现场总线控制系统设计
现场总线控制系统的组成及特点
现场总线控制系统的组成及特点一、现场总线控制系统的概念（FCS）现场总线控制是工业.aspx”title=“设备”style=“text-decoration:underline;color:blue”>设备自动化控制的一种计算机局域网络。
它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。
它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS 系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。
为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。
使得不同制造商的产品可以互连，是DCS 系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。
不同通信协议的现场总线控制系统一般通过工业PC 机内总线插槽的PC 接口板与现场总线网段连接。
二、现场总线控制系统的组成现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。
1、现场总线控制系统：它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。
首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。
通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。
在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。
优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。
2、现场总线的测量系统：其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。
3、设备管理系统：可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设。
基于现场总线控制的建筑智能化设计
普通建筑
￥ ５０ ０ ７ ，０
部分集成建筑
￥ ８ｏ ｏ ７ｏ ３， ｏ
修改、 升级和添加
运 转 和 维 护
￥２ ， ９ １９ ７ ３
￥ １ ５ ２， ０ ２
￥２， ９ １６ ７ ３
￥ ，５ ５２ ０
￥ ８ ５ ８， ２ ０
￥ ．５ ３７ ０
Ｗｏｋ 和 Ｂ Ｃ ｅ 对 比总 线 技 术 中 的其 他 技 术 优 势 在 于 具 体 有 ｒｓ Ａ ｎｔ
２ 设计与 实用性
现阶段的建筑智 能化设计 以满足 建筑维护及客户 的需求， 择优性价 比高的智 能化技术和 智能化产 品进行系统集成，并未
有突 出系 统集 成 的重 点 。 当今 形 势 下 的智 能 建 筑 集成 应 该 以节
设 备 、 统 、 料 、 间使 用 、 工 、 为感 官 等 多方 面 的 综 合 考 系 材 空 施 人
可少 。 普通建筑 、 部分集成建筑与完全集成建筑的生命周期花费
比较 （ １ ： 表 ）
表 １ 普通建 筑、 部分集成建筑与完全集成建筑 的生命周期花费 比较
生命周期花费部分
对 比首 次 成 本
各系统中硬件通过数字信 号得 以灵活控制，又可 以将整个系统 的实用性赋 予前瞻性的剖析 。
如何缩小智能化系统设计与实用性的脱节也是设计时最应 注意的问题 ， 由于现阶段多方面 的因素 的影响， 使得智 能化设计 与施工还没有一整套十分成熟的技术，首要重点应该在确保经 济、 实用的同时， 考虑节能、 环保的设计 。
虑 。多方面因素的影响就会难 以避 免的造成智能化设计与智能 化系统的实用性相脱节 ： 系统设计过于冗繁， 集成工 作量庞大 ， 且远超过建筑所需控制范 围； 网络主干、 集成控制技术部分设计 缺少可扩性、 开放性和灵活性 ， 无法 为建筑未来可能需要的系统 扩充奠定 良好的基础 。 而现场控制总线技术是很好的标杆 ， 帮助 衡量建筑 中各系统的协调和集 中管理 ，本质在于现场总线技术 是集计算机 自控技术 、 通信技术、 集成 电路技术及智能传感技术 的综合，基于现场总线控制技术 的 自动化系统网络结构即能使
低耦合现场总线控制系统设计与实现
