現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用內(nèi)容提要5.1概述5.2現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式與標(biāo)準(zhǔn)5.3典型的現(xiàn)場總線5.4基于現(xiàn)場總線的智能傳感變送器5.5現(xiàn)場總線的應(yīng)用內(nèi)容提要5.1概述5.1概述現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題，所以現(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)5.1概述現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem,FCS）是由現(xiàn)場總線和現(xiàn)場設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，這是繼電式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSyst現(xiàn)場總線對自動化領(lǐng)域的變革現(xiàn)場總線對當(dāng)今的自動化領(lǐng)域帶來的變革是：用一對通信線連接多臺數(shù)字儀表取代一對信號線只能連接一臺儀表；用多變量、雙向、數(shù)字通信方式取代單變量、單向、模擬傳輸方式；用多功能的現(xiàn)場數(shù)字儀表取代單功能的現(xiàn)場模擬儀表；用分散式的虛擬控制站代替集中式的控制站；用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散控制系統(tǒng)DCS；變革傳統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；變革傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法和安裝調(diào)試方法?，F(xiàn)場總線對自動化領(lǐng)域的變革FCS對DCS的變革FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互連。FCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為全分散式，它廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制。FCS對DCS的變革FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性，使不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換，還可統(tǒng)一組態(tài)。FCS的通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，用戶可非常方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，使同層網(wǎng)絡(luò)可以互連，也可以使不同網(wǎng)絡(luò)互連。FCS的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放，無專利許可要求，可供任何人使用。FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉采用“操作站——數(shù)字式智能現(xiàn)場儀表”兩層式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備均為智能數(shù)字儀表，見下圖：傳統(tǒng)DCS的結(jié)構(gòu)示意圖FCS的結(jié)構(gòu)示意圖采用“操作站——數(shù)字式智能現(xiàn)場儀表”兩層式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備均為FCS對DCS的變革

FCS對DCS的變革現(xiàn)場總線的實質(zhì)◆

現(xiàn)場總線的定義

★ISASP50（美國儀表協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）中對現(xiàn)場總線的定義

—

現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了過程控制領(lǐng)域的基本控制設(shè)備（即場地級設(shè)備）之間以及與更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備（即車間級設(shè)備）之間的聯(lián)系★國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會FF的定義

—

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem－－FCS)?，F(xiàn)場總線的實質(zhì)基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem－－FCS)。1、開放的控制系統(tǒng)2、由三類部件組成的實時連續(xù)反饋系統(tǒng)

被控過程（或環(huán)境）

數(shù)據(jù)融合機制

傳感器和執(zhí)行器基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbu

★現(xiàn)場總線技術(shù)的特點:1、全數(shù)字化通信2、一對N結(jié)構(gòu)3、高可靠性4、可控狀態(tài)5、互換性6、互操作性7、綜合功能8、分散控制9、統(tǒng)一組態(tài)10、開放式系統(tǒng)系統(tǒng)的分散性系統(tǒng)的開放性產(chǎn)品的互操作性環(huán)境的適應(yīng)性使用的經(jīng)濟性維護的簡易性系統(tǒng)的可靠性★現(xiàn)場總線技術(shù)的特點:系統(tǒng)的分散性

★現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)

—

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)

—

現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)

—

互操作性

—

分散功能塊

—

通信線供電

—

開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)★現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)用于過程以及制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。（2）現(xiàn)場設(shè)備互連

傳感器、變送器和執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳輸線互連?，F(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)（3）互操作性現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品，并將其集成在一起，實現(xiàn)“即接即用”;用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路。（4）分散功能塊

FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成現(xiàn)場控制站。（3）互操作性例如：流量變送器不僅具有流量信號變換、補償和累加輸入模塊，而且有PID控制和運算功能塊。調(diào)節(jié)閥的基本功能是信號驅(qū)動和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補償模塊，也可以有PID控制和運算模塊，甚至有閥門特性自檢驗和自診斷功能。由于功能塊分散在多臺現(xiàn)場儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)，供用戶靈活選用各種功能塊，構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)徹底的分散控制。例如：流量變送器不僅具有流量信號變換、補償和累加輸入模塊，而（5）通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上獲取能量，對于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場儀表，可采用這種供電方式。（6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)

既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連，用戶通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài)，把不同廠商的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的FCS。（5）通信線供電現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢(1)多種總線共存。(2)每種總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴張其勢力范圍。(3)大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國際組織，力圖在制造商和用戶中擴大影響。(4)每種總線都以一個或幾個大型跨國公司為背景，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)。

Profibus－西門子公司；ControlNet－羅克韋爾；WorldFIP－法國Alstom?，F(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢(1)多種總線共存。(5)大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個總線組織，有些公司甚至參加2～4個總線組織。(6)在激烈的競爭中出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的前景。(7)以太網(wǎng)的引入成為新的熱點。幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供貨商均提供一個支持TCP/IP的以太網(wǎng)接口，如西門子、羅克韋爾自動化、Echelon等公司，他們銷售各自的PLC產(chǎn)品，但同時提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相連接的接口。(5)大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個總線組織，有些公司新一代控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)位于現(xiàn)場的傳感器/執(zhí)行器一級也全部實現(xiàn)數(shù)字化、智能化?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向簡單的方向發(fā)展目前比較達(dá)成共識的是三層設(shè)備、兩層網(wǎng)絡(luò)的3十2結(jié)構(gòu)。新一代控制系統(tǒng)的優(yōu)勢現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的三層設(shè)備1、位于底層的現(xiàn)場設(shè)備：如傳感器/執(zhí)行器，以及各種分布式I/O設(shè)備等；2、位于中間的控制設(shè)備：如PLC、工業(yè)控制計算機、專用控制器等；3、位于上層的是操作設(shè)備：如操作站、工程師站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、一般工作站等。兩層網(wǎng)絡(luò)1、現(xiàn)場設(shè)備與控制設(shè)備之間的控制網(wǎng)絡(luò)2、控制設(shè)備與操作設(shè)備之間的管理網(wǎng)三層設(shè)備現(xiàn)場總線的研究方向(1)基于現(xiàn)場總線的智能化儀表的研制。“智能”指的是：1、能夠隨外界條件的變化自動地做出正確行為的能力，智能化應(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能；2、能適應(yīng)被測參數(shù)的變化，在線聯(lián)機改變量程；3、自動檢測自身工作狀態(tài)并傳遞信息，進行異常處理，自動進行指標(biāo)判斷與分選；4、進行邏輯操作、定量控制與程序控制，實現(xiàn)多參數(shù)測量，進行數(shù)字信號處理等。現(xiàn)場總線的研究方向(1)基于現(xiàn)場總線的智能化儀表的研制。(2)基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件研制。(3)組態(tài)技術(shù)的研究，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、不同網(wǎng)段互連等技術(shù)的研究。(4)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸。(5)基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放控制系統(tǒng)的集成技術(shù)。(2)基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件研制。◆

