1-现场总线基础知识

子层。
现场总线的特点
• 现场控制设备具有通讯功能，便于构成工厂底层控制网 络。数字方式取代设备级的模拟量（4-20mA,0-5V等信 号）和开关量信号.
• 通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具 有互可操作性。
• 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 • 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散
现场总线的优点4
• 智能化与自诊断性
–现场总线设备能处理各种参数、运行状态 信息及故障信息，具有很高的智能，能在 部件、甚至网络故障的情况下独立工作， 大大提高了整个控制系统的可靠性和容错 能力。
• 通讯线供电
–允许现场仪表直接从通讯线上摄取能量，
总线供电方式。
4.现场总线国际标准
1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与 实施工作组中的ISA/SP50开始制定现场总线标准； 1985年，国际电工委员会决定由 Proway Working Group负责现场总线体系结构 与标准的研究制定工作；1986年，德国开始制定 过程现场总线（Process Fieldbus）标准，简称 为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及 其产品开发的序幕。
1.现场总线简介
现场总线的概念：
是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、 多分支结构的通讯网路。是底层控制网络的最高层次。
解决问题：
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。
性。
现场总线的优点1
• 全数字化
– 将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦 寐以求的理想，但只有在FCS出现以后才有可能高 效、低成本地实现。生产管理的局域网能够与用于 自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化 信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统 的可靠性。现场总线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；
（2）以单片机、计算机和PLC为控制器的集 中数字控制系统，其内部传输的是数字信号， 克服了模拟仪表中信号精度较低的缺点，提高 了抗干扰能力。整个系统的可靠性低，风险高 度集中。
控制变量
干扰
执行器
被控现 场
被控制变量
开
开
关
关
量
量
控制计算机
D
A
/
/
A
D
集中控制结构示意图
干 扰
现 场 连 线
（3）以集中管理、分散控制为核心思想的集散控制系 统（DCS），在20世纪末期逐步占据了主导地位。
现场总线技术
一.现场总线基础知识
现场总线简介 现场总线的发展 现场总线的特点与优点 几种有影响的现场总线
1.现场总线简介（FieldBus）
当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉 为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着 工业控制技术领域又一个新时代的开始。 为什么要引入现场总线？
现场设备，为提高其性能价格比，在实现其 内部操作时都采用微处理器和数字化元件，提出 了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信 的要求。现场总线满足这种要求。
4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的最本质 特点.网关通讯程序开发工作量大.
控制计算机
CRT操作站
通道指挥器
基本调节器1 基本调节器2 基本调节器3
输入/输出
DCS结构示意图
信号要送到控制站,需要很多连线
（4）现场总线控制系统（FCS）
采用了开放的、可互连的网络技术将现场的各种 控制器和仪表设备相互连接，把控制功能彻底下放到 现场，降低了安装成本和维护费用。
4.现场总线国际标准
现场总线技术起源于欧洲，目前以欧、美、日地区最为发达，世界 上已出现过的总线种类近200种。经过十多年的竞争和完善，目前较有 生命力的有十多种，并仍处于激烈的市场竞争之中。加之众多自动化 仪表制造商在开发智能仪表通信技术中已形成的不同特点，使得统一 标准的制订困难重重。但没有统一标准，用户就难以把不同制造商生 产的仪表集成在一个系统中，因此，现场总线在过程控制中实际应用， 就延误到九十年代后期才实现。
为什么有这么多标准？（１）技术原因：不同行业标准和用户习惯的 继承，不同类型网络互联的协议制定 • （２）商业利益；标准要参照现存的企业 集团或国家标准，吸取众 家之长，互不相让，各干各的，导致目前多种总线共存的局面
现场总线控制系统 （Fieldbus Control System, FCS）
监控计算机 网关
现场总线
压力、温度 流量
开关量
智能阀 …
PLCຫໍສະໝຸດ Baidu
…
2.现场总线的发展
（1）早期的控制系统主要是模拟仪表控制系 统，设备之间传输的信号为1～5V或4～20mA 的直流模拟信号，信号的精度较低，传输过程 中易受干扰。
现场总线与DCS的网络结构比较
3.现场总线的结构特点
按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI） 参考模型建立。将七层简化成三层，分别由OSI参考模型 的第一层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组 成，流量与差错控制由数据链路层完成。考虑现场总线 的通信特点，有些现场总线还设置了一个现场总线访问
现场总线的优点3
• 节省布线及控制室空间
–传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室， 在中央控制室装备一个大配线架。现场总线技术使多台 现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线 进入中央控制室，大量节省了布线费用。
• 互操作性
– 现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就 可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不 同厂商的产品，集成在一起，促进了有效的竞争，降低 了控制系统的成本。为用户提供了更为灵活的系统集成 主动权；
• 全分布
各现场设备有足够的自主性，它们彼此 之间相互通信，完全可以把各种控制功能 分散到各种设备中，而不再需要一个中央 控制计算机，实现真正的分布式控制。
现场总线的优点2
• 全开放 – 1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成 为国际标准，从而使现场总线成为一种开放 的技术。
• 双向传输 – 传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递 一路信号。现场总线设备则在一条线上既可 以向上传递传感器信号，也可以向下传递控 制信息。