现场总线控制网络技术
工业数据通信和控制网络(现场总线)
工业数据通信和控制网络（现场总线）现场总线技术现场总线控制系统（简称FCS）其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构，成本低、可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。
操作站LANH2H1服务器H1现场总线现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总线现场总线FCS控制层32现场设备原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT111LT112H1现场总线#2网段LT101Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT11019SC11124IP102IP104AIP104BCoolerSC11225SC1102320FT102AT10321TT104HeaterCV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822H1现场总线#1网段TT105现场总线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。
它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。
网络节点网络体系包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中的延伸现场总线的发展1996年到1998年，国际性组织FF（现场总线基金会）和PNO（Profibus国际组织）先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2（HSE）和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。
1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效，除H1、HSE和PA外，还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。
Profibus较适合于工厂自动化，CAN适用于汽车工业，FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制现场总线的网络结构现场总线的星形网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbusIPC、PLC。
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
○ DIN19245;EN50170 。
应用领域:工厂自动化和楼宇自动化。 使用情况:应用很广，已有250家生产厂商2000多种产品，已安装25万节点。
Profibus-DP 主要性能特点
传输速率范围很 广，可高速数据 通信 9.6Kbit/s~12 Mbit/s
:
料纺养厂应 管织系、用 理工统农领 系业、业域 统、沥环奶 。太青境制
阳和控品 能水制厂 电泥、、 站生动啤 、产物酒 燃、饲
:
:IEC61158;IEC61784;E
N50179
准标 。
Data
支
持
公 司
单 位
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麦
Proces-
:
P-NET
P-NET主要性能特点
使用屏蔽双绞线电缆(RS485)，总线分段结构，每段长1200m; 通信速率:76.8kbit/s;·结构简单灵活，易于扩展，不采用专用芯片。
理 任
点网
。
:
要
工应 业用 控领 制域 。流
程 工 业 及 其 它
。司
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注等
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品艾
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用 情 况
:
(4
)
已 有 产
主要性能特点
IEC支持，开放性好，可互操作性好; 使用工业级的以太网、集线器、交换机等设备; 网络层使用IP行规，传输层使用TCP、VDP(用户数据报协议，即为
IEIF标准下768项协议)行规; 作为FCS的主干网络，可局域网冗余，设备冗余。
INTERB US主要性 能特点
环型拓扑网络，通过总线控制板引出主干 线外，并具有165分支层;
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。
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。
第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术
现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动 化领域的计算机局域网。 它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级 控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅 是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的 控制系统。 这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的 综合技术，已受到世界范围的关注而成为自动化技术发展 的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
NRZ编码采用频带传输。调制方式主要有CPFSK和 COFSK。现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无 线介质。 2．数据链路层 数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC） 和逻辑链路控制层（LLC）。MAC功能是对传输介质传送 的信号进行发送和接收控制，而LLC层则是对数据链进行 控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线网络中的 设备可以是主站，也可以是从站，主站有控制收发数据的 权力，而从站则只有响应主站访问的权力。 关于MAC层，目前有三种协议： （1）集中式轮询协议 其基本原理是网络中有主站，主站周期性地轮询各个节点， 被轮循的节点允许与其他节点通信。
