现场总线概述

目录

1现场总线的概念 (2)

1.1现场总线的产生 (2)

1.2现场总线的特点 (2)

1.2.1封闭的物理过程 (2)

1.2.2更大的覆盖范围 (3)

1.2.3可连接的设备数量多 (3)

1.2.4操作的适时性 (3)

1.2.5传输的完整性、有效性 (3)

1.2.6用户可选择的服务 (3)

1.2.7集成、开放结构 (3)

1.2.8适应严酷的环境条件 (3)

2现场总线发展状况 (3)

2.1几种现场总线及其性能 (3)

3总线通信协议基本模型 (4)

4现场总线的发展趋势 (4)

4.1FCS将会在一定的时期内成为主流控制系统[3] (4)

4.2现场总线的发展与计算机通信技术的关系 (5)

参考文献： (5)

现场总线概述

电子信息工程专业学生学生姓名李欣越

指导教师闫改珍

摘要:现场总线是工业中用于现场仪表和控制室系统之间的一种全数字化、双向、多站的通信系统,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。本文对现场总线技术进行了简要概述,主要讲述了它的特点、现状,并阐述了现场总线技发展趋势。

关键词:现场总线的产生级特点、总线通信协议、现场总线的发展状况、现场总线的发展趋势

1现场总线的概念

1.1现场总线的产生

工业现场控制随着通信、微电子、微处理器等技术的进步而不断的发展,60～70年代采用两线制4～20 mA标准信号;进入80年代,微处理器被嵌入到各种仪表设备之中,形成了分布式控制系统(DCS)。在分布式控制系统中,虽然现场仪表因含有微处理器而形成智能现场仪表,但由于是三层结构模式,成本较高,且各公司

的DCS系统有各自的标准,不能互联。鉴于以上情况,国外提出了现场总线概念,

现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通迅规程,是互相操作以及数据共享的公共协议。现场总线的国际标准从1984年开始就着手制订,先后经过9次投票表决,其中两次遭到否决,但经过有关各方的共同努力和协商妥协,在1999年年底的投票表决中,经过修改后加入Control Net等7种协议的IEC61158国际标准已经正式获得通过。

现场总线技术是当今自动化领域技术发展的热点课题,并受到各国自动化设备制造商与用户的广泛关注。它的出现,给工业控制技术领域带来了又一次革命,以现场总线为基础的全数字控制系统———现场总线控制系统(FCS)将是21世纪自动控制系统的主流。[1]

1.2现场总线的特点

现场总线原理上是一种制造过程中设备间的通信方式，如机器上的传感器、执行器等设备间的通信方式，以及其与控制级设备之间的通信方式等；“现场总线”可以用一些显著的特点来描述：

1.2.1封闭的物理过程

现场总线作为整个通信构架的最底层，将传感器、执行器以及各种设备与控制系统联接起来，独立传输二进制或模拟信号。这些传感器和执行器直接安装在物理过程上，随着技术的发展，现场总线逐渐在基于模拟信号的物理过程和基于数字信息的控制领域之间建立了边界，产生了许多专业化的解决方案，如ASI、

CAN等这些解决方案统称为“传感器/控制器总线”。

1.2.2更大的覆盖范围

自动化监控系统的数字通信总线的分类准则是尺度、串并、用途、技术、不同的分类，用途各异，技术有别。现场总线覆盖范围在100-5000M之间。

1.2.3可连接的设备数量多

一条总线可连接的设备量10在至几百台之间。在一个大型工厂中可以有10个或更多的总线段接在一起连接上千台设备因此现场总线是一种将许多简单设备组成一个复杂系统的技术。

1.2.4操作的适时性

现场总线通信系统通常是自动化过程中控制功能的核心部分，必须遵守由控制系统提出的时间限制，其基本的功能就是可预期的存取时间和可预期的传递时间另外还应具有在突发事件的情况下为过载传输提供阻抗的功能。

1.2.5传输的完整性、有效性

工业自动化控制系统应具备可靠性、安全性、和实时性，现场总线传递信息是以引起物质或能量的运动为最终目的：用于测量和控制数据通信的主要特点是：许对事件进行实时响应的驱动通信可用性、数据完整性在有电磁干扰和低电位差的情况下能正常工作以及可使用工厂内专用的传输线等。由于这种传输系统是连接生产过程的惟一物理途径，因此传输必须非常可靠。

1.2.6用户可选择的服务

可满足不同方面的多种需求的应用，如优先权、服务完整性、时间性以及网络拥塞的恢复能力，即意味着服务和服务性能对于用户（或应用）来讲是可选择的。对于给定的现场设备，对不同的应用应达到不同的质量要求，因此现场总线必须支持远程组态功能，以便选择适当的通信质量和适当的本地应用。

1.2.7集成、开放结构

除了满足传统的客户服务外，现场总线应支持分布式时间循环结构，并通过变量进行交换，这些变量构成了一个实时更新的共享的数据库。

1.2.8适应严酷的环境条件

由于现场总线靠近生产过程，面对的是苛刻的、特殊的环境条件，因此现场总线应经受得住这样环境，并且不受高电磁干扰的影响。

2现场总线发展状况

现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,它也被称为现场底层设备控制网络。20世纪80年代以来,现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮;美国仪表协会于1984年开始制订现场总线标准,在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等,各种现场总线标准陆续形成。[2]其中主要的有:基金会现场总线FF、控制局域网络CAN、局部操作网络Lonworks、过程现场总线PROFIBUS和HART协议等。但是,总线标准的制订工作并非一帆风顺,由于行业与地域发展等历史原因,加上各公

司和企业集团受自身利益的驱使,致使现场总线的国际化标准工作进展缓慢。

但是不论如何,制订单一的开放国际现场总线标准是发展的必然。

2.1几种现场总线及其性能