第一章 现场总线概述

2 工业控制系统的发展
• “集中控制”存在易失控，可靠性低的缺点， 针对于此，人们将其发展为分布式控制系 统（Distributed Control System,DCS） • 微处理器的普遍应用及计算机可靠性的提 高，使分布式系统得到广泛的应用，由多 台计算机和一些智能仪表及其智能部件实 现的分布控制是其主要特征，而数字传输 信号也在逐步取代模拟信号。
二、制订现场总线标准的机构
• (一)IEC/TC65/SC65C/WG6 • (1)IEC/TC65是国际电工委员会第65分技术委员 会，它成立于1969年。其工作任务是制订有关 连续和批量过程的工业过程测量和系统的元件 的标准，协调影响测量和控制系统匹配的相关 元件特性的标准化工作。
• (2)SC65C是IEC/TC65下的分委员会 (SC是
3.1 现场总线的本质
• 1 现场通信网络 用于过程及其制造自动化的现场设备或现 场仪表互连的通讯网络 • 2 现场设备互联 根据不同的要求选择相应的传输介质 • 3互操作性 不同品牌的设备可以统一组态，构成所需 的通讯网络
3.1 现场总线的本质
• 4 分散功能块 智能仪表具有一定的控制能力 • 5 通信线供电 能直接从通讯线上获取能量 • 6 开放式互联网络 可以与其他网络互联，实现数据共享。
2 工业控制系统的发展
• 随着微处理器的快速发展和广泛应用，数 字通信网络延伸到工业过程现场成为可能， 使用集成电路代替常规电子线路，实施信 息采集、显示、处理传输以及优化控制等 功能的智能设备。设备之间彼此通信、控 制，在精度，可靠性、可维护性等都有更 高的要求，由此导致了现场总线的产生。
3 现场总线定义
• (4)1990年FIP成为法国国家标准。
• (5)1992年ISP成立。ISP是可互操作系统协议 (Interoperable System Protocol)的简称。
• (6)1993年IEC61158-2物理层规范通过表决成
为国际标准，但关键的链路层因与Profibus
有分歧，遭到德国与欧洲一些小国的抵制而
未获通过。
• (7)1993年WorldFIP成立。WorldFIP是世界工
厂仪表协议 (World Factory
Instrumentation protocol)简称。
• 它基于法国的FIP,它也有100多家公司参加,
由Honeywell公司牵头。
• (8)1994年6月，ISP与WorldFIP感到二大阵营旗
• (3)有的公司早期投入大量资金使得产品问世较早。
• (4)一些小国家在技术上和经济上很大程度地依赖于一
些跨国大公司。
• (5)IEC是多极化的组织，其代表都来自各个国家的一些 大公司，不可避免地出现斗争的复杂性和反复性。
八. 多种现场总线标准并存带来的问题
• 现场总线自出现以来，一直以开放性、全数字化、 互可操作性、智能化等特点著称，用户对现场总 线的应用与推广充满信心。而现场总线标准的门 户之争日见白热化，多种现场总线互不兼容，不 同协议的产品之间无法实现高速的实时数据传输， “自动化孤岛"现象并未真正得到解决。而且近 20年的标准之争和市场大战最终形成了多种标准 共存的局面，这种情况无论在技术层面还是市场 层面都给用户带来了疑问和困惑。
• (10)1996年12月30日，对经过改进后的链路层又 进行了一次投票表决，但还是因为与Profibus不 一致而遭到德国和一些欧洲小国家的反对，投票 结果是赞成率为75，理应通过;但反对率为27， 超过了25，又不能通过。 • 对数据链路层标准进行重新表决，投票截止日期 为1997年10月31日。 • 1998年2月20日由执委会的15个成员国投票表决， 这样就便链路层及应用层的4个规范及服务定义 (IEC61158-3-6)进人了FDIS阶段，如果这次表决 成功，就成为国际标准了。
• (12)1999年6月15日IEC执委会作出决议，即
