現場總線（Fieldbus）技術概述本章內容第一節、現場總線簡介第二節、現場總線控制系統FCS第三節、現場總線在工業控制過程中的應用第四節、現場總線技術的發展趨勢第一節現場總線簡介1.1概念網絡節點：測量控制設備遠程監測計算機傳輸介質總線協議在測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的技術現場總線（FieldBus）FB-NET的特點：設備之間采用網絡式連接系統的開放性互可操作性通信的實時性與準確性現場設備的智能與功能自治性對現場環境的適應性1.2FB_NET通用現場總線網絡結構FB_NETControlNet和Ethernet/IP現場總線系統體系結構FB_NETProfibus現場總線FB_NETP-NET現場總線FB_NETHSE（HighSpeedEthernet）采用高速以太網技術開發H2現場總線FB_NETWorldFIP現場總線物理層采用IEC61158.2標準，它廣泛應用于發電與輸配電、加工自動化、鐵路運輸、地鐵和過程自動化領域。系統分為三級，即過程級、控制級和監控級FB_NETH1總線支持多種傳輸媒體：雙絞線、電纜、光纜和無線媒體。傳輸速率為31.25Kbps，通信距離最大為1900米。該總線支持總線供電和本質安全。協議由物理層、數據鏈路層、應用層以及考慮到現場裝置的控制功能和具體應用而增加的用戶層組成。FB_NETPROFInet現場總線將工廠自動化和企業信息管理層IT技術有機地融為一體，使用的EthernetTCP/IP技術FB_NET有什么想法？暈眩木有？FB_NET總結下上述FB-NET的共同點都有什么？1.2現場總線網絡的特征雙向串行多節點全數字開放標準

自動化領域的計算機局域網傳統方式:現場級設備與控制器之間連接采用一對一的I/O接線方式，傳遞4-20mA或24VDC信號。

模擬儀表的缺點一對一結構

一對傳輸線，一臺儀表，單向傳輸一個信號安裝接線龐雜，工程費用高，維護困難可靠性差模擬信號傳輸易受干擾，精度低采用數字式通信方式取代設備級的4-20mA(模擬量)/24VDC(開關量)信號；使用一根電纜連接所有現場設備。1.2現場總線的主要特征1.3FCS的特征◆FCS的信號傳輸實現了全數字化、雙向、串行、多節點◆FCS的系統結構是全分散式，它廢棄了DCS的輸入／輸出單元和控制站，由現場設備或現場儀表取而代之

◆FCS的現場設備具有互操作性

◆FCS的通信網絡為開放式互連網絡，既可同層網絡互連，也可與不同層網絡互連，用戶可極方便地共享網絡數據資源◆對現場環境的適應性1.4現場總線系統的結構特點傳統控制系統的結構模型1.4現場總線系統的結構模型1.4現場智能儀表內部結構模型現場總線簡介小結現場總線定義（FieldBus）現場總線通信協議現場總線控制系統（FCS）★ISASP50（美國儀表協會標準）中對現場總線的定義—現場總線是一種串行的數字數據通信鏈路，它溝通了過程控制領域的基本控制設備（即場地級設備）之間以及與更高層次自動控制領域的自動化控制設備（即車間級設備）之間的聯系★國際電工委員會IEC標準和現場總線基金會FF的定義—現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡—現場總線一般采用國際標準組織ISO的開放系統互聯（OSI）協議，OSI協議是為計算機聯網而制定的7層參考模型，只要網絡中所有要處理的要素都是通過共同的路徑進行通信的，那么不管它是不是計算機網絡都可以使用該協議—各廠家在實際制定自己的通信協議時，往往依據側重點的不同，僅實現該7層協議的子集是用現場總線這一開放的、具有互操作性的網絡將現場各個控制器和儀表及儀表設備互聯，構成現場總線控制系統，同時控制功能徹底下放到現場，降低了安裝成本和維修費用。FCS實質上是一種開放的、具有互操作性的、徹底分散的分布式控制系統1.5現場總線的發展歷程◆全功能數字網絡—提供從物理層到用戶層的所有功能，標準化工作比較完善◆傳感器網絡—以CAN（ControllerAreaNetwork）網絡為基礎的現場總線◆數字信號串行線—最簡單的數據總線，不提供應用層和用戶層現場總線的分類工業過程控制系統的發展50年代－基地式氣動儀表控制系統50年代末－4－20mA電動模擬信號控制系統60年代－計算機控制系統70年代中期－DCS（集散控制系統）80年代－FCS（現場總線控制系統）I/O4-20mAAnalyzerPLC4-20mA控制站操作站LAN工業過程控制系統的發展DCS系統結構DCS系統將現場傳感器、儀表信號與控制站直接相連，每條線路只能傳輸一路信號，布線復雜，連接可靠性差。一旦控制站出現故障，整個系統將無法運行。（總線）局部控