現(xiàn)場總線的協(xié)議—

現(xiàn)場總線一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，OSI協(xié)議是為計算機聯(lián)網(wǎng)而制定的7層參考模型，OSI參考模型建立的，OSI參考模型共分7層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表達(dá)層和應(yīng)用層，只要網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)都可以使用該協(xié)議

—

各廠家在實際制定自己的通信協(xié)議時，往往依據(jù)側(cè)重點的不同，僅實現(xiàn)該7層協(xié)議的子集,現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是將上述7層簡化為3層，分別由OSI參考模式的第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層組成，并增加了用戶層5.2現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式與標(biāo)準(zhǔn)◆現(xiàn)場總線的協(xié)議—現(xiàn)場總線一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的IEC（InternationalElectrotechnicalCommission――國際電工技術(shù)委員會）定義現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)模型為３層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。其原因是：在現(xiàn)場總線實際應(yīng)用中，不需要選擇等功能，傳送信息通常也不會提交給高層網(wǎng)絡(luò)，從實際需要出發(fā)，可以減少層次。但是，現(xiàn)有的傳輸層不支持廣播式或多點式尋址，現(xiàn)有的會話層和表示層均不具備周期性服務(wù)的功能。為此，美國儀表學(xué)會制定的ISA/SPSO現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)模型規(guī)定，增加新的用戶層。這樣，現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)模型統(tǒng)一為４層，即：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層和用戶層。

IEC（InternationalElectrotechn◆

物理層－傳輸介質(zhì)：銅導(dǎo)線、無線電和電纜 －傳輸速率和距離：31.25Kbps,1900m（可加中繼延長)

－網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€型、樹型、點對點型

—網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量：一個通信段可連接32臺設(shè)備，使用中斷器可接240臺設(shè)備 －支持總線供電：總線上既傳送數(shù)字信號，又要為現(xiàn)場設(shè)備提供電源能量。數(shù)字信號以31.25Hz的頻率調(diào)制到9－32V的直流供電電壓上

◆物理層◆

數(shù)據(jù)鏈路層（Datalinklayer）規(guī)定了物理層與應(yīng)用層之間的接口，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從總線上傳送數(shù)據(jù)的規(guī)則，傳輸差錯識別處理，噪音檢測、多主站使用規(guī)范等。該層通過每幀數(shù)據(jù)校驗來保證信息的正確性、完整性，為應(yīng)用層透明與可靠的傳輸和處理做準(zhǔn)備。概括的講，其主要任務(wù)是解決通信過程中數(shù)據(jù)的鏈接任務(wù)，具體表現(xiàn)在確定總線存取規(guī)則、令牌傳送、申請／立即響應(yīng)，總線時間調(diào)度等規(guī)則?！魯?shù)據(jù)鏈路層（Datalinklayer）

★現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)存取控制方式有3種： －令牌傳送：一個站必須持有令牌，才能開始一次對話，完成信息傳送后即將令牌交還鏈路活動調(diào)度器LAS，LAS根據(jù)預(yù)先的組態(tài)或調(diào)度算法將令牌送交給下一個令牌申請者

—立即響應(yīng)：主戰(zhàn)給一站一個機會來應(yīng)答一次信息

—申請令牌：一個站在每回答響應(yīng)中允許立即發(fā)給令牌

★現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)存取控制方式有3種：◆在網(wǎng)絡(luò)中的裝置均要有不沖突的站地址?！衄F(xiàn)場總線系統(tǒng)中有兩類信息：1、工作信息：裝置之間傳送的數(shù)據(jù)，如過程變量。2、背景信息：裝置和操作臺之間傳送的數(shù)據(jù)。如：組態(tài)和診斷信息?！魯?shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)：保證數(shù)據(jù)的完整性和決定對話的時間和對象?！魯?shù)據(jù)鏈路幀格式：格式控制目標(biāo)地址源地址參數(shù)數(shù)據(jù)校驗◆在網(wǎng)絡(luò)中的裝置均要有不沖突的站地址。格式控制目標(biāo)地址源◆

應(yīng)用層（Applicationlayer）:

應(yīng)用層提供設(shè)備之間，及網(wǎng)絡(luò)要求的數(shù)據(jù)服務(wù)，用以對現(xiàn)場控制進行支持。為給用戶提供一個簡單的接口，該層大部分工作內(nèi)容是定義信息語法、傳輸信息的方法、網(wǎng)絡(luò)初始化的管理操作；出錯統(tǒng)計；控制網(wǎng)絡(luò)運行并檢查有無新站掛網(wǎng)或老站退出，系統(tǒng)連續(xù)詢問各可能的站地址以尋找新站。該層利用對信息或命令的格式及讀寫規(guī)定，使通信雙方或多方互相理解其內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式，并可完成糾錯判斷。

