现场总线

简述现场总线的概念
现场总线是指将各个传感器、执行器和控制设备连接到一个共享的通信线路上，在这个线路上进行数据传输和控制命令的通信系统。

现场总线可以将各个设备连接并集成在一个系统中，从而实现实时的数据交换和远程控制。

现场总线的主要特点包括：
1. 集成性：现场总线可以将各个设备连接在一起，形成一个集成的系统。

通过共享通信线路，各个设备可以实时地交换数据和命令，从而实现设备之间的协同工作。

2. 可扩展性：现场总线可以根据实际需求进行扩展和扩展，灵活调整系统规模。

新的设备可以很容易地添加到现有系统中，而不需要改变整个系统的结构。

3. 实时性：现场总线的设备可以通过共享的通信线路实时地交换数据和控制命令。

这使得系统具有较高的响应速度和实时性，能够满足对实时控制的要求。

4. 可靠性：现场总线通常会采用冗余和错误纠正技术，以提高系统的可靠性。

当某个设备发生故障时，其他设备可以接管其工作，保证系统的连续运行。

5. 易于维护：现场总线的连接和布线相对简单，维护成本低。

通过集成的系统管理软件，可以实时监控和管理整个系统，便于故障排除和维护。

现场总线广泛应用于工业自动化领域，如工厂自动化控制系统、楼宇自动化系统、交通信号控制系统等。

它提供了一种高效可靠的通信方式，实现了设备的集成和协同工作，提高了生产效率和系统的可靠性。

现场总线概述一、现场总线简介随着操纵、运算机、通信、网络等技术的进展，信息互换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到操纵、治理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。

信息技术的飞速进展，引发了自动化系统结构的变革，慢慢形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。

现场总线确实是顺应这一形势进展起来的新技术。

现场总线是现今自动化领域技术进展的热点之一，被誉为自动化领域的运算机局域网。

它的显现，标志着工业操纵领域又一个新时期的开始，并将对该领域的进展产生重要阻碍。

现场总线是应用在生产现场、在微型运算机化测量操纵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、多点通信的底层操纵网络。

它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有普遍的应用背景。

现场总线技术将专用于微处置器置入传统的测量操纵仪表，使它们各自具有数字计算和通信能力，采纳可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量操纵仪表连接成的网络系统，并按公布、标准的通信协议，在位于现场的多个微型运算机化测量操纵设备之间和现场仪表与远程监控运算机之间，实现数据传输与信息互换，形成各类适应实际需要的自动操纵系统。

简而言之，它把单个分散的测量操纵设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成能够彼此沟通信息、一起完成自控任务的网络系统与操纵系统。

它给自动化领域带来的转变正如众多分散的运算机被网络连接在一路，使运算机的功能、加入到信息网络的行列。

因此把现场总线技术说成是一个操纵技术新时期的开端并只是分。

利用现场总线技术给用户带来的益处：1节省硬件本钱2设计组态安装调试简便3系统的平安靠得住性好4减少故障停机时刻5用户对系统配置设备选型有最大的自主权6系统保护设备改换和系统扩充方便7完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础二、现场总线的种类在过去的10年内，显现了许多的总线产品，较流行的有：德国Bosch公司设计的CAN 网络（Controller Area Network）,美国Echelon公司设计的LonWorks网络（Local Operation Network），按德国标准生产的Profibus(Profess FieldBus)总线，Rosemount公司设计的Hart （Highway Addressable Remote Transducer）总线，罗克韦尔自动化公司的DeviceNet 和ControlNet等。

什么是现场总线？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（DistributedControlSystem DCS）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FC S），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。

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工业控制技术。

通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同于计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。

现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一。

现场总线被誉为自动化领域的计算机局域网1．1、现场总线的特点根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会(ISA)对现场总线的定义：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。

SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是：●星型总线用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线●总线型总线数据传输距离长、速率高，采用点对点、点对多点和广播式通信方式2．2、现场总线技术特征现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。

（1）现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体（双绘线、同轴电缆或光纤）以总线拓扑相连；（2）网络数据通信采用基带传输（即数字数据数字传输），数据传输速率高（为Mbit/s或10Mbit/s级），实时性好，抗干扰能力强；（3）废气了集散控制系统（DCS）中的I/O控制站，将这一级功能分配给通信网络完成；（4）分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；（5）开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；（6）互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络。

1.现场总线定义按照国际电工委员会IEC标准的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式，双向传输，多分支结构的通信网络。