Ｉ
Ｉ
ｌ
合、 易 于实现和应用开发 的 Ｆ Ｃ Ｓ 。该 系 统 的 核 心 服 务 器 以 Ｐ Ｃ为 平 台设 计 ， 运用 数据库技术管理系统监控 信息 ， 选 用
ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 协 议 现 场 总线 ， 远程监控设备采用客 户机／ 服 务 器
ｌ ： 潞 ０ ０ １ ｌ Ｉ ： 璐 ０ ０ ２ ｌ ｌ ：
ＦＣ Ｓ服 务器 设 计 。ＦＣ Ｓ服 务 器 基 于 Ｐ Ｃ平台设计 ， 其 主 要
１ 低 耦 合 现 场 总 线 控 制 系统 总体 结构 设 计
该 Ｆ Ｃ Ｓ系统 采 用 操 作 站 一 现 场 智 能 设 备 的二 层 结 构 模式 ， 连接 这 两 层 设 备 的 是 Ｆ Ｃ Ｓ服 务 器 ， 如 图 １所 示 。 Ｆ Ｃ Ｓ服 务 器 下 接 ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 通信 协议 现场总 线 ， 上 接 局 域 网
～
基于Ｐ Ｃ平 台
Ｆ Ｃ Ｓ 服 务 器
要求 ， 但Ｆ Ｃ Ｓ核 心 服 务 器 设 备 成 本 较 高 ， 操 作 站 监 控 界
ＭＯＤＢ Ｕ Ｓ 协 议 总 线
面开发专业性强 ， 给 中小 型 Ｆ ＣＳ的 广 泛 应 用 带 来 了 一 定 困难 。针 对 这 种 情 况 ， 本文设 计 实现 了一种 全开放 、 低 耦
图 １ 现 场 总线 控 制 系统 结 构
模 式 。应 用 开 发 者 只需 面 向数 据 库 独 立 开 发 所 需 的 监 控
界面即可进行监控 。
２ 基于 Ｐ Ｃ平台的 Ｆ Ｃ Ｓ服务 器 设 计
低耦 合 现 场 总 线 控 制 系 统 设 计 的 核 心 内 容 是 低 耦 合
第１ ３ 卷 第１ 期
现场总线控制系统的设计与应用
Ｏ 引 吾 生产 过 程控 制 在经 历 了 自动 控制 、集 中控 制 与分 散
用户在任何地方都可 以通过Ｉ Ｎ Ｔ Ｅ Ｒ Ｎ Ｅ Ｔ ￣生产过程进行远程 系统组态 、调试和故障诊断 。
控 制之后 ，随着控制技 术 、计算 机技术 、通信 技术 以及 网 络技 术 的快速 发展 ，上世 纪八十 年代 ｍ现 的基 于现场 总线
的控 制系统 在近几年 内 日趋完善 。现场总线 技术 自推 广以 来 ，已经在全 世界范 围内应用于 冶金 、汽 车制造 、石油化
ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｆ Ｆ ｓ ｏ ｍｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ， ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ．
ｌ 现 场 总线 技 术 简 介
现场 总线是一种 连接智能仪 表和 自动 化系统 间双 向和 多支路 的数 字通讯 系统 。它应用 于过程控 制的现场 设备 的 局 域 网 ，并通过此 网络建立起一 种具有控 制现场智 能设备
能 力 的 系统 。
即现场设 备都接在 主干 电缆上 。在实 际应用 中这 四种结构
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， Ｆ Ｆ ｗｉ ｒ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｈｅ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍｓ ｗｉ ｈ ｔ
现场总线及其所组成的控制系统
３现场 总线 企 业 网
现场 总线 以其所 具有 的开放 性 ，网络 化等 优点 ， 使 它与 Ｉｔ ｎ ｔ ｎｒ ｅ 的结合 成 为可能 ，也是今 后控 制系统 ｅ 的 发 展 方 向 。 而 企 业 内 部 网络 系 统 Ｉｔ ｎ ｔＩｔ — ｎｒ ｅ ｎｅ ａ — ｒ
现场 总线 控制 系统 就是 以现场 总线技 术为核 心 ，
并 根据 实 际需 要进 行 简化 了 的体 系结构 系统 ，主要
包 括 物理层 、数据 链路 层 、应 用层 和用 户层 。它 具
