基于调节器的单回路自动控制
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介 基于DCS的自动控制系统 基于DCS DCS的自动控制系统
现场总线技术概述
现场总线技术概述
现场总线
一、现场总线简介 二、现场总线系统的特点 三、以现场总线为基础的企业网络系统 四、现场总线技术的标准化
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
现场总线的产生背景
一、传统的DCS结构缺欠，需要一种新型系统体系结构； 传统的DCS结构缺欠，需要一种新型系统体系结构 DCS结构缺欠 新型系统体系结构； 智能变送器等智能现场设备发展的必然结果； 智能现场设备发展的必然结果 二、智能变送器等智能现场设备发展的必然结果； 三、CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) CIMS(Computer ystem) 综合自动化发展的迫切需要 发展的迫切需要。 综合自动化发展的迫切需要。
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
CIM的概念 CIM的概念 CIM(Computer CIM(Computer Integrated Manufacturing) 计算机集成制造 企业资源（人、财、物、技术、经营管理） 企业资源（ 技术、经营管理） 计算机技术集成 资源优化，产品优质、低耗、上市快，增强竞争力 资源优化，产品优质、低耗、上市快，
1.1 现场总线简介
现 场 总 线 控 制 系 统 (FCS) 布 线 方 式
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
混合控制模式（DCS+FCS） 混合控制模式（DCS+FCS）
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
FCS与 FCS与DCS
FCS取消了控制站 FCS取消了控制站
FCS DCS
FCS信息是双向的 FCS信息是双向的
FCS FCS FCS
FCS与 FCS与DCS
DCS信息是单向的 DCS信息是单向的
DCS DCS DCS
I/O CPU...
现场总线技术概述
现场总线
1.1 现场总线简介
基于现场总线的智能现场设备
现场总线的现场设备在不同程度上都具有数字计算和数字通信能力 现场总线的现场设备在不同程度上都具有数字计算和数字通信能力。 数字计算和数字通信能力。 这一方面提高了信号的测量 控制和传输精度，同时为丰富控制信息 测量、 这一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息 的内容、实现其远程传送创造了条件。 的内容、实现其远程传送创造了条件。 借助现场设备的计算、通信能力， 借助现场设备的计算、通信能力，在现场就可以进行多种复杂的控制 计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统 真正分散在现场的完整的控制系统， 计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了控制系统运行 的可靠性。 的可靠性。 还可借助现场总线控制网络以及与之有通信连接的其他网络，实现异 还可借助现场总线控制网络以及与之有通信连接的其他网络，实现异 地远程自动控制，如操作远在数百里之外的电气开关。 地远程自动控制，如操作远在数百里之外的电气开关。 还可提供传统仪表所不能提供的如设备资源、阀门开关动作次数、 还可提供传统仪表所不能提供的如设备资源、阀门开关动作次数、故 障诊断等信息，便于操作管理人员更好、 障诊断等信息，便于操作管理人员更好、更深入地了解生产现场和自 控设备的运行状态。 控设备的运行状态。