2.现场总线的本质含义表现在几个方面1.现场通信网络。

现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到生产现场中的现场设备，是过去采用点到点式的模拟量信号传输或开关量信号的单点并行传输变为多点一线的双向串行数字传输。

2.现场设备互联。

现场设备是指位于生产现场的传感器、变送器和执行器等。

这些现场设备可以通过现场总线直接在现场实现互联，相互交换信息。

在DCS中，现场设备之间是不能直接交换信息的。

3.互操作性。

互操作性指来自不同厂家的设备可以互相通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。

它体现在用户可以自由的选择设备，而这种选择独立于供应商、控制系统和通信协议；制造上具有增加新的、有用功能的能力，不需要专用协议和特殊定制驱动软件和升级软件。

4.分散功能块。

现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行，因此可以取消传统DCS的过程控制站。

例如现场总线变送器还可以运行PID控制功能块，现场总线执行器还可以运行PID控制功能块和输出特性补偿块还可以实现阀门特性自校验和阀门故障自诊断功能。

5.现场总线供电。

现场总线完成为现场设备供电的功能。

总线供电不仅简化了系统的安装布线，而且可以通过配套的安全栅实现本质安全系统，为现场总线控制系统在易燃易爆环境中的应用奠定了基础。

6.开放式互联网络。

现场总线为开放式互联网络，即可于同层网络互连，也可与不同层网络互联。

现场总线协议是一个完全开放的协议，它不像DCS那样采用封闭的、专用的通信协议，而是采用公开化、标准化、规范化的通信协议。

这就意味着来自不同厂家的现场总线设备，只要符合现场总线协议，就可以通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化。

3.现场总线通信系统组成由数据发送设备、接收设备、传输介质、传输报文和通信协议等部分组成。

4.几种典型的现场总线（考名词解释）CAN控制局域网络；PROFIBUS过程现场总线；WorldFIP世界工厂仪表协议；HART是可寻址远程传感器数据通路；ControlNet是IEC标准类型2，主要用于PLC与计算机之间的通信网络，也可在逻辑控制或过程控制系统中用于连接串行、并行的I／O设备，人机接口等；DeviceNet是一种基于CAN技术的开放型通信网络，主要用于构建底层控制网络，其节点由嵌入了CAN通信控制器芯片的设备组成；ASI执行器或传感器接口，它是一种用在控制器和传感器/执行器之间双向交换信息的总线网络，属于底层自控设备的工业数据通信网络；FF 现场总线基金会。

1、什么是现场总线？安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

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。

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。

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。

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。

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。

现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。

由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。

2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。

（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，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。

（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，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）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。

现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。

（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。

现场总线是什么？
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现场总线是什么？
现场总线是什么？
这是个本质的问题，是第一个需要回答的问题。

经典教程曰：现场总线是指应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信技术，被誉为自动化领域的计算机局域网，已经成为控制网络技术的代名词。

还曰：现场总线是以测量控制设备作为网络节点，双绞线等传输介质作为纽带，把位于生产现场、具备了数字计算和数字通信能力的测量、控制、执行设备连接成网络系统，遵循规范的通信协议，在多个测量控制设备直接、以及现场设备和远程监控计算机之间，实现数据传输和信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。

教材对现场总线的描述显得冗余、抽象，让人觉得既可以说是一门技术，又可以说是一种网络，是以标准化的文本展现，还和工业控制紧密联系构成系统。

那么如果要求用一句话来解释什么是现场总线？工
程师们往往会产生以下表1所示的一些说法，首先这些说法从某个角度来说有一定道理，确实体现在工业实践中，但是光有这些理解是不够的，是不能准确、全面的掌握现场总线的。

大多数工程师往往会将具体实现、组成技术与现场总线的本质混淆。

于是本人先给出这些理解的角度，在接下来的章节会再从这些角度进行深入解析，说清楚为什么这些理解都不够准确。

现场总线是指连接传感器、执行器、plc、调节器、驱动器和人机界面等现场设备的网络，相当于人体的神经系统，为人体传递各种感知。

现场总线从本质上来说就是一种局域网。

它用标准来具体描述，软硬件与协议遵循标准规范，运用在控制系统中作为通信方法。

现场总线的概念
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，它用于在现场设备（如传感器、执行器、变送器等）和控制系统（如PLC、DCS、FCS等）之间进行数字通信。