现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结 构对比如图8-1所示。
操作站 LAN 控制站 操作站 LAN CANBUS 服务器 PROFIBUS-DP 4~20mA H1 现场设备
网桥
LonWorks 现场总线 现场设备
传统的模拟仪表
DeviceNet 现场总线
图8-1 FCS与DCS结构比较
8.1.1 现场总线的产生
在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着 一种信号标准，那就是4~20mA的模拟信号标准。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而此时 的计算机提供的是集中式控制处理。 20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理器被 嵌入到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。 随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电 子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、 传输及优化控制等功能的智能设备。 一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪 表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自 校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、 状态报告、趋势图等功能。
现场总线控制网络
天津工业大学自动化、电气工程及其自动化本科生限修课程工业控制网络与自动化管理技术主讲：郭利进2016.09-12讲解内容:1.现场总线技术概述2.数据通信基础3.控制网络基础4.CAN总线与基于CAN的控制网络5.分布式的网络控制系统6.网络控制系统的实施和管理第1 章现场总线技术概述—工业控制网络与自动化管理技术—天津工业大学郭利进本章内容1.1现场总线简介1.2现场总线系统的特点1.3以现场总线为基础的企业网络系统1.4现场总线技术的标准化返回1.1 现场总线简介1.1.1 什么是现场总线1.1.2 基于现场总线的数据通信系统1.1.3 现场总线控制网络与网络化控制系统1.1.4 现场总线系统适应了综合自动化发展需要1.1.5 早期的现场总线返回1.1.1 什么是现场总线现场总线原本指现场设备之间公用的信号传输线。
后又被定义为应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多结点数字通信的技术。
现在已成为控制网络的代名词。
现场总线IEC定义：一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间进行双向、串行、多节点、数字通信技术。
随着现场总线技术的发展，它不再只是通信标准或通信技术，而成为网络系统与控制系统。
现场总线系统：以测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质为纽带，把位于生产现场、具备数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按公开、规范的通信协议，在多个测量控制设备之间、现场设备与远程监控计算机之间，实现数字传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。
现场总线系统既是一个开放的数据通信系统、网络系统，又是一个可以由现场设备实现完整控制功能的全分布控制系统。
1.1.2 基于现场总线的数据通信系统基于现场总线的数据通信系统有数据的发送设备、接收设备、作为传输介质的现场总线、传输报文、通信协议几部分组成。
1.1.3 现场总线控制网络与网络化控制系统 控制网络的定义：控制网络也称网络化的控制，它将多个分散在生产现场、具有数字通信功能的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备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。
现场总线控制网络技术课后答案
第一章1、简要说明现场总线、控制网络的定义答：现场总线是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业操作单元、现场操作站等互联而成的通信网络，它的关键标志是能支持双向、分散、多节点、总线式的全数字通信，是工业控制网络向现场及发展的产物。
2、简要说明现场总线技术的特点答：现场总线是3C（计算机、通信、控制）技术的融合。
其技术特点是:信号输出全数字、控制能力全分散、标准统一全开放。
具体是（1）系统的开放性（2）互操作性与互用性（3）现场设备的智能化与功能自治性（4）系统结构的高度分散性（5）对现场环境的适应性。
3、简要说明网络化控制系统的结构组成答：由被控对象、执行器、传感器、网络时延、控制器组成4、网络化控制系统的主要技术特点有哪些答：主要有：1、结构网络化2、节点智能化3、控制现场化和功能分散化4、系统开放化和产品集成化5、对现场环境的适应性5、HART通信模型有那几层组成答：HART通信模型由3层组成：物理层、数据链路层和应用层6、与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有哪些优势答：与传统布线相比，P-NET现长总线技术在工业控制应用中有很大的优势，它可以简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。
7.WorldFIP可用的运输速率有哪些，标准传输速率是多少？答：传输速率用于铜线的有31.25Kbit/s、1Mbit/s和2.5Mbit/s，其中1Mbit/s是标准速率。