修改现有技术报告包括构筑不同框架的协议 以及其所需的服务，并且至少应包括一种其 他协议，在4个月内作为FDIS递交投票。执委 会同意省略CDV阶段以满足目标设定时间，并 提出若4个月后有可能准备不好文件，或在投 票阶段最后投票失败，现有的技术报告 (指 FF的HI)将转化为IEC标准。
1 现场总线
• 现场总线就是用于现场智能化装置与控制 室自动化系统之间的一个标准化的数字式 通信链路，可进行全数字化、双向、总线 式的信息数字通信，实现相互操作以及数 据共享。
2 工业控制系统的发展
• 最早的工业控制是依靠操作人员的五官感 觉进行直接控制的。 • 出现了可以显示设备工作状态的显示仪表， 但其信号一般不能输出给其他仪表或设备， 即各测控点是孤立的，无法与外界沟通， 需要操作人员进行巡视，才能了解生产过 程的状况。
• (11)1998年9月30日经过投票表决，结果是68赞 成，32反对，由于反对率又超过25,因此又被否 决了。
• 1998年10月在IEC/TC65于美国休斯敦召开的年会 上，IEC/SC65/WG6组长R· Caro以投反对票中的6 H· 个国家 (丹麦、波兰、斯洛伐克、罗马尼亚、卢 森堡与捷克)所附的意见为非技术性意见为由， 要求TEC在统计最终投票表决结果时， 不计入上 述6国的反对票。
鼓相当，谁也胜不了谁，于是握手言和，合并 成为现场总线基金会 FF(FieldbusFoundation) ，它 推出的基金会现场总线(FoundationFieldbus)也 简称FF。 • 但前者代表一个组织;而后者代表现场总线。 • 当时，WorldFIP的北美部分参加了现场总线基 金会FF，但WorldFIP的欧洲部分仍保持独立。 • (9)1994年因FF已成立，IFC解散了。
3.2 现场总线和一般通信网络的 区别
• 自动化控制的现场范围可以从一台电气设 备到整个车间甚至是整个工厂。 • 受控设备和网络的环境可能很复杂，对信 号的干扰往往是多个方面的，而要求的控 制对实时性的要求较强。这决定了现场总 线有别有一般的通信网络。
4 多种总线协议共存
• 4.1 现场总线的现状 • 4.2 总线标准的制定 • 4.3 几种主流的总线标准介绍 • 4.4 DeviceNet、ControlNet 和 EtherNet/IP 的比较
一、制订标准的机构
• (一)世界上 • 国际标准化组织ISO (International Standard Organization) • 国际电工委员会IEC (International Electrotechnical Commission)及国际电信联盟 ITU （ International Telegraphy Union） • 欧洲电工标准化委员会CENELEC（欧洲标准EN） • (二)国内 • 制订国家标准GB的组织是全国标准化委员会
• 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 • Type10 PROFInet现场总线
七、产生多标准的原因
• (1)各种现场总线都是受国际上一些处于垄断地位的跨 国大公司所支持。 • (2)跨国大公司为了他们的长远利益和保持他们的垄断 地位又不得不去开发现场总线，以领导新潮流。
• (二)IEC/TCl7/SCl7B
• IEC/TCl7是分管电器的标准化委员会，其下 的SCl7B是负责低压电器的分委员会，也制订 了与之有关的现场总线的标准。 • (三)IEC/TC22是分管电力电子的标准化委员
会
三、制订现场总线的程序 和阶段
• 现场总线标准的制订需经历若干阶段
• (l)NP阶段:相当于国内标准制定过程中的上
• 国际电工委员会（ International Electrotechnical Commission, IEC）的 定义: 现场总线是一种应用于现场,在现场设备之 间、在现场设备与控制装置之间实行双向、 串行、多节点数字通信技术。
3总线的其他定义
• 用于现场仪表与控制主机系统之间的一种 开放的、全数字化的、双向、多站的通信 系统； • 广义上是控制系统与现场检测仪表、执行 装置进行双向数字通信的串行总线系统； • 基于智能化仪表及现场总线的控制系统 FCS；