以基 于现 场总 线 的智 能 Ｉ ／ 智 能传 感 器 、智 能 仪 ０或 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Ｔ 作 平 台 。 当前 ，模 拟信 号 电缆用 高 容量 的现 场 总线 网络 ，已 被 以现场 总线 为基 础 的全数 字 控制 系统 所代 替 ，有 效减 轻 了现场 信号 电缆 连接 的费用 和 ＿作量 ，提高 Ｔ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｐ ｐ ｒｉｔ ｄ ｃ ｄ ｂ ｉｆ ｅｓ ｕ ｔ ｒｌ ｈ ｒ ｃｅｉｔ ｓ ｃ ｍｐ ｓｔ ｎ ａ ｄｅ ｔｒ ｒ ｅｎ ｔ ｏ ｋｏ ｅｄ ｂ ｓ ｏ ｔ ｌ ｓ ｃ ： ｈ ａ ｅ ｒ ｕ ｅ ｒｅ ｙｔ ｔ ｃｕ ａ ａ ａ ｔｒ ｉ ， ｏ ｏ ｉ ｏ ｎ ｎ ｅｐ ｉ ｅｗ ｒ ｆ ｌ ｕ ｎｒ ｒ ｎｏ ｌ ｈ ｒ ｃ ｓｃ ｉ ｓ ｉ ｆ ｃ ｏ ｓ ｓ ｍ， ｎ ｔ ｃ ｒ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｐ ｌ ａｉｎｗａ ｅ ｅａｓ ｉ ｅ ． ｙ ｔ ａ ｄｉ ｏ ｅｔ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｙｗ ｒ ｌｏｇｖ ｎ ｅ ｓ ｅ ｃ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ｌ ｕ ；ｔ ｃｕ ａ ｈ ｒｃｅ ｉｔ ｓｅ ｔｒ ｒ ｅｎ ｔ ｏ ｋ ａ ｐ ｉａｉｎ ｙｗｏ ｄ ： ｅｄ ｂ ｓ ｒ ｔｒ ｌ ａ ａ ｔｒ ｉ ； ｅ ｐ ｓ ｅｗ ｒ ：ｐ ｌ ｔ ｉ ｓｕ ｃ ｓｃ ｎ ｉ ｃ ｏ
基于现场总线技术的火力电厂综合自动控制系统设计研究
科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFO RM TI ON2008N O .19SCI ENC E &TECH NOLOG Y I N FOR M A TI ON动力与电气工程随着计算机技术、控制技术、通信技术、网络技术等快速地发展，逐渐形成了工业控制的数字化、智能化与网络化，使计算机控制系统逐步从集散控制系统(D i st r i but ed C ont r ol Sys t e m ,D CS)走向以现场总线为基础的分布式现场总线控制系统（Fi e l db us Cont r ol Sys t e m ，FCS ）。
FCS 是集当今计算机技术、网络通信技术和自动控制技术为一体的当代最先进的数字化网络计算机控制技术，是一种全分散、全数字、全开放的控制系统，是自动控制技术发展的焦点和热点，被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。
1传统的集散控制(D C S)方式分析DCS 系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，是完成过程控制、过程管理的现代化设备。
从结构上划分,DCS 包括过程级、操作级和管理级。
过程级主要由过程控制站、I /O 单元和现场仪表组成,是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括:操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态，管理级主要是指工厂管理信息系统(M I S 系统)。
由于技术的发展和设备可靠性的提高，用于工业过程控制的过程控制站规模变得日益庞大，功能变得日益集中,现场信号的检测、传输和控制均采用4m A ～20m A 的模拟信号，这正是对“分散控制、集中监控”思想的违背。
随着火力电厂设备的日益复杂化，功能日趋多样化，DCS 控制方式已经暴露出了越来越多的问题；而FC S 控制系统真正做到了这一点，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集，数据处理，控制运算和数据输出大部分现场功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。
基于现场总线技术的分布式控制系统的设计与实现
作者简介 ：柴宝仁 ．男．１５ ９８年生．高级讲师，主要从事计算机控制应用软件开发研究。
维普资讯
・
４ ２・
齐 齐 哈 尔 大 学 学 报
２０ ０ ６矩
定的控制曲线对被控对象进行控制 ，定期将实时参数上传给上位机。
中图分类号 ：Ｔ ３ ６ Ｐ １． ４