◆應(yīng)用層（Applicationlayer）:應(yīng)用層為應(yīng)用進程定義了特定的關(guān)系模型與規(guī)范，包括：1、Publisher/Subscriber（發(fā)布/索?。?、Client/Server（客戶/服務(wù)器）應(yīng)用層為應(yīng)用進程定義了特定的關(guān)系模型與規(guī)范，包括：◆

用戶層

★規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的功能塊供用戶組態(tài)成系統(tǒng)

★有10個基本功能塊如AI、AO、DI、DO、PID等，19個附加的算術(shù)功能塊◆用戶層◆

現(xiàn)場總線系統(tǒng)組成

—

從物理結(jié)構(gòu)來看，現(xiàn)場總線系統(tǒng)有兩個主要組成部分：現(xiàn)場設(shè)備和傳輸介質(zhì)，其中現(xiàn)場設(shè)備由現(xiàn)場微處理芯片及外圍電路構(gòu)成，傳輸介質(zhì)可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖等

—

現(xiàn)場總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，如總線型、環(huán)型、樹型、星型等◆現(xiàn)場總線系統(tǒng)組成FCS的體系結(jié)構(gòu)FCS的體系結(jié)構(gòu)第五章現(xiàn)場總線技術(shù)新課件現(xiàn)場總線的發(fā)展概況

◆

現(xiàn)場總線是綜合自動化的發(fā)展需要◆

智能儀表為現(xiàn)場總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)◆

現(xiàn)場總線將朝著開放系統(tǒng)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展現(xiàn)場總線的發(fā)展概況在過程控制領(lǐng)域：從20世紀(jì)50年代至今的信號標(biāo)準(zhǔn)：4-2OmA（0-5V）的模擬信號。20世紀(jì)70年代，數(shù)字式計算機引入到測控系統(tǒng)中，進行集中式控制處理。20世紀(jì)80年代，微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，嵌入到各種儀器設(shè)備，形成分布式控制系統(tǒng)。在過程控制領(lǐng)域：隨著微處理器的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了以IC代替常規(guī)電子線路，以微處理器為核心，實施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數(shù)字式智能化儀表產(chǎn)品，其本身具備了諸如自動量程轉(zhuǎn)換、自動調(diào)零、自校正、自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態(tài)報告、趨勢圖等功能。隨著微處理器的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了以IC代替常規(guī)電子線路，通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用。與此同時，基于質(zhì)量分析的維護管理、與安全相關(guān)系統(tǒng)的測試記錄、環(huán)境監(jiān)視需求的增加，都要求儀表能在當(dāng)?shù)靥幚硇畔?，并在必要時允許被管理和訪問，這些也使現(xiàn)場儀表與上級控制系統(tǒng)的通信量大增。從實際應(yīng)用性能的角度出發(fā)，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性、可移植性等方面提出新需求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)生。通信技術(shù)的發(fā)展，促使傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始得到廣泛應(yīng)用現(xiàn)場總線的優(yōu)點(優(yōu)越性)（1）FCS實現(xiàn)全數(shù)字化通信DCS采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡(luò)分布于各層并采用數(shù)字通信方式，唯有生產(chǎn)現(xiàn)場層的常規(guī)模擬儀表仍然是一對一模擬信號(如4～20mADC)傳輸方式，DCS是一個“半數(shù)字信號”系統(tǒng)。FCS采用全數(shù)字化、雙向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。從最底層的傳感器、變送器和?zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直到最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。多條分支通信線延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，用來連接現(xiàn)場數(shù)字儀表，采用一對N連接?，F(xiàn)場總線的優(yōu)點(優(yōu)越性)（1）FCS實現(xiàn)全數(shù)字化通信（2）FCS實現(xiàn)徹底的全分散式控制在DCS中，生產(chǎn)現(xiàn)場的多臺模擬儀表集中接于輸入／輸出單元，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控制、運算等功能塊都集中于DCS的控制站內(nèi)。DCS只是一個“半分散”系統(tǒng)。FCS廢棄了DCS的輸入／輸出單元，由現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現(xiàn)場總線上的數(shù)字儀表，，實現(xiàn)徹底的分散控制。（2）FCS實現(xiàn)徹底的全分散式控制（3）FCS實現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作DCS系統(tǒng)的現(xiàn)場級設(shè)備都是各制造商自行研制開發(fā)的，不同廠商的產(chǎn)品由于通信協(xié)議的專有與不兼容，彼此難以互聯(lián)、互操作。而FCS的現(xiàn)場設(shè)備只要采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的產(chǎn)品既可互聯(lián)也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，從而徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。具有很好的可集成性。（3）FCS實現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作（4）FCS增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性FCS采用總線連接方式替代傳統(tǒng)的DCS一對一的I/O連線，對于大規(guī)模的I/O系統(tǒng)來說，減少了DCS由接線點造成的不可靠因素。同時，數(shù)字化的現(xiàn)場設(shè)備替代模擬儀表，F(xiàn)CS具有現(xiàn)場設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改等工作，因而增強系統(tǒng)的可維護性。（4）FCS增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性（5）FCS降低系統(tǒng)工程成本FCS對于大范圍、大規(guī)模分布式控制系統(tǒng)來說，節(jié)省了電纜、I/O裝置及電纜敷設(shè)費用。以每2～3臺現(xiàn)場儀表接到一根電纜計算，平均可減少1/2到2/3的輸入輸出卡、輸入輸出柜和隔離器等。因此，現(xiàn)場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費用估計可節(jié)約50％。（5）FCS降低系統(tǒng)工程成本第五章現(xiàn)場總線技術(shù)新課件現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定標(biāo)準(zhǔn)化的重要性：標(biāo)準(zhǔn)化是經(jīng)濟建設(shè)、科技進步、國際貿(mào)易和社會發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。它不僅與人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，也與國際貿(mào)易和科技合作的開展密切相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的重要保證，是規(guī)范市場秩序，連接國內(nèi)外市場的重要手段。因此，現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)，特別是國際標(biāo)準(zhǔn)受到了大家的重視?，F(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定標(biāo)準(zhǔn)化的重要性：一、制訂標(biāo)準(zhǔn)的機構(gòu)(一)世界上國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(InternationalStandardOrganization)國際電工委員會IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)及國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelegraphyUnion）歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會CENELEC（歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN）(二)國內(nèi)制訂國家標(biāo)準(zhǔn)GB的組織是全國標(biāo)準(zhǔn)化委員會一、制訂標(biāo)準(zhǔn)的機構(gòu)(一)世界上二、制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的機構(gòu)(一)IEC/TC65/SC65C/WG6(1)IEC/TC65是國際電工委員會第65分技術(shù)委員會，它成立于1969年。其工作任務(wù)是制訂有關(guān)連續(xù)和批量過程的工業(yè)過程測量和系統(tǒng)的元件的標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)調(diào)影響測量和控制系統(tǒng)匹配的相關(guān)元件特性的標(biāo)準(zhǔn)化工作。二、制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的機構(gòu)(一)IEC/TC65/SC65C(2)SC65C是IEC/TC65下的分委員會(SC是SubCommittee的縮寫，而SC65C是SC65下邊的一個組織)，負(fù)責(zé)測量和控制系統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。(3)WG6是SC65C下的工作組(WG是WorkingGroup的縮寫，WG6是第6工作組)，成立于1988年，負(fù)責(zé)工業(yè)過程計算機子系統(tǒng)間的通信的標(biāo)準(zhǔn)化工作。現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的具體工作是由WG6來負(fù)責(zé)的。(2)SC65C是IEC/TC65下的分委員會(SC是Su(二)IEC/TCl7/SCl7BIEC/TCl7是分管電器的標(biāo)準(zhǔn)化委員會，其下的SCl7B是負(fù)責(zé)低壓電器的分委員會，也制訂了與之有關(guān)的現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)。(三)IEC/TC22是分管電力電子的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(二)IEC/TCl7/SCl7B三、制訂現(xiàn)場總線的程序和階段現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制訂需經(jīng)歷若干階段(l)NP階段:相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的上計劃階段;(2)CD階段:相當(dāng)于國內(nèi)的征求意見階段;(3)CDV階段:相當(dāng)于國內(nèi)送審階段;(4)FDIS階段:相當(dāng)于國內(nèi)報批階段。