第二章1、什么是差错控制答：在计算机通信中，为了提高通信系统的传输质量而提出的有效的检测错误并进行纠正的方法叫做差错检测和校正，简称为差错控制2、数据通信系统由哪几部分组成答：数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成3、简要介绍通信系统的通信指标答：通信指标有1、有效性指标2、可靠性指标3、通信信道的频率特性4、介质宽带，信息传输的有效性指标和可靠性是通信系统最主要的指标4、数据传输方式有哪些？选取其中两种进行简要介绍答：数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输的同步方式，有串行传输与并行传输，同步传输与异步传输，位同步、字符同步与帧同步等几种在串行传输中，数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输，每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。
现场总线控制网络技术课程设计 (2)
现场总线控制网络技术课程设计介绍现场总线控制网络（Fieldbus Control Network，FCN）技术是一种以数字信号为基础的控制网络技术，它采用总线式结构连接传感器、执行器以及控制器。
本课程设计将结合实际案例介绍现场总线控制网络技术的设计、实现以及应用。
设计内容1.首先进行网络拓扑结构的选择与优化，根据实际情况确定现场总线的类型、通信协议等参数，确保稳定性和可靠性。
2.其次进行设备的选择与配置，包括传感器、执行器、控制器等，确保设备与现场总线的兼容性以及性能指标的达标。
3.接下来进行现场总线系统程序设计，包括现场总线的数据采集、信号处理、以及网络监控等模块的实现，为后续的系统运行提供支持。
4.进行系统实现与调试，确保系统正常运行且满足应用需求。
实现过程中需要注意设备间的匹配与数据传输的正确性。
5.最后进行系统应用展示，包括温度、湿度等信号采集、控制灯光等应用场景的实现，系统运行效果的演示。
设计工具•通信协议：MODBUS、CAN等•开发平台：Raspberry Pi、ADAM 6200等•编程语言：Python、C语言等设计要求1.设计期望能够根据实际需求灵活选择不同的网络拓扑结构，实现实时性和可靠性的平衡。
2.设计需要注意设备间的兼容性、稳定性以及性能达标等方面的问题。
3.系统程序设计需要考虑网络数据的传输、处理速度以及可靠性等方面的问题。
4.系统实现与调试需要注意设备间的配合与数据传输的准确性。
5.系统应用展示需要具有直观性和易操作性，效果需满足应用需求。
总结现场总线控制网络技术是一种先进且广泛应用的自动化控制技术，本课程设计针对实际应用场景进行开发，在设计过程中融合了多种技术手段和工具，能够满足不同应用场景的需求。
未来随着技术的不断发展，FCN技术将在更多领域得到应用。
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。
现场总线及工业控制网络技术
4 PROFIBUS现场总线与应用
4.3.1 PROFIBUS 总线存取协议概述
4.3.2 PROFIBUS 总线访问协议的特
点
4.3.3 数据链路层服 务类型和报文格式
4.3 PROFIBUS数据链路 层
4 PROFIBUS 现场总线与应 用
4.4 PROFIBUS-DP通信原 理
4.4.1 PROFIBUSDP的基本功能
03
6.1.3 DeviceNet的 网络参考模型
06
6.1.6 预 定义主从
连接组
6 DeviceNet、 ControlNe t现场总线与 应用
6.1 DeviceNet现场总线技 术
6.1.7 DeviceNet 的对象模型
6.1.9 DeviceNet 的设备简介
6.1.8 DeviceNet 的设备描述
A
6.3.1 现场总线控 制系统的组态技术
6.3.2 现场总线控 制系统的冗余技术
B
6.3 现场总线控制系统的组态 与冗余技术
6 DeviceNet、 ControlNe t现场总线与 应用
6.4 DeviceNet与ControlNet 现场总线的应用实例
A
6.4.1 铜冶炼电解 工艺中的总线控制
A
1.1.2 现场总线控 制系统基本结构
B
1.1 现场总线与现场总线控制系统
1 现场总线概述
03
1.2.3 现场总线与
现场总线控制系统
的发展趋势
02
1.2.2 实时工业以
太网的国际标准
01
1.2.1 现场总线的
标准现状
1.2 现场总线的现状与发展
1 现场总线概述
第四章控制网络与现场总线技术-通用串行通信接口数据通信
控制网络与现场总线技术
(2)数据传输 如果主机A准备发送数据，则它将通过4号线向 Modem A传送请求发送信号RTS。 Modem A接收到RTS信号后，做好发送准备，通过 5号线向主机A发出允许发送信号CTS。 主机A通过2号线向Modem A传送准备发送数据的信 号TxD；Modem A将数字信号调制后，变成模拟数据 信号，经通信线路传送到对方的Modem B，Modem B经过解调后，还原成数字数据信号，通过3号线向主 机B传送接收数据RxD。 如果主机B要向主机A发送数据，则应采用与主机A 相同的RTS，CTS控制信号交互过程。 (3)物理连接释放 当通信结束时，通过释放DTR信号来通知Modem A， 由Modem的内部协议结束一次物理连接。
图 6 平衡差分电路
控制网络与现场总线技术
EIA-485是EIA-422的变型。EIA-422采用两对平衡 差分线路；EIA-485只用一对。差分电路的最大优点 是抑制噪声。由于在它的两根信号线上传递着大小相 同、方向相反的电流，而噪声电压往往在两根导线上 同时出现，一根导线上出现的噪声电压会被另一根导 线上出现的噪声电压抵消，因而可以极大地削弱噪声 对信号的影响。 差分电路的另一个优点是不受节点间接地电平差异 的影响。在非差分（即单端）电路中，多个信号共用 一根接地线，长距离传输时，不同节点接地线的电平 的影响。
控制网络与现场总线技术
二、接口的电气特性 EIA-232-D的电气线路连接方式如图1所示。接口 为非平衡型，每个信号用一根导线，所有信号回路共 用一根地线。信号速率限于20Kbps内，电缆长度限 于15m之内。由于是单线，线间于扰较大。其电性能 用±12V标准脉冲。EIA-232-D采用负逻辑。 数据线上：传号Mark＝－5~－l5V，逻辑“1”电平 空号Spacc=＋5 ~＋l5V，逻辑“0”电平 控制线上： 通On＝＋5 ~＋l5V，逻辑“0”电平 断Off=－5 ~－l5V，逻辑“1”电平
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。
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。
工业现场总线技术
工业现场总线技术现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术。