随着现代工业的飞速发展和生产装置规模的不断扩大 ， 生产过程 日 趋复杂 ，对企业生产 自动化和各种 信息的集成要求越来越高。对 自动化的要求 已不仅是保持个别变量的稳定，而且要求实现多个变量的最优 控制。分析和设计最优控制系统已成为现代控制理论的基本内容 ， 对于复杂的控制对象 ，由于它们往往同
线 ，对数据进行定期保存并实现历史数据的查询。
同时监控微机还能对实际控制曲线和理想控制曲线 进行显示对 比， 并分析误差 ， 并能逐步找出各个控 制节点的最佳控制曲线 。监控微机通过一块 Ｌｎ ｏ— Ｗｏｋ 适配器连接到总线上 ，通过 Ｄ ＥＳｒ ｒ ｒｓ Ｄ ｅ ｅ与网 ｖ
络通信以实现对网络运行状况的监测 。
时，并行 ， 独立工作 ，控制对象分布面很广，因此把它们联系起来实现分布式控制是现代控制技术 中的重
要发展方向 分布式控制系统具有可靠高 、速度快 、系统模块化 、价格低 、设计开发相对简单 ，人们越来
越多地把原来使用计算机进行的集 中式控制系统改为分布式控制系统 。但是分布式控制系统的开发一直没
基 于现 场 总线 技 术 的分布 式控 制 系统 的设计 与实现
柴宝仁 许维平 。
（． １ 齐齐哈尔大学应用技术学院 ，齐齐哈尔 １１０ ；２齐齐哈尔大学计算机与工程学 院 ，齐齐哈尔 １ １０ ６０６ ． ６ ０ ６）
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。
现场总线控制系统工程设计问题考虑
采 用什 么样 的系统结 构配 置 需要考虑 两 方面 问题 。 １ 系统 结构形 式 ） ８ 系统是 否分层 ，分为几层 ，车间层 是否 需要 监控？ ．
ｂ 系统 有无 从 站 ，有 多 少从 站及 如何 分布 ，从 站 设备 如 ． 何 连 接 ，现场 设 备是 否具 有 总线 接 口，可否 采用 分散 式 Ｉ 连 接 ／ Ｏ 从 站 等 。这 需 根据 现场 设 备 的地 理 分布 进 行 分组 ，并确 定 从 站 数 目及其 功 能的划 分。 Ｃ 系 统 有无 主站 及其 数 量 、 分布 和连 接 如何 ？ 这 需根 据 ． 系统可 靠性要 求及 工程费 用情 况决定 。 ２ 总 线类 型选择 ） ａ 根据 系统 是离 散控 制 还 是流 程控 制 ，以及 系统 控 制 要 ． 求 研 究不 同现 场 总 线 的技 术特 点 ，结合 控 制 需要 选 择相 应 的 现 场 总线技 术。 ｂ 根据 系统 对 实 时性 的 要 求 以及 传 输距 离 ，决定 现 场 总 ． 线 的数据传 输速 率 、供 电方式等 。 ｃ 确 定是 否需 要车 间级监 控和 监控 站。 ． ｄ 根据 系统 可 靠性 要 求 ，结 合工 程经 费 ，决定 主 站形 式
４ 其他 ．
现场 总 线工 程 还应 结 合项 目特 点 ，考 察 各种 现 场总 线控 制 系 统市 场 占有率 和 价格 、智 能仪 表 及 电源 配套 程 度 、技 术 支持 和 售后 服 务水 平 、 系统 兼 容性 及 接 口的难 易程 度 等 ，进 行全 面 分析 选择 。 对 于 跨 国项 目 ，还 应 考虑 项 目所在 国的经 济 发 展水 平 、是 否受 到经济 和技 术制 裁、 工程运 行维 护成本 等 因素 。
社 ．０ ０ ２０．
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。
现场总线控制系统设计
现场总线控制系统设计摘要：根据笔者开发项目现场总线系统的设计和试运经验,全面介绍了现场总线系统的设计原则和方法。
同时也介绍了与现场总线控制系统有关的术语和概念。
设计原则主要涉及系统的开放性、有效性、安全性、有效性与安全性平衡以及经济适用性等原则;设计方法包含了设计周期的两个部分———概念设计和详细设计。
详细设计主要涉及网络设计、设备选型、系统组态及文档创建等。
为同类系统的设计提供了可以借鉴的原则和方法。
关键词：现场总线控制系统;有效性;安全性;设计过程引言根据IEC61158标准定义:现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
具有全数字化、全分布、双向传输、自诊断、低成本、开放性、互操作性、智能化等特点,在石油、石化等领域获得了成功的应用。
目前现场总线标准尚未统一,市场上主流产品有40种之多。
现场总线控制系统的工程设计是根据生产工艺特点从市场上选择一种符合生产要求的现场总线产品并根据设计原则构建现场总线控制系统。