制網絡TDC-3000計算機局部控制網絡TDC-3000計算機局部控制網絡現場總線技術始發于二十世紀八十年代，但對該項技術的開發之熱是近二十年之舉

早期的現場總線技術與PLC同時出現的、Culter-Hammer推出的DirectrolGeneralElectric的GeniusI/OPhoenix的Interbus-S，TURCK的Sensoplex丹麥ProcessData公司83年推出的P-Net；德國Siemens公司84年推出的Profibus(ProcessFieldbus的簡稱)法國Alstom公司87年推出的FIP(FactoryInstrumentationProtocol)等都屬于早期推出且至今仍有較大影響的總線技術1.5現場總線的發展歷程已經形成了各式各樣的企業、國家、地區、及國際現場總線標準根據相關資料統計，已出現的現場總線一百多種，其中宣稱為開放型總線的就有40多種Why？現場總線組織現場總線基金會（FieldbusFoundation）LonMark協會,Profibus協會，工業以太網協會IEA（IndustrialEthernetAssociation），工業自動化開放網絡聯盟IAONA（IndustrialAutomationOpenNetworkAlliance）SocietyofAutomotiveEngineers（SAE）制定現場總線標準的國際標準化組織IECISO1.5現場總線的發展歷程IEC/TC65負責測量和控制系統數據通信國際標準化工作的SC65C/WG6，是最先開始現場總線標準化工作的組織。它于1984年就開始著手總線標準的制定，致力于推出世界上單一的現場總線標準，也因此而歷經坎坷，歷經了16年的艱難歷程，出現了波及全球的現場總線標準大戰IEC61158-2誕生于1993年，之后的標準制定就陷于混亂2000年初宣布，IEC現場總線國際標準子集有八種：IEC61158；ControlNet；Profibus；P-Net；HighSpeedEthernet；NewcomerSwiftNet；WorldFIP；Interbus-S現場總線標準化工作的現狀Why？1.5現場總線的發展歷程最早成為國際標準的是CAN，它屬于ISO標準：ISO11898IEC/17B為負責制定低壓開關裝置與控制裝置用控制設備之間的接口標準的組織,已通過的IEC62026國際標準包括。第2部分ASI第3部分DeviceNet；第4部分智能分布式系統SDS（SmartDistributedSystem）;第5部分Seriplex其它有實力、有發展前景的控制網絡技術工業以太網；LonWorks；Modbus；藍牙、無線局域網；消費電子總線CEBus；光總線等；（過渡型總線HART）

現場總線標準化工作的現狀1.5現場總線的發展歷程現場總線可采用多種介質（多種有線和無線方式）傳送數字信號。在兩根導線上可掛接多至幾十個自控設備，能節省大量線纜、槽架、連接件。減少系統設計、安裝、維護的工作量現場總線形成真正分散在現場的完整控制系統，提高了控制系統運行的可靠性。豐富了控制設備的信息內容，提供了如閥門動作次數、故障診斷等信息。為控制信息進入公用數據網絡創造了條件，溝通了現場控制設備之間及其與更高控制管理層網絡之間的聯系,便于實現管控一體化控制網絡與數據網絡的結合，便于實現信號的遠程傳送與異地遠程自動控制?，F場總線的技術特點1.5現場總線的發展歷程1.6ＦＢ數據通信系統及控制網絡現場總線的結構圖發送設備傳輸介質接收設備控制網絡控制網絡控制網絡數據通信系統數據通信在應用中一般指計算機通信工業數據通信在工業生產過程中，利用數據傳輸技術傳遞數據信息數據通信網絡采用多節點，串行數據通信方式FB數據傳輸總線分類傳感器總線數據位級ASI總線設備總線字節級CAN總線現場總線數據塊級PROFIBUSFB控制網絡將多個分散在生產現場，具有數字通信能力的測量控制儀表作為網絡節點，采用公開、規范的通信協議，以現場總線作為通信連接的紐帶，把現場控制設備連接成可以相互溝通信息，共同完成自控任務的網絡系統和控制系統。網絡化的控制系統ＦＣＳ采用開放式數字通信網絡網絡集成的測量控制系統單個分散的測量控制設備變成網絡節點現場總線為紐帶構成共同完成任務的網絡系統與控制系統實現現場測量控制設備之間的信息共享現場總線的最大優勢——構成控制網絡系統控制系統結構