现场总线是一种开放式、数字化、双向通信系统，它允许不同的设备之间进行实时通信和数据交换。

这些设备通常位于工厂的现场，用于监测和控制生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。

现场总线的特点包括：
1.开放式：现场总线是一种开放式通信协议，允许不同的设备之
间进行通信，不受厂商和技术的限制。

2.数字化：现场总线采用数字信号进行通信，相比传统的模拟信
号具有更高的精度和稳定性。

3.双向通信：现场总线支持双向通信，即设备之间可以进行数据
交换和相互控制。

4.实时性：现场总线具有较高的实时性，能够满足工业自动化领
域的实时监测和控制要求。

5.可靠性：现场总线具有较强的抗干扰能力，能够在恶劣的工作
环境下稳定运行。

常见的现场总线协议包括Modbus、Profinet、CAN总线、HART等。

这些协议各有特点，适用于不同的应用场景。

在选择现场总线时，需要根据实际需求和应用场景进行综合考虑。

第五章现场总线(Field Bus)§5.1 概述一、现场总线的定义与发展与发展：：安装在生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置间的数字式装置间的数字式、、串行和多点通信的数据总线串行和多点通信的数据总线。

1. 初始想法初始想法：：现场设备智能化2. 关键问题关键问题：：统一标准3. DCS FCS传统DCS 结构:二、现场总线的特点和优点（1）实时性实时性：：具有较高的数据传输率具有较高的数据传输率，，合理分配总线资源合理分配总线资源，，每个节点都能及时收发信息（2）互操作性互操作性：：实现互连设备间实现互连设备间、、系统间的信息传送与沟通（3）互换性互换性：：要求不同制造商生产的性能类似的设备可进行互换（4）开放性开放性：：协议公开协议公开，，不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换（5）现场设备的智能化与功能自治性（6）经济性经济性：：节点价格低节点价格低，，传输介质较廉价传输介质较廉价，，减少线缆（7）安全性安全性：：解决防爆问题（8）可靠性可靠性：：解决环境适应性问题解决环境适应性问题，，具有较强的抗干扰能力使得控制系统的设计使得控制系统的设计、、安装安装、、投运投运、、正常生产运行及检修维护都得到了优化现场总线仪表是指连接在现场总线上的各种仪表或设备或设备，，按功能可分为六类按功能可分为六类：：–变送器类变送器类：：压力变送器压力变送器、、温度变送器等温度变送器等；；–执行器类执行器类：：气动执行器气动执行器、、电动执行器等电动执行器等；；–转换器类转换器类：：现场总线/电流转换器电流转换器、、现场总线/气压转换器等换器等；；–接口类接口类：：计算机和控制器与现场总线之间的接口仪表或设备或设备；；–电源类电源类：：现场总线仪表供电电源现场总线仪表供电电源；；–附件类附件类：：总线连接器(网桥)、终端器终端器、、中继器等中继器等。

现场总线仪表的特点:全数字性全数字性；；精度高精度高；；抗干扰能力强抗干扰能力强；；内嵌控制功能内嵌控制功能；；高速通信；多变量测量和传输多变量测量和传输；；系统综合成本低系统综合成本低；；真正的可互操作性；真正的分散控制本质安全型(Intrinsic safety)仪表又叫安全火花型仪表又叫安全火花型仪表。

第一章现场总线概述一、现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。

二、IEC对现场总线的定义：现场总线是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实行双向、串行、多节点数字通信的技术。

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。

三、经历了几代控制系统第一代控制系统：以20世纪50年代前的气动信号控制系统PCS为主；第二代控制系统：把4～20mA等电动模拟信号控制系统；第三代控制系统：把数字计算机集中式控制系统称为第三代;第四代控制系统：把70年代中期以来的集散式控制系统DCS(Distributed Control System)称作第四代。

四、现场总线的本质含义主要表现在以下6个方面：1、现场通信网络：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络2、现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互联，传输线可以使用双绞线、同轴电缆。

光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。

3、互操作性，4、分散功能块，5、通信线供电，6、开放式互联网络。

五、现场总线的特点与优点：1，结构特点：现场总线控制系统（FCS）打破了传统控制系统的（DCS）的结构形式。

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。

1），系统的开放性；2），互可操作性与互用性；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，优点：1）节省硬件数量与投资；2）节省安装费用；3）节约维护开销；4）用户具有高度的系统集成主动权；5）提高了系统的准确性与可靠性。

六、基金会现场总线(FF)，CAN，DeviceNet，LonWorks，PROFIBUS，HART，INTERBUS，CC-Link，ControlNet，WorldFIP，P-Net，SwiftNet．第二章数据通信系统与网络互联一、总线的基本术语：1，总线与总线段。