笔者根据多年多套现场总线控制系统的设计、安装和试运经验,以苏丹穆格来得油田开发项目所使用的基金会现场总线系统为例,介绍现场总线控制系统的设计原则和设计方法,为现场总线控制系统的设计提供可以借鉴的经验。
1现场总线控制系统设计原则1.1有效性原则有效性是回路正常运行时间占总时间的百分比,其目的是尽量减少生产过程的损失。
获得高有效性的工程实现方法有分散、诊断和冗余。
分散包括网络分散、结构分散、设备物理位置分散、控制回路分散和有限停车等。
冗余要求控制器冗余、链路设备冗余、I/O卡件冗余、通信模件冗余、连接介质冗余、变送器冗余和电源冗余等。
除此之外,还有冗余分离、备份主设备等辅助备份技术。
系统诊断是指设计中对现场总线设备丰富的状态字节和判断能力的利用,从而迅速确定过程问题、故障设备；减少平均修复时间、系统错误停车；实现备份设备间的正确切换等。
现场总线控制系统设计
摘要基于现场总线的控制系统是热工控制系统的发展方向，目前基于现场总线的控制系统在电厂中还没有应用. 本文介绍了现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）的发展，以及FCS的结构及主要技术特点。
全面分析了CAN底层协议和应用层协议DeviceNet的技术特点、协议规范，根据现场对系统的要求，设计出一个基于CAN总线的控制系统，系统充分利用CAN总线的优点，具有较高的可靠性、良好的开放性和互换性。
并且针对这种系统存在的问题进行了分析并提出措施.ABSTRACTField bus control system is the development direction of the thermal control system, field bus control system in the power plant has not been applied. This paper introduces a fieldbus control system (FCS Field-bus Control System), as well as the structure and main technical features of FCS. CAN bottom of a comprehensive analysis of the application layer protocol agreement and the technical features DeviceNet, norm, the scene of the system requirements, design of a control system based on CAN bus, CAN bus system to take full advantage of the merits of improving the system reliability and openness. This system also analyzes the problems and proposed measures.前言一般把现场总线系统Fieldbus Control System，FCS）称为第五代控制系统。
集散控制系统及现场总线
05
集散控制系统与现场总线的发展 趋势
技术发展趋势
01
智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，集散控制系统和现场总线将实现
更高程度的智能化，包括自适应控制、智能故障诊断和预测性维护等功
能。
02
网络化
工业物联网技术的发展将促进集散控制系统和现场总线的网络化，实现
设备与系统之间、系统与系统之间的互联互通，提高数据传输效率和系
统协同能力。
03
安全性增强
随着网络安全威胁的增加，集散控制系统和现场总线的安全性将受到更
多关注。未来，相关技术和标准将更加注重系统安全防护、数据加密和
防止恶意攻击等方面。
产业发展趋势
行业融合
集散控制系统和现场总线作为工业自动化领域的重要技术， 将与智能制造、工业互联网等产业深度融合，推动工业领 域的数字化、网络化和智能化发展。
高可靠性
DCS系统采用模块化设计，易于扩展和升 级，能够适应不同规模和复杂度的控制需 求。
DCS系统通常采用冗余设计和故障自诊断 技术，确保在出现故障时能够及时发现并 处理，保障系统的连续稳定运行。
02
现场总线
现场总线的定义
