浅谈现场总线技术的发展

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1、浅谈现场总线技术的发展摘要：现场总线控制系统是继分散控制系统之后出现的新一代控制系统，它代表的是一种数字化到现场、网络化到现场、控制功能和设备管理到现场的发展方向。关键字：现场总线(FCS)、MODBUS、Profibus.FF(基金会总线)、HARTAbstract:ThefieldbuscontrolsystemisanewgenerationofcontrolsystemafterDCS,itrepresentsadigitaltothescene,networkdevices,controlfunct

2、ionandmanagementofequipmenttothesitedevelopmentdirection.Keywords:fieldbus(FCS),MODBUS,Profibus,FF(FoundationFieldbus),HART中国分类号：TF11文献标识码：A文章标号：2095-2104(2012)03-0001-02一引言现场总线(FCS)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主耍解决工业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Z

3、间的信息传递问题。山于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。现场总线的含义主要体现在以下儿个方面：(1)现场通信网络：现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表一互联的现场通信网络，把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。(2)互操作性：互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备，不仅可以相互通信，而JL可以统一组态，构成所需的控制冋路，共同实现控制策略。(3)分散功能块：现场总线控制系统(FCS)废弃了分散型控制系统(DCS)的输入/输出单元

4、和控制站，把DCS控制站的功能块分散给现场仪表，从而构成虚拟控制站。(4)通信线供电：现场总线的常用传输线是双绞线，通侍线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量。二现场总线控制技术的基本原理1通信系统的协议模型为了便于实现网络的标准化，国际标准化组织ISO提出了开放系统互连参考模型，简称ISO/OSI模型。ISO/OSI模型将各种协议分为七层，自上而下依次为：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。现场总线模型结构一般参照了ISO/OSI七层模型中的第1层(物理层)和笫2层(链路层)，部分

5、涉及到第7层(应用层)，另外增加了用户层。2.工业控制领域中常用的几种总线工业中常用的总线：PROFIBUS、MODBUS、FF(基金会总线)等。(1)PROFTBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产厂商的现场总线标准。广泛使用于制造业自动化，流程工业自动化、楼宇自动化等。PROFIBUS含有三个兼容协议：PROFIBUS-DP(分散外围设备)、PROFTBUS-PA(过程自动化)、PROFTBUS-FMS(现场总线报文规范)。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通讯，用于设备控制系统与分散式I/O的

6、通讯，使用PROFIBUS-DP可以取代24VDC或4~20mA信号传输。主要用于现场级和装置级的自动化。PROFIBUS-PA专为过程自动化设计，可以使传感器和执行器联在一根总线上。主要用于现场级过程自动化，具有本质安全和总线供电特性。PROFIBUS-FMS主要用于车间级或厂级监控，构成控制和管理一体化系统，进行系统信息集成。是一个令牌网络，实时多主网络。(2)Modbus是由Modicon公司在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。Modbus具有以下儿个特点：a.标准、开放，用户可

7、以免费、放心地使用Modbus协议，不需要交纳许可证费，也不会侵犯知识产权。b.Modbus可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。c.Modbus的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，厂商开发简单。Modbus有两种传送方式，RTU(RemoteTerminalUnit)方式和ASCII方式。MODBUS把通信参与者规定为“主站”(MASTER)和“从站”(SLAVE)。主站可向多个从站发送通信请求，最多可达247个从站。每个从站都有自己的

8、地址编号。(1)基金会现场总线FF(FieldbusFoundation)以TSO/OST开放系统互联模式为基础，取莫物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。基金会现场总线的主要技术内容包扭FF通信协议、用于完成开放互联模式中第2-7层通信协议的通信栈、用于描述设