现场总线中的名词解释在现代工业自动化系统中，现场总线是一个重要的概念。

它是一种用于连接各种现场设备和控制系统的通信技术。

通过传输数据和信号，现场总线实现了实时监测和控制，提高了系统的可靠性和灵活性。

在这篇文章中，我将对现场总线中的一些关键名词进行解释，帮助读者更好地理解现场总线技术。

1. 现场总线（Fieldbus）现场总线是用于连接各种现场设备的数字通信系统。

它使用了一种开放的标准，通过一根或多根传输线路，将信号和数据传输给现场设备。

现场总线系统可以在一个物理网络上同时传输多种信号，如数据、控制命令、故障状态等。

相较于传统的集线器和点对点连接方式，现场总线提供了更高的效率和可扩展性。

2. 主站（Master）主站是现场总线架构中起控制和管理作用的设备。

它能够通过总线上的通信协议与各个从站进行数据交换和控制命令传输。

主站通常由上位机、PLC（可编程逻辑控制器）或其他控制设备实现。

主站负责对网络进行配置、数据采集、控制命令下发以及故障排除等工作。

3. 从站（Slave）从站是现场总线架构中执行实际工作的设备。

每个从站都与总线连接，并具有独立的地址。

从站能够接收主站发送的控制命令，并将实时数据传输回主站。

从站通常是各种现场设备，如传感器、执行器、伺服驱动器等。

通过从站与主站之间的通信，现场总线实现了对各个现场设备的集中监控和控制。

4. 总线结构（Bus Topology）现场总线采用总线拓扑结构。

在总线结构中，所有设备共享同一条传输线路。

传输线路两端连接主站和从站，而从站之间是串联连接的。

这种结构特点使得总线系统的布线更为简洁，减少了线缆的使用量和系统成本。

同时，总线结构使得现场设备之间的通信更加灵活和实时。

5. 周期通信与事件通信（Cyclic and Acyclic Communication）现场总线中的通信方式通常分为周期通信和事件通信。

周期通信是按照固定时间间隔进行数据交换的方式。

主站通过周期性地发送查询命令，获取从站的实时数据。

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什么是现场总线？现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、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。

它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。

它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。

这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，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。

现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、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。

由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。

目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。

下面让我一起去认识主要的几种总线。

一、FF现场总线FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA(北美部分，不包括欧洲)和ISPFoundation于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。

什么是现场总线-现场总线的概念什么是现场总线?现场总线的概念按照国际电工委员会IEC标准和现场总线基全会FF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式、双向传输、多分支结构的通信网络。

现场总线的本质含义表现在以下几个方面: (1)现场通信网络现场总线作为一种数字式通信网络一直延伸到生产现场中的现场设备，使过去采用点到点式的模拟量信号传输或开关量信号的单向并行传输变为多点一线的双向串行数字式传输。

(2)现场设备互连现场设备是指位于生产现场的传感器、变送器和执行器等。

这些现场设备可以通过现场总线直接在现场实现互连，相互交换信息。

而在计算机集散控制系统中，现场设备之间是不能直接交换信息的。

(3)互操作性所谓互操作性是指来自不同厂家的设备可以相互通信，并且可以在多厂家的环境中完成功能的能力。

它体现在?用户可以自由地选择设备，而这种选择独立于供应商、控制系统和通信协议;?制造商具有增加新的、有用的功能的能力;?不需要专有协议和特殊定制驱动软件和升级软件。

(4)分散功能块现场总线控制系统把功能块分散到现场仪表中执行，因此取消了传统的计算机集散控制系统中的过程控制站。

例如，现场总线变送器除了具有一般变送器的功能之外还可以运行Pm控制功能块。

类似地，现场总线执行器除了具有一般执行器的功能之外，还可以运行控制功能块和输出特性补偿块，甚至还可以实现阀门特性自校验和阀门故障自诊断功能。

(5)现场总线供电现场总线除了传输信息之外，还可以完成为现场设备供电的功能。

总线供电不仅简化了系统的安装布线，而且还可以通过配套的安全栅实现本质安全系统，为现场总线控制系统在易燃易爆环境中应用奠定了基础。

(6)开放式互连网络现场总线为开放式互联网络，既可与同层网络互联，也可与不同层网络互联。

现场总线协议是—‘个完全开放的协议，是采用公开化、标准化、规范化的通信协议。

这就意味着来自不同厂家的现场总线设备，只要符合现场总线协议，就可以通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化。