这是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可用一条电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，使用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
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接，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。
基于现场总线的自动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，成为企业信息网络底层，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。
现场总线技术可概括如下：1．制定出国际现场总线通信及技术标准。
2．自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品，包括控制器、传感器、执行机构、驱动装置及控制软件。
3．实际应用中，使用一根通信电缆，将所有现场设备连接到控制器，形成设备及车间级的数字化通信网络。
在现场级（Field Level），即金字塔形的自动化层次模型的最底层所进行的串行数据传输通讯系统称为现场总线系统（Fieldbus Systems）。
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。
现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。
系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。
2．开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。
系统为开放式，允许其它厂商将自已专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。
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正确数据
– 多节点现场总线无需点对点的布线
3.从PLC I/O控制的现场设备到具有现场总线接口的现场设 具有现场总线接口的现场设备 备 现场设备如传感器、变送器、开关设备、驱动器、执 行机构等；传统PLC控制系统的I/O设备与PLC I/O模块连接， PLC通过模拟量(4-20mA)或开关量（如24VDC）控制监测现场 设备。在FCS系统中，现场设备具有现场总线接口，控制器 通过标准的现场总线与现场设备连接。 4.系统软件 在传统PLC系统中，系统软件（包括PLC系统软件和编 程软件）与PLC硬件联系紧密，技术上对外是封闭的。在FCS 系统中，控制器采用通用工业PC平台，系统软件不再与控制 器、I/O、现场设备等硬件捆绑，可运行在通用标准的工业 PC+WINDOWS/NT平台上。
现场总线通信部分）的软件。
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
控制器： 主站、从站
人机界面 ： 输入/输出设备 参数、命令、显示
离散量/模 拟量输入/ 输出设备
指示灯： 状态指示
光电传感器： 检测开关
操作员接口 ： 输入操作命令
阀和交流驱动器： 执行器，输出设备
变送器 （传感器） ：输入设备
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
图7.2
FCS控制器与传统PLC配臵方式的比较
现场总线与4-20mA系统的区别？
4-20mA 现场总线
P.S.
P.S.
– 现场总线设备在总线上并联连接 ，所有设备通过总线接收、
发送数字信号
– 现场总线设备可以向网络上其它设备提供任意多信息 – 总线具有循环冗余检错的(CRC)功能 ，可以保证接收设备获得
内容
学什么？
现场总线的概念、组成、特点、优点 现场总线通信与网络基础知识 国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范 现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础
方法
怎么学？
理论与实践相结合
理论32学时 实验4学时
听课与自学相结合
课程特点：知识点多、交叉性强
课堂：基础、重点、难点 自学：拓展知识面、接触其他具体现场总线
控制系统网络 控制器 AO AI 现场总线
控制系统网络
控制器 PID 输入/输出 子系统
4-20 mA
AI
PID
AO
传统型
现场总线型 有些控制和 I/O 功能可以转移到 现场仪表。
现场总线带来的好处
增加信息的交互量
控制系统网络 控制系统网络
控制器 输入/输出 子系统
控制器
现场总线
传统 4-20 mA 单变量 单向
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是一种串行的数字数据通信链路， 它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场 设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动 化控制设备（车间级设备）之间的联系；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数 字通信网络； 现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全 数字通信总线；
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括：
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平台软件。
当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即为控制器编程软件， 如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基 于Windows的梯形图逻辑编程软件）、RSLogix5000（用于 Logix平台所包括的各种控制器（如Control LogixTM）的编 程软件）。
现场总线带来的好处
减少连线和安装
控制系统网络 控制器 输入/输出 子系统 控制系统网络
控制器
I.S. I.S.
