浅谈现场总线技术

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1、浅谈现场总线技术浅谈现场总线技术一、现场总线技术的产生随着科学技术的快速发展，自动控制系统在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。150多年前出现的基于5－13psi的气动信号控制系统（PCS）是第一代，20世纪50年代，基于0－10mA或4－20mA的电流模拟信号的电动模拟过程控制系统（ACS）称作第二代。20世纪70年代，随着数字计算机的介入，产生的集中式数字控制系统（CCS）称为第三代，该系统克服了模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。20世

2、纪80年代，微理机的出现和应用，产生了分布式控制系统（DCS）称为第四代。20世纪80年代末，产生了以微处理器为核心，使用集成电路代替常规电子线路，实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备，产生了现场总线控制系统，该系统突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；同时新型全分布式系统结构，把控制功能彻底下放到现场。二、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、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。现场总线使

3、得现场仪表、执行机构、控制室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多参数的数字通信，为控制系统的全分布和全数字化运行奠定了基础。以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系统。现场总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一种全分布控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术[2]。三、现场总线的技术特点（一）系统的开放性。开放系统是指可以和世界上不同生产厂商遵从统一标准的其他设备或系统互相连

4、接，即通信协议一致公开。现场总线开发者要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统，用户要拥有系统集成的权利，可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。（二）互可操作与互用性。互可操作性指实现互连设备间和系统间的信息传送与沟通，实现资源共享；互用性则指不同生产厂商的性能相同或兼容的设备可进行互换而实现互用。（三）现场设备的功能自治性与智能化。现场总线控制系统连接的现场设备能独立于中央控制计算机完成自动控制的基本功能，包括传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能。（四）对现场环境良好的适应性。现场总线是作为

5、工厂网络底层工作在现场设备前端，是专为现场环境工作而设计的，可支持各类通信介质，包括双绞线、同轴电缆、光缆、红外线、电力线等，并具有较强的抗干扰能力。（五）系统结构的高度分散性。现场总线已构成一种新的全分散式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。四、现场总线的发展现状20世纪80年代末以来，现场总线技术发展迅速，目前世界上存在着大约四十余种现场总线，下面就国际上几种主流的现场总线简单介绍。（一）FF（基金会现场总线）美国仪器协会(ISA)1994推出，

6、FF采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。目前FF应用领域主要是石化、电力、冶金等连续生产过程控制。（二）CAN（控制器局域网）德国Bosch公司1993年为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网,CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。由于其高性能、高可靠性、实时性等优点现已广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。

7、（三）Lonworks(局部操作系统)美国Echelon公司1991年推出，它采用ISO/OSI模型的全部７层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。（四）PROFIBUS德国Siemens公司1987年推出，由三个兼容部分组成，即PROFIB

8、US－DP（DecentralizedPeriphery）．PROFIBUS－PA（ProcessAutomation）．PROFIBUSFMS(FieldbusMessageSpecification)。PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化，流