三、制訂現(xiàn)場總線的程序和階段現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制訂需經(jīng)歷若干階段四、有關(guān)投票表決的規(guī)定(1)參加投票表決的國家有兩類，即有投票權(quán)資格的國家稱為P成員國;及有觀察員資格的國家稱為O成員國。(2)投票表決需要有75%以上的贊成率方能通過(只計P成員國)。(3)若反對率超過25%(計P與0成員國)則反對有效，標(biāo)準(zhǔn)不能通過。四、有關(guān)投票表決的規(guī)定(1)參加投票表決的國家有兩類，即有投五、制訂國際標(biāo)準(zhǔn)的歷程(1)1983年現(xiàn)場總線的概念首先在歐洲興起。(2)1984年IEC就開始制訂現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)，稍后即成立了推廣及試用的組織IFC。(3)1989年P(guān)rofibus成為德國國家標(biāo)準(zhǔn)。(4)1990年FIP成為法國國家標(biāo)準(zhǔn)。(5)1992年ISP成立。ISP是可互操作系統(tǒng)協(xié)議(InteroperableSystemProtocol)的簡稱。五、制訂國際標(biāo)準(zhǔn)的歷程(1)1983年現(xiàn)場總線的概念首先在歐(6)1993年IEC61158-2物理層規(guī)范通過表決成為國際標(biāo)準(zhǔn)，但關(guān)鍵的鏈路層因與Profibus有分歧，遭到德國與歐洲一些小國的抵制而未獲通過。(7)1993年WorldFIP成立。WorldFIP是世界工廠儀表協(xié)議(WorldFactoryInstrumentationprotocol)簡稱。它基于法國的FIP,它也有100多家公司參加,由Honeywell公司牽頭。(6)1993年IEC61158-2物理層規(guī)范通過表決成為國(8)1994年6月，ISP與WorldFIP感到二大陣營旗鼓相當(dāng)，誰也勝不了誰，于是握手言和，合并成為現(xiàn)場總線基金會FF(FieldbusFoundation)

，它推出的基金會現(xiàn)場總線(FoundationFieldbus)也簡稱FF。但前者代表一個組織;而后者代表現(xiàn)場總線。當(dāng)時，WorldFIP的北美部分參加了現(xiàn)場總線基金會FF，但WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立。(9)1994年因FF已成立，IFC解散了。(8)1994年6月，ISP與WorldFIP感到二大陣營旗(10)1996年12月30日，對經(jīng)過改進后的鏈路層又進行了一次投票表決，但還是因為與Profibus不一致而遭到德國和一些歐洲小國家的反對，投票結(jié)果是贊成率為75，理應(yīng)通過;但反對率為27，超過了25，又不能通過。對數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)進行重新表決，投票截止日期為1997年10月31日。1998年2月20日由執(zhí)委會的15個成員國投票表決，這樣就便鏈路層及應(yīng)用層的4個規(guī)范及服務(wù)定義(IEC61158-3-6)進人了FDIS階段，如果這次表決成功，就成為國際標(biāo)準(zhǔn)了。(10)1996年12月30日，對經(jīng)過改進后的鏈路層又進行了(11)1998年9月30日經(jīng)過投票表決，結(jié)果是68贊成，32反對，由于反對率又超過25,因此又被否決了。1998年10月在IEC/TC65于美國休斯敦召開的年會上，IEC/SC65/WG6組長R·H·Caro以投反對票中的6個國家(丹麥、波蘭、斯洛伐克、羅馬尼亞、盧森堡與捷克)所附的意見為非技術(shù)性意見為由，要求TEC在統(tǒng)計最終投票表決結(jié)果時，不計入上述6國的反對票。(11)1998年9月30日經(jīng)過投票表決，結(jié)果是68贊成，3(12)1999年6月15日IEC執(zhí)委會作出決議，即修改現(xiàn)有技術(shù)報告包括構(gòu)筑不同框架的協(xié)議以及其所需的服務(wù)，并且至少應(yīng)包括一種其他協(xié)議，在4個月內(nèi)作為FDIS遞交投票。執(zhí)委會同意省略CDV階段以滿足目標(biāo)設(shè)定時間，并提出若4個月后有可能準(zhǔn)備不好文件，或在投票階段最后投票失敗，現(xiàn)有的技術(shù)報告(指FF的HI)將轉(zhuǎn)化為IEC標(biāo)準(zhǔn)。(12)1999年6月15日IEC執(zhí)委會作出決議，即修改現(xiàn)有(13)2000年7月SC65/WG6在加拿大渥太華召開了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)制定工作會議，會議決定保留IEC技術(shù)報告并作為類型1，其他行規(guī)將按照技術(shù)報告的格式作為類型2-8加入IEC61158。