现场总线
I.S.
4-20 mA
I.S.
现场总线连线 多台设备共用一个安全栅 和一根总线
传统的 4-20 mA 连线 每台设备需要一个安全栅 和一对连线
现场总线带来的好处
提高控制功能的分散性
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最 底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信 网络，是现场通信网络与控制系统的集成；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场的计算
机、控制器以及生产设备等连接构成的网络；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同
的表述。 现场总线一般是指一种用于连接现场设备， 如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调 节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器 的网络；
1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
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；
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括：
系统用户程序软件——根据系统的工艺流程或功能及
其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一 般运行于作为主站的控制器中或计算机中。
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范而编
写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件——使总线设备实现自身功能（不包括
1.2 现场总线系统的组成与体系结构
1.2.1 现场总线系统的组成 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
1.2.1 现场总线系统的组成
图1 现场总线系统的组成
1.2.1 现场总线系统的组成
硬件：
总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/
介体）。
连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线
远程访问路由设备 显示工 作站
与三层网 络 相连
上位机：监控
信 息 量 减 少
控制、网关 条形码识别器 ：输入设备
图3 罗克韦尔推出的现场总线控制系统
智能速度控制器 ：执行器
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
主机系统 以太网交换机 100Mbps 组态、监控 现场信息 控制信息 链接设备：核心 网桥、网关 时间发布 链路调度器 高速以太网
第1章 绪论
1.1 现场总线的概念 1.2 现场总线系统的组成与体系结构 1.3 现场总线的技术特点及优点 1.4 现场总线应用领域 1.5 现场总线标准 1.6 现场总线发展历程与发展趋势
什么是现场总线
1.1 现场总线的概念
1.1 现场总线的概念
国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场
在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中 在数字化变电站 配电系统/继电保护装置中 在智能电器中 在楼宇自动化装置中
置现场 总线通 信接口
对于国防领域：
在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。
为什么学？
背景与目的目的Fra bibliotek
掌握现场总线的概念。 掌握通信与网络基本知识。 学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设 备的现场总线通信接口。 掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为进行现 场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。
（ (2)基于现场总线的控制系统中，控制器与现场设备（
I/O模块、功能模块及传感器、变送器、驱动器等）连接是 通过标准的现场总线，因此没有必要使用与控制器捆绑的 I/O模块产品（这与插在PLC机架上的I/O模块的配臵方法不 同），可使用任何一家的具有现场总线接口的现场设备与控 制器集成。因此控制器趋向于采用标准的、通用的硬件平台 一 工 业 计 算 机 （ Industrial Compact Computer ） ， 如 Intel/Windows类PC机。近年来嵌入式控制器（如PC/104产 品）的发展和WINDOWS-CE等的推出，逐渐使用嵌入式控制器 硬件和WINDOWS-CE等软件作为控制器平台。
现场总线的定义
现场总线是工业控制网络向现场发展的产物，是在市场需 求的背景下发展起来的新型技术。具有全数字化、分散、双向传 输和多分支的特点，其关键标志是能支持双向、多节点、总线式 的全数字通讯。现场总线技术综合运用微处理器技术、网络技术、 通信技术和自动控制技术，它把专用微处理器置引入传统的现场 仪表，使它们各自都具备数字计算和数字通信能力，成为能独立 承担某些控制、通信任务的网络节点。
装置、节点（主节点、从节点）、站点（主站、从 站）。
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括： 系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统应用软 件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。包括组 态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编 程软件 。 系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功能而编 写的软件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软 件和设备功能软件。
现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现工 业数据通信、形成开放型测控网络的新技术，是自动化领域 的计算机局域网，是网络集成的测控系统。
1.1 现场总线的概念
现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它 应用于现场测量和/或控制目的，通常被称为 现场总线 现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System） 现场总线系统 现场总线网络 现场总线网络系统 现场总线网络控制系统 网络控制系统NCS （Network Control System）
组态通信软件——为计算机与总线设备进行通信，读取总线设备
参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备而使用的 软件，如RSLinx 。