第一章 现场总线概述
• 1 什么是现场总线 • 2 工业控制系统的发展 • 3 现场总线的定义
• 3.1 现场总线的本质 • 3.2 现场总线和一般通信网络的区别
• 4 多种总线协议共存
• 4.1 现场总线的现状 • 4.2 总线标准的制定 • 4.3 几种主流的总线标准介绍
• 5 现场总线控制系统（FCS）和分布式控制系统 的区别（DCS） • 6工业以太网的发展
2 工业控制系统的发展
• 当生产规模扩大后，操作人员需要根据多 个点的运行参数以及分析后进行控制操作。 于是需要把现场各处的仪表信号参数通过 通信管线送往一个集中控制室。 操作人员还可以通过发送模拟信号去调控 设备，集中控制系统逐步形成。
2 工业控制系统的发展
• 早期的自动控制系统是基于模拟信号，它 需要一对一的物理连线，而且信号抗干扰 能力低，系统计算速度和精度低。 • 当数字信号和数字控制技术的出现，出现 了集中式数字控制系统。随着计算机可靠 性的提高，出现了数字调节器、可编程控 制器以及由多个计算机递阶构成的集散控 制系统。
计划阶段; • (2)CD阶段:相当于国内的征求意见阶段; • (3)CDV阶段:相当于国内送审阶段; • (4)FDIS阶段:相当于国内报批阶段。
四、有关投票表决的规定
• (1)参加投票表决的国家有两类，即有投票
权资格的国家称为P成员国;及有观察员资格
的国家称为O成员国。
• (2)投票表决需要有75%以上的赞成率方能通
SubCommittee的缩写，而SC65C是SC65下边的
一个组织)，负责测量和控制系统的数字数据
通信的标准化工作。
• (3)WG6是SC65C下的工作组 (WG是Working
Group的缩写，WG6是第6工作组)，成立于 1988年，负责工业过程计算机子系统间的通 信的标准化工作。现场总线技术标准化的具 体工作是由WG6来负责的。
4.1 现场总线的现状
（1）多种总线共存 （2）每种总线各有其应用领域 （3）每种总线各有其国际组织 （4）每种总线均有其支持背景 （5）设备制造商参加多个总线组织 （6）多种总线均作为国家和地区标准 （7）工业以太网引入工业领域
4.2 总线标准的制定
• 一、制订标准的机构 • 二、制订现场总线标准的机构 • 三、制订现场总线的程序和阶段 • 四、有关投票表决的规定 • 五、制订国际标准的历程 • 六、现有的现场总线国际标准 • 七、产生多标准的原因 • 八. 多种现场总线标准并存带来的问题
• (13)2000年7月SC65/WG6在加拿大渥太华召开了 现场总线标准制定工作会议，会议决定保留IEC 技术报告并作为类型1，其他行规将按照技术报 告的格式作为类型2-8加入IEC61158。
• (14)2000年底对IEC61158进行了投票表决。根 据2000年1月4日IEC中央办公室公布投票表决的 结果，显示经过修改后的IEC61158己正式获得通 过。投票情况如下:P成员国投票99个，95票赞成， 4票反对，1票弃权 。长达15年之久的，环绕着 国际标准的现场总线大战以妥协而告终，结果是 出现了多种标准。
过 (只计P成员国)。
• (3)若反对率超过25%(计P与0成员国)则反对
有效，标准不能通过。
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五、制订国际标准的历程
• (1)1983年现场总线的概念首先在欧洲兴起。 • (2)1984年IEC就开始制订现场总线的国际标 准，稍后即成立了推广及试用的组织IFC。 • (3)1989年Profibus成为德国国家标准。
六、现有的现场总线国际标准
• 2004年4月，IEC公布了现场总线标准第三版 （即IEC61158 Ed．3），规定了10种类型的 现场总线，分别是： • 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