(14)2000年底對IEC61158進行了投票表決。根據(jù)2000年1月4日IEC中央辦公室公布投票表決的結(jié)果，顯示經(jīng)過修改后的IEC61158己正式獲得通過。投票情況如下:P成員國投票99個，95票贊成，4票反對，1票棄權(quán)。長達(dá)15年之久的，環(huán)繞著國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線大戰(zhàn)以妥協(xié)而告終，結(jié)果是出現(xiàn)了多種標(biāo)準(zhǔn)。(13)2000年7月SC65/WG6在加拿大渥太華召開了現(xiàn)1.5現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀（1）多種總線共存（2）每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域（3）每種總線各有其國際組織（4）每種總線均有其支持背景1.5現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀（1）多種總線共存（5）設(shè)備制造商參加多個總線組織（6）多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（7）協(xié)調(diào)共存（8）工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域（5）設(shè)備制造商參加多個總線組織八.多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)并存帶來的問題

現(xiàn)場總線自出現(xiàn)以來，一直以開放性、全數(shù)字化、互可操作性、智能化等特點著稱，用戶對現(xiàn)場總線的應(yīng)用與推廣充滿信心。而現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的門戶之爭日見白熱化，多種現(xiàn)場總線互不兼容，不同協(xié)議的產(chǎn)品之間無法實現(xiàn)高速的實時數(shù)據(jù)傳輸，“自動化孤島"現(xiàn)象并未真正得到解決。而且近20年的標(biāo)準(zhǔn)之爭和市場大戰(zhàn)最終形成了多種標(biāo)準(zhǔn)共存的局面，這種情況無論在技術(shù)層面還是市場層面都給用戶帶來了疑問和困惑。

八.多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)并存帶來的問題現(xiàn)場總線自出現(xiàn)以來，一（1）多標(biāo)準(zhǔn)共存與現(xiàn)場總線的開放性相背離一般認(rèn)為DCS和PLC屬于封閉性系統(tǒng)，而FCS是開放性系統(tǒng)，所以它一出現(xiàn)就受到用戶的肯定。但實際上FCS的開放性是針對自己來說是開放的，異種現(xiàn)場總線之間卻不是開放的。因此，多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的共存使得現(xiàn)場總線事實上并不具備開放性的特點。（1）多標(biāo)準(zhǔn)共存與現(xiàn)場總線的開放性相背離（2）多標(biāo)準(zhǔn)共存難以體現(xiàn)現(xiàn)場總線的互操作性

現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，一個制作商不可能提供生產(chǎn)過程的全部設(shè)備，同時，用戶也不希望受制于某一個制作商?，F(xiàn)場總線的主要特點之一——互可操作性無疑受到用戶青睞，但現(xiàn)有的10種現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)中，不同種類的現(xiàn)場級現(xiàn)場總線之間是不能進行互操作的。雖說可以通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）通信或通過OPC協(xié)議進行互操作，但這種互操作不能直接在現(xiàn)場儀表間進行，而且不能滿足系統(tǒng)對實時性的要求。（2）多標(biāo)準(zhǔn)共存難以體現(xiàn)現(xiàn)場總線的互操作性（3）多標(biāo)準(zhǔn)共存阻礙現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣

目前的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158Ed．3規(guī)定中7類經(jīng)典現(xiàn)場總線，它們各具特點，但又都有不足之處，沒有一種能覆蓋所有的應(yīng)用范圍。因此，可以說多標(biāo)準(zhǔn)形同無標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況給儀表制造商、設(shè)計部門和用戶帶來了很大不便。用戶要隨時注意國際上各種現(xiàn)場總線及相關(guān)技術(shù)的動態(tài)，承擔(dān)著由國際標(biāo)準(zhǔn)的變化給用戶帶來的風(fēng)險，這種態(tài)勢使得一些打算進行技術(shù)改造的企業(yè)處于觀望狀態(tài)，這樣勢必影響現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣。（3）多標(biāo)準(zhǔn)共存阻礙現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣幾種流行的現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線（FF）過程現(xiàn)場總線（ProcessFieldBus-Profibus）局部操作網(wǎng)絡(luò)（LocalOperatingwork-LON）控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork-CAN）設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）控制網(wǎng)（ControlNet）幾種流行的現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線（FF）

基金會現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF，這是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。其前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。基金會現(xiàn)場總線（FF）基金會現(xiàn)場總線，即FoudationFie