現場總線控制系統的特點改變了傳統控制系統的結構形式采用總線式串行通信現場設備具備數字計算和數字通信能力，提高了信號的測量、控制和傳輸精度。第二節現場總線控制系統

FCS現場總線是一種控制系統框架一種全新的控制系統結構，即:現場總線控制系統FCS(FieldbusControlSystem)代替了傳統控制系統DCS實現現場通信網絡與控制系統的集成FCS控制系統結構設備層控制層LevelofDataIntegration信息自動化機器企業ModularOpenEmbedded信息層羅克韋爾推出的現場總線控制系統體系結構InternetPhotoelectricSensorEtherNet?ControlNetTMDeviceNetTMInformationDeviceControlComputer2Computer1Controller4Controller3Controller1Controller2BarCodeReaderSmartSpeedControllerHMIOperatorInterfaceI/OI/ORemoteAccessRouterDeviceDisplayStationFCS控制系統結構FCS控制系統組成現場總線系統與傳統控制系統比較簡化了系統結構現場總線系統與傳統控制系統比較第三節、現場總線技術在工業控制過程中的應用1.現場總線的應用概述現場總線技術的應用領域十分廣泛，凡屬設備間需要數據通信的場合都需要它連續、離散制造業，如電力、石化、冶金、紡織、造紙，過程自動化儀表；火車、汽車、輪船、機器人、數控機床；智能傳感器樓宇自控、倉儲；智能交通、環境監測（大氣、水污染監測網絡）農、林、水利、養殖等其技術與產品在工業控制計算機、測控板卡、儀器儀表、系統集成、應用系統等領域都有良好的發展前景

現代企業系統構成及運行機制2現代企業網絡系統現代企業的分層體系結構

層次機構管理控制范圍職責基本功能6公司級公司全面管理完成公司的任務、進行全面管理公司管理、財務、市場和銷售、研究與開發5工廠級計劃、生產實現企業功能，計劃和調度生產產品設計和工藝、廠級生產管理、廠級資源管理、廠級設備管理、廠級產品制造4車間部門分配管理原材料和資源協調生產和提供作業，獲取并分配資源部門級生產管理、部門級資源管理、部門級設備管理、部門級產品制造、裝運發貨、廢次品處理3單元級協調多臺機器的運轉和操作編排和管理車間下發的作業，監督各種支持服務單元級車間生產2工作站級發送機器工作命令控制和協調車間設備的工作工作站級車間生產1設備級啟動機器實現對車間設備的各種命令設備級車間生產2現代企業網絡系統

企業網的層次結構2現代企業網絡系統企業網絡系統基本組成2現代企業網絡系統企業網的實現2現代企業網絡系統全分布、網絡集成式控制系統

FCS形成的現場控制層2現代企業網絡系統現場設備控制3.企業網絡系統的三個層次（流程性企業）功能結構-三個層次3.企業網絡系統的三個層次（制造型企業）功能結構-三個層次分散與集成制造執行層MES現場控制層FCS企業資源歸化層3.企業網絡系統的三個層次（制造加工型企業）機組控制系統結構４現場總線技術應用（１）組成：DCS和現場總線控制系統DCS控制器通過Profibus實現對智能變送器、執行器和本地控制器之間的實時數據通信。Profibus-DP設備：電動執行機構、電動機、閥。Profibus-PA設備：氣動定位器、壓力變送器?，F場總線控制系統實現數據傳輸和就地設備控制。華能九臺電廠2×660MW機組鍋爐現場總線技術的智能汽車（SAE-J1939）４現場總線技術應用（２）現場總線技術的智能汽車（SAE-J1939）４現場總線技術應用（２）現場總線技術的控制系統（電力、冶金、機械加工行業）４現場總線技術應用（３）現場總線技術的汽車運輸管理－－數據語音混合通信應用４現場總線技術應用（４）基陣線導系統戰斗部或操雷、內測供電系統控制舵機鰭舵動力系統控制系統自導系統引信接收線圈爆發器引信輻射線圈螺旋槳燃料倉燃燒室現場總線技術的智能水下航行器（AUV）４現場總線技術應用（５）４現場總線技術應用（６）基于LonWorks技術的智能樓宇、連鎖酒店系統第四節、現場總線技術的

發展趨勢1.注重系統的開放性封閉、自成一體的系統定會消亡2.注重應用系統設備間的互操作性早期的總線技術多注重在通信協議上，而