现场总线是一种用于工业自动化领域 的通信协议，它实现了智能设备之间 以及智能设备与控制系统之间的实时 、双向、数字化的通信。
交通运输领域的应用
智能交通系统
电动汽车充电设施
集散控制系统通过现场总线技术实现对 交通信号灯、摄像头、检测器等设备的 远程监控和控制，提高交通运行效率。
利用现场总线技术构建电动汽车充电设施监 控系统，实现对充电设备的远程监控和管理 ，提高充电设施的运行效率和服务质量。
轨道交通自动化
在地铁、轻轨等轨道交通领域，DCS 可实现对列车运行、信号系统、乘客 信息系统等的集中管理和控制。
现场总线第1讲FieldbusControlSystemFCS
1.现场总线概述
现场总线(Fieldbus)的概念： 是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、
双向、多站的通信系统。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 。 主要用于：
制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化 系统中。
※50年代之前的气动仪表控制系统称作第一代 ※单元组合仪表为基础的常规仪表控制系统称为第二代 ※集中型计算机控制系统称为第三代 ※第四代控制系统是指70年代中期以后发展起来的DCS
作为新一代控制系统： 一 方 面：FCS突破了DCS采用专用通信网络的局限，采用了基于开
放式、标准化的通信技术，克服了封闭系统所造成的缺陷； 另一方面：FCS进一步变革了DCS中“集散”系统结构，形成了全分
H1
H1 H1
H2 现场总线
现 场 设 备 124
H1 现场总线 网桥
32 现场设备 H1 现场总线
32 现场设备
FCS控制层原 理图
FieldBus） 1
现场总线的概述（ 例如，智能化变送器除了具有 常规意义上的信号测量和变送
功能以外，往往它还具有自诊
a.包含CPU 传统控制bc系..具能统有直很接强数的字功通能信现场仪表
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
包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点
通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
网 络
位于
生产控制 网络结构
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现场总线网络与控制设计
选用现场总线技术的原因
- 时代及技术进步的要求； - 彻底分散控制，提高系统的可靠性； - 提高整个系统的智能化水平； - 大幅度节约系统成本的要求。
系统设计—前期准备
1.总线选择
(1)现场总线的类型
根据具体的情况选择相应的现场总线；考查该现场总线的 先进性；调研该现场总线的市场占有率；考查该现场总线的 技术和服务。
1
保证系统实时性、 多任务、和多回路
分布特性。
2
保证系统设备的 互联、互操作和
互换性
考虑如:网络节点数、节 点的位置分布、总线速率 和传输能力。
考虑如:总线设备之间遵 从的协议;考虑网络的升 级和设备替换。
现场总线设计原则
现场总线系统设计要保证系统运行的可靠性。在特殊的场 合，总线系统要采用屏蔽、防爆、甚至要求有冗余备份。
监测节点设计
温室农作物主要受到环境中的温度、湿度、光照、二氧 化碳浓度、土壤湿度和PH值等因素的影响。通过传感器对 这些参数因子进行定时测量，并通过主控制器内置的模拟 信号处理电路对采集到的信号进行调整处理，由通信接口 传输到上位机。
通信接口部分采用具有SPI接口的独立CAN控制器MCP2510 和收发器PCA82C251，实现与CAN总线的数据通信。
(2)冗余要求
对于有冗余要求的控制系统，应选择具有冗余功能的电源、 主站、从站、耦合器、光缆等设备。
(3)本质安全要求 (4)系统实时性要求
系统设计—前期准备
2.系统控制点数确定
系统控制点主要类型包括：开关量输入点、输出点和模拟量 输入点、输出点。更重要的是知道每个从站的控制点数。
3.主站选择
主站有三种： ①可以插入人工控机中的现场总线主站模块； ②集成有主站功能的大中型PLC; ③集成了主站功能和商用计算机功能的一体化嵌入式超小
2.系统测试运行