基金會現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbps，通信距離可達(dá)1900m(可加中繼器延長)，可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為1Mbps和2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負(fù)跳變。正跳變代表0，負(fù)跳變代表1，從而使串行數(shù)據(jù)位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時間同步。接收方既可根據(jù)跳變的極性來判斷數(shù)據(jù)的“1”、“0”狀態(tài)，也可根據(jù)數(shù)據(jù)的中心位置精確定位?；饡F(xiàn)場總線（FF）基金會現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速LonWorks是又一具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術(shù)，它是由美國Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達(dá)到2700m(78kbps，雙絞線)，支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。LonWorksLonWorks是又一具有強勁實力的現(xiàn)場總線LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實現(xiàn)。集成芯片中有3個8位CPU；一個用于完成開放互連模型中第1～2層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理；第二個用于完成第3～6層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計量時、網(wǎng)絡(luò)管理，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等；第三個是應(yīng)用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現(xiàn)CPU之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM。LonWorksLonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)LonWorks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本(每片價格約5～9美元)，而芯片的低成本又返過來促進了LonWorks技術(shù)的推廣應(yīng)用，形成了良好循環(huán)，據(jù)Ecelon公司的有關(guān)資料，到1996年7月，已生產(chǎn)出500萬片神經(jīng)元芯片。

LonWorks公司的技術(shù)策略是鼓勵各OEM開發(fā)商運用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片，開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品，據(jù)稱目前已有2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技術(shù)，1000多家公司已經(jīng)推出了LonWorks產(chǎn)品，并進一步組織起LonWark互操作協(xié)會，開發(fā)推廣LonWorks技術(shù)與產(chǎn)品。LonWorksLonWorks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯

它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運輸設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)。為了支持LonWorks與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作，該公司正在開發(fā)各種網(wǎng)關(guān)，以便將LonWorks與以太網(wǎng)、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統(tǒng)。另外，在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面，LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨特的優(yōu)勢。LonWorks技術(shù)已經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會ASRE定為建筑自動化協(xié)議BACnet的一個標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)剛剛收到的消息，美國消費電子制造商協(xié)會已經(jīng)通過決議，以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了EIA-709標(biāo)準(zhǔn)。LonWorks它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系ProfibusProfibus是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。ProfibusProfibus是作為德國◆針對不同的應(yīng)用場合，Profibus分為3個系列：

★Profibus-DP（DecentralizedPeriphery）：用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可達(dá)12Mb/s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站、從站間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳送方式工作◆針對不同的應(yīng)用場合，Profibus分為3個系列：★

Profibus-PA（ProcessAutomation）：用于安全性要求較高的場合，它具有本質(zhì)安全特性，是Profibus的過程自動化解決方案，將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備連接起來，代替了4～20mA模擬信號傳輸技術(shù)★Profibus-PA（ProcessAutomat★

Profibus-FMS（FieldbusMessageSpecification）：用于車間級智能主站間通用的通信，它提供了大量的通信服務(wù)，用以完成以中等傳輸速度進行的循環(huán)和非循環(huán)的通信任務(wù)★Profibus-FMS（FieldbusMess第五章現(xiàn)場總線技術(shù)新課件ProfibusProfibus采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第3～6層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2(1)標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。ProfibusProfibus采用了OSProfibusPorfibus支持主－從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權(quán)，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權(quán)時，可以按主－從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播(不要求應(yīng)答)，或有選擇地向一組站點廣播。ProfibusPorfibus支持主－從ProfibusProfibus的傳輸速率為96～15Mbps，最大傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。ProfibusProfibus的傳輸速率CANCAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。

CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個。CANCAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlArCANCAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點嚴(yán)重錯誤時，具有自動關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。

CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點均在任意時刻主動向其它節(jié)點發(fā)送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個節(jié)點同時在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時，優(yōu)先級高的節(jié)點可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級低的節(jié)點則主動停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。CANCAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀CAN

已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信芯片，如Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250等。還有插在PC機上的CAN總線接口卡，具有接口簡單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價格便宜等優(yōu)點。CAN已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議◆

CAN總線的主要特點

★通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜和光纖，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（5kb/s），最高速率可達(dá)1Mb/s（40m)★用數(shù)據(jù)塊編碼方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的站地址編碼方式，用一個11位或29位二進制數(shù)組成的標(biāo)識碼來定義211或1129個不同的數(shù)據(jù)塊，讓各節(jié)點通過濾波的方法分別接收指定標(biāo)識碼的數(shù)據(jù)

★網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可以主動向其它節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，是一種多主總線，可以方便地構(gòu)成多機備份系統(tǒng)★網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點可以定義成不同的優(yōu)先級，利用接口電路中線與功能，巧妙地實現(xiàn)無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁★數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段長度最多為8B，在每幀中都有CRC校驗及其它檢錯措施★網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能◆CAN總線的主要特點◆

CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

★CAN總線也是建立在ISO參考模型基礎(chǔ)上的，不過只采用了其中最關(guān)鍵的兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

◆CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)★物理層的主要內(nèi)容是規(guī)定通信介質(zhì)的機械、電氣、功能和規(guī)程特性

★數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行包裝，即加上差錯校驗位、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的控制信息、頭尾標(biāo)記等附加信息組成數(shù)據(jù)幀，從物理信道上發(fā)送出去，在接收道數(shù)據(jù)幀后，再把附加信息去掉，得到通信數(shù)據(jù)

—媒體訪問控制子層MAC：傳輸規(guī)則

—邏輯控制子層LLC：報文的濾波和報文的處理

★CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能在CAN控制器中完成★物理層的主要內(nèi)容是規(guī)定通信介質(zhì)的機械、電氣、功能和◆

CAN總線協(xié)議

★CAN通信協(xié)議規(guī)定有4種不同的幀格式，即數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀和超載幀

