现场总线概述

• 3．互操作性
• 现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商可以 提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同 制造商的产品是不可避免的。现场设备互连是基本的要求， 只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。例如，汽车 机械制造设备，电气自动化设备。
• 4．分散功能块
• FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的 功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。
• 基于现场总线的分布式控制系统（FCS），将是继 DCS后的又一代控制系统。
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
1.1.3 现场总线的特点和优点
• 1．现场总线的结构特点 • 现场总线打破了传统控制系统的结构形式。 • 传统模拟控制系统采用一对一的设备连线，按控制 回路分别进行连接。 • 现场总线控制系统由于采用数字信号替代模拟信号， 因而可实现一对电线上传输多个信号，如运行参数 值、多个设备状态、故障信息等。 • 用一根通信线直接互连N个现场设备，从而构成了
是美国通用汽车公司(GM)提 出的一种用于制造自动化的
局域网协议。
网络的骨干
1.2.2 现场总线控制系统的体系结 构
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
控制、网关 信
息
量 减
条形码识别器
少
：输入设备
智能速度控制器
图3 罗克韦尔推出的现场总线控制系统 ：执行器
1.2.2 现场总线控制系统的体系结 构
• 现场总线是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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ展的热点，并将 导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
现场设备的互连网络。
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： 操作员接口 ： 阀和交流驱动器： 检测开关 输入操作命令 执行器，输出设备
变送器 （传感器） ：输入设备
现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结构对比如图1-1所示。
• 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。
• 智能设备以微处理器为核心，实施信息采集、显示、 处理、传输及优化控制等功能。
• 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。 另外，从实际应用的角度，控制界也不断在控制精 度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新 需求。由此，导致了现场总线的产生。
设备获得正确数据 –多节点现场总线无需点对点的布线
1.1.2 现场总线的本质
• 由于标准实质上并未统一，所以对现场总线也有不 同的定义。但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连，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。
• 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。 • 按照IEC对现场总线（fieldbus）一词的定义，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。这是由IEC/TC65负责测量和控制 系统数据通信部分国际标准化工作的SC65/WG6定义 的。
LAN
操作站
操作站
控制站 PROFIBUS-DP
4~20mA H1
LAN
服务器 网桥
CANBUS 现场设备
LonWorks现场总线
传统的模拟仪表
现场设备 DeviceNet现场总线
图1-1 FCS与DCS结构比较
• 2．现场总线的技术特点 • （1）系统的开放性 • 开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标 准的共识与遵从。 • （2）互可操作性与互用性 • 这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间 的信息传送与沟通，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）现场设备的智能化与功能自治性 • 它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功 能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成 自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状 态。
主机系统
以太网交换机
高速以太网
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
31.25kbps
图4 FF HSE 网络架构（体系结构 ）
1.1.1 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。
• 由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态，供用 户灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统，实现彻底 的分散控制。
• 5．通信线供电
• 通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取 能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采 用这种供电方式。
• 6．开放式互连网络
• 现场总线为开放式互连网络，它既可与同层网络互 连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据 库的共享。
第1章 现场总线概述
参考书目
1．《现场总线与工业以太网及其应用技术》，李正军著，机械工业 出版社出版社，2011年9月第1版。
2．《现场总线技术》，刘泽祥著，机械工业出版社，2011年2月第1 版。
3.《现场总线技术及其应用》，甘永梅编著.机械工业出版社,2004年 第1版。
1.1 现场总线的现状与发展