软件代码的下载测试包括PLC程序和上级监控软件程序; 网络系统通信功能测试; 实际现场总线控制系统的起动，低水平运行; 逐步投运全部功能;
物联网控制基础
Internet of Thing
2.5 温室监测CAN总线控制系统
系统总体设计
基于CAN总线的温室监测系统主要由上位机监控中心和各网 络监测节点组成。
1.控制系统设计
系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。
（1）硬件系统设计
包括主站控制柜、从站控制柜、电缆走线、主站和从站外围 电器线路等整个现场总线控制系统硬件部分的设计和抗干扰措 施的设计。
现场总线控制系统的硬件设计包括：电气控制系统原理图的 设计、电气控制元器件的选择和控制柜的设计。
系统设计—系统设计与调试
系统总体设计
基于CAN总线的温室监测系统总体结构图如图所示：
监测节点设计
监测节点的设计采用德州仪器公司生产的MSC1210Y5作为主控 制器。其特性如下：
处理器内核：集成了一个增强型8051内核； 时钟周期：33MHz； 工作电压：2.7V~5.25V； 程序存储器：32K的Flash； 静态存储器：112KB的SRAM; A/D:八通道24位高精度A/D转换器； 内置1~128倍可编程增益放大器和温度传感器； 含有3个16位的通用定时/计时器，21个中断源和一个串行外 围接口SPI。
上位机采用通用的PC机，上位PC机采用CAN/232智能CAN 接口卡与网络上的各个监测点进行通信，负责对整个系统中的 监测节点进行监控，发送控制命令和一些参数配置信息，并接 收来自各个节点的状态信息和测量数据，监视温室的环境参数， 及时的改善生长条件，同时将上位机接入到Internet。
监测节点主要由采集模块、主控制模块和通信模块组成。
3
4
充分考虑监控和通 信软件的功能
兼顾设计的先进性 和经济性
现场总线系统设备厂 家一般可提供给用户相应 的系统软件。
设计实际监控系统时， 要在系统先进性和经济性 上折中考虑。
现场总线网络与控制设计
网络设计主要考虑因素
现场仪表设备分布情况 控制任务执行设备的选择和安装地点 服务器、工作站设备的选择和地点 布线系统设计，如走向、拓扑、介质
（2）软件系统设计
软件系统设计主要指编制主站控制程序，如果需要的话，还 可能要编制从站的独立控制程序。
2.控制系统的调试
控制系统的调试包括：现场调试和模拟调试。
软件开发组态
1.监控软件开发
监控软件可以为过程控制优化建立和组态自己的用户界面。 开发工具可以绘制各个生产或者工程监控画面，利用控件组态 建立各种控制、显示框、动画、声音等来对整个生产过程动态 实时的显示运行状态。
2.系统和设备组态
组态就是把已经准备好的不同子系统或功能单元进行组合 ，使整个系统或单元达到用户要求的整体应用效果和功能状态 。组态是构造整个网络控制系统的核心部分。
系统运行、维护
1.系统设备调试
检查设备：运行监控软件，在线监视设备的通信状态是否正常； 检查位号和量程：各节点位号和量程应与实际一致; 检查PID的作用方式和调节阀的动作方向； 检查UPS自动切换功能。
监测节点设计
监测节点的原理图：
通信系统硬件设计
独立CAN控制器MCP2510
美国微芯科技有限公司生产的MCP2510是 一款控制器局域网络(CAN)协议控制器,完 全支持CAN总线V2.0A/B技术规范。
MCP2510能够发送和接收标准和扩展报文 。它还同时具备验收过滤以及报文管理功 能。该器件包含三个发送缓冲器和两个接 收缓冲器，可编程设置优先级，六个接收 过滤器和两个屏蔽器，减少了单片机(MCU) 的管理负担。
物联网控制基础
Internet of Thing
2.4 现场总线控制系统设计
现场总线系统设计过程
1 现场总线系统设计原则 2 现场总线网络与控制设计
3 软件设计 4 现场总线系统运行、维护
现场总线设计原则
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
现场总线系统设计要保证系统运行的可靠性。在特殊的场 合，总线系统要采用屏蔽、防爆、甚至要求有冗余备份。
型IPC。
系统设计—前期准备
4.从站选择
包括：从站数量的选择；I/O模块的类型和数量选择。
5.系统软件选择
包括：系统软件选择；系统应用软件选择；编程软件选择。
6.电缆选择
针对不同的使用场合和不同的性能要求要选择的电缆也不同。 要选择使用标准的、经过认证的现场总线电缆。
7.系统分析、诊断工具选择
系统设计—系统设计与调试