★CAN總線基于下列5條基本規(guī)則進行通信協(xié)調(diào)：

—

總線訪問

—

仲裁

—

編碼/解碼

—

出錯標(biāo)注

—

超載標(biāo)注◆CAN總線協(xié)議DeviceNetDeviceNet最早由羅克韋爾自動化(RockwellAutomation)公司于1994年提出。它是一種開放式的通信網(wǎng)絡(luò)。它將工業(yè)設(shè)備如光電開關(guān)、操作員終端、電動機起動器、變頻器和條形碼讀入器等連接到網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)雖然是工業(yè)控制的最底層網(wǎng)絡(luò)，通信速率不高，傳輸數(shù)據(jù)量不大，但它采用了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信的新技術(shù)，如遵循通用工業(yè)協(xié)議(CIP)，具有低成本、高效率、高可靠性的特點。DeviceNetDeviceNet最早由羅DeviceNetDeviceNet遵從ISO/OSI參考模型，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，物理層下面還定義了傳輸介質(zhì)。其中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層均采用CAN的協(xié)議。傳輸介質(zhì)可支持雙絞線，最多可掛接64個節(jié)點。三種可選數(shù)據(jù)傳輸速率：125kb/s、250kb/s和500kb/s，分別對應(yīng)的傳輸距離是500m、250m和100m。支持設(shè)備的熱插拔，可帶電更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，符合本質(zhì)安全要求。DeviceNetDeviceNet遵從ISControlNetControlNet最早由羅克韋爾自動化公司于1995年提出。它是一種高速、高確定性和可重復(fù)性的網(wǎng)絡(luò)，特別適用于對時間有苛刻要求的復(fù)雜應(yīng)用場合的信息傳輸。

ControlNet將總線上傳輸?shù)男畔⒎譃閮深悾阂活愂菍r間有苛刻要求的控制信息和I/O數(shù)據(jù)，它擁有最高的優(yōu)先權(quán)，以保證不受其他信息的干擾，并具有確定性和可重復(fù)性；一類是無時間苛求的信息，如上下載程序、設(shè)備組態(tài)、診斷信息等。ControlNetControlNet最早ControlNetControlNet采用ISO/OSI參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層，其中應(yīng)用層采用CIP。

ControlNet只支持一種通信速率，即5Mbit/s。支持的傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線、同軸電纜或光纖，并支持本質(zhì)安全。ControlNetControlNet采用現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)1．IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（國際電工委員會InternationalElectrotechnicalCommissionIEC）2．ISO的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)兩者也互不協(xié)調(diào)統(tǒng)一現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)1．IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（1）用于工業(yè)控制系統(tǒng)的IEC61158標(biāo)準(zhǔn)類型1：FF-H1(即IEC61158技術(shù)報告)；類型2：ControlNet(美國羅克韋爾自動化公司支持)；類型3：Profibus(德國西門子公司支持)；類型4：P-Net(丹麥ProcessData公司支持)；IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（1）用于工業(yè)控制系統(tǒng)的IEC61158IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)

類型5：FF-HSE(即原FF-H2，美國Fisher-Rosemount公司支持)；類型6：SwiftNet(美國波音公司支持)；類型7：WorldFIP(法國Alstom公司支持)；類型8：Interbus(德國Phoenix公司支持)。IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)類型5：FF-HSE(即原FF-IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（2）用于低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備、控制器與電氣設(shè)備接口的IEC62026標(biāo)準(zhǔn)

IEC62026-1總則；

IEC62026-2執(zhí)行器－傳感器接口(AS-i)(德國西門子公司支持)；

IEC62026-3設(shè)備網(wǎng)，即DeviceNet(美國羅克韋爾自動化、日本OMRON公司支持)；IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（2）用于低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備、控制器IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)IEC62026-4Lontalk(美國Echelon公司支持)，現(xiàn)已取消；

IEC62026-5智能分散系統(tǒng)(SDS)(美國Honeywell公司支持)；

IEC62026-6串行多路控制總線，即SMCB(美國Honeywell公司支持)；

IEC62026-7Interbus，目前已轉(zhuǎn)入IEC61158標(biāo)準(zhǔn)(德國Phoenix公司支持)。IEC的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)IEC62026-4LontISO的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為現(xiàn)場總線制定的標(biāo)準(zhǔn)是TC22，其中影響最大的為IS011898:1993，即道路車輛數(shù)字信息交換——高速通信的控制器局域網(wǎng)(CAN)。

IS011898對CAN只規(guī)定了模型的第1、2層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。應(yīng)用層的協(xié)議可以由不同用戶、企業(yè)、組織定義。比如DeviceNet就部分沿用了CAN的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，自己增加了對應(yīng)用層的規(guī)定。ISO的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系應(yīng)用需求問題：(1)對數(shù)據(jù)量要求的不同。(2)對數(shù)據(jù)類型要求的不同。支持I/O報文或狀態(tài)突變的報文，也可能要求支持顯式報文。(3)對網(wǎng)絡(luò)性能要求的不同。高速離散量或者模擬量，實時性、可擴展性等工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系應(yīng)用需求問題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系三層網(wǎng)絡(luò)，即設(shè)備層、控制層和信息層。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系三層網(wǎng)絡(luò)，即設(shè)備層、控制層和信息層。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系

三層網(wǎng)絡(luò)共同的特點：(1)從底層到高層全部是開放的(2)具有扁平結(jié)構(gòu)(3)所有層之間實現(xiàn)了完全橋接工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系三層網(wǎng)絡(luò)共同的特點：典型控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基本層次

典型控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基本層次◆

信息層

★

控制系統(tǒng)的最上層

★通信的主要特點：通信數(shù)據(jù)量大，通信的發(fā)生較為集中，要求有高速鏈路支持，對實時性要求不高

★通信范圍從車間級到全廠級甚至因特網(wǎng)范圍，與數(shù)據(jù)庫技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和處理技術(shù)緊密關(guān)聯(lián)

★可連接的設(shè)備包括控制器、PC、操作員站、高速I/O、其它局域網(wǎng)設(shè)備，通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以連接入因特網(wǎng)◆信息層◆

控制層

★

處于控制的中間層次

★連接不同的可編程設(shè)備、控制器、人機終端等，通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備與信息層相連，很多應(yīng)用實時性要求較高，包括I/O的實時刷新、互鎖信息和控制器等之間報文的報文傳遞等

★通信特點是要求有較高的網(wǎng)絡(luò)速率，實時性要求高的情況下要求通信是確定的、可重復(fù)的◆控制層◆

設(shè)備層

★

控制網(wǎng)絡(luò)的最底層

★面向大量的現(xiàn)場設(shè)備，包括離散型的I/O（光電傳感器、接近開關(guān)等），溫度變送器、流量計等較為復(fù)雜的設(shè)備，通過掃描器或網(wǎng)關(guān)設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到控制層

★通信特點是速度要求不一定很高，有一定的智能和容錯能力，要求網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備的經(jīng)濟性、智能化，設(shè)備添加/刪除簡單方便，故障診斷和糾錯容易，適應(yīng)現(xiàn)場的不同惡劣條件◆設(shè)備層現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用內(nèi)容提要5.1概述5.2現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式與標(biāo)準(zhǔn)5.3典型的現(xiàn)場總線5.4基于現(xiàn)場總線的智能傳感變送器5.5現(xiàn)場總線的應(yīng)用內(nèi)容提要5.1概述5.1概述現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題，所以現(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)5.1概述現(xiàn)場總線是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem,FCS）是由現(xiàn)場總線和現(xiàn)場設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，這是繼電式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSyst現(xiàn)場總線對自動化領(lǐng)域的變革現(xiàn)場總線對當(dāng)今的自動化領(lǐng)域帶來的變革是：用一對通信線連接多臺數(shù)字儀表取代一對信號線只能連接一臺儀表；用多變量、雙向、數(shù)字通信方式取代單變量、單向、模擬傳輸方式；用多功能的現(xiàn)場數(shù)字儀表取代單功能的現(xiàn)場模擬儀表；用分散式的虛擬控制站代替集中式的控制站；用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散控制系統(tǒng)DCS；變革傳統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；變革傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法和安裝調(diào)試方法?，F(xiàn)場總線對自動化領(lǐng)域的變革FCS對DCS的變革FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互連。FCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為全分散式，它廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制。FCS對DCS的變革FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性，使不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換，還可統(tǒng)一組態(tài)。FCS的通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，用戶可非常方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，使同層網(wǎng)絡(luò)可以互連，也可以使不同網(wǎng)絡(luò)互連。FCS的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放，無專利許可要求，可供任何人使用。FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉采用“操作站——數(shù)字式智能現(xiàn)場儀表”兩層式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備均為智能數(shù)字儀表，見下圖：傳統(tǒng)DCS的結(jié)構(gòu)示意圖FCS的結(jié)構(gòu)示意圖采用“操作站——數(shù)字式智能現(xiàn)場儀表”兩層式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場設(shè)備均為FCS對DCS的變革

FCS對DCS的變革現(xiàn)場總線的實質(zhì)◆

現(xiàn)場總線的定義

★ISASP50（美國儀表協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）中對現(xiàn)場總線的定義

—

現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了過程控制領(lǐng)域的基本控制設(shè)備（即場地級設(shè)備）之間以及與更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備（即車間級設(shè)備）之間的聯(lián)系★國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會FF的定義

—

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem－－FCS)?，F(xiàn)場總線的實質(zhì)基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem－－FCS)。1、開放的控制系統(tǒng)2、由三類部件組成的實時連續(xù)反饋系統(tǒng)

被控過程（或環(huán)境）

數(shù)據(jù)融合機制

傳感器和執(zhí)行器基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbu

★現(xiàn)場總線技術(shù)的特點:1、全數(shù)字化通信2、一對N結(jié)構(gòu)3、高可靠性4、可控狀態(tài)5、互換性6、互操作性7、綜合功能8、分散控制9、統(tǒng)一組態(tài)10、開放式系統(tǒng)系統(tǒng)的分散性系統(tǒng)的開放性產(chǎn)品的互操作性環(huán)境的適應(yīng)性使用的經(jīng)濟性維護的簡易性系統(tǒng)的可靠性★現(xiàn)場總線技術(shù)的特點:系統(tǒng)的分散性

★現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)

—

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)

—

現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)

—

互操作性

—

分散功能塊

—

通信線供電

—

開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)★現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)用于過程以及制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。（2）現(xiàn)場設(shè)備互連

傳感器、變送器和執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳輸線互連。現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)（1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)（3）互操作性現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品，并將其集成在一起，實現(xiàn)“即接即用”;用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路。（4）分散功能塊

FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成現(xiàn)場控制站。（3）互操作性例如：流量變送器不僅具有流量信號變換、補償和累加輸入模塊，而且有PID控制和運算功能塊。調(diào)節(jié)閥的基本功能是信號驅(qū)動和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補償模塊，也可以有PID控制和運算模塊，甚至有閥門特性自檢驗和自診斷功能。由于功能塊分散在多臺現(xiàn)場儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)，供用戶靈活選用各種功能塊，構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)徹底的分散控制。例如：流量變送器不僅具有流量信號變換、補償和累加輸入模塊，而（5）通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上獲取能量，對于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場儀表，可采用這種供電方式。（6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)

既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。不同制造商的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連，用戶通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài)，把不同廠商的網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備融為一體，構(gòu)成統(tǒng)一的FCS。（5）通信線供電現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢(1)多種總線共存。(2)每種總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴張其勢力范圍。(3)大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國際組織，力圖在制造商和用戶中擴大影響。(4)每種總線都以一個或幾個大型跨國公司為背景，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)。

Profibus－西門子公司；ControlNet－羅克韋爾；WorldFIP－法國Alstom?，F(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢(1)多種總線共存。(5)大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個總線組織，有些公司甚至參加2～4個總線組織。(6)在激烈的競爭中出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的前景。(7)以太網(wǎng)的引入成為新的熱點。幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供貨商均提供一個支持TCP/IP的以太網(wǎng)接口，如西門子、羅克韋爾自動化、Echelon等公司，他們銷售各自的PLC產(chǎn)品，但同時提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相連接的接口。(5)大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個總線組織，有些公司新一代控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)位于現(xiàn)場的傳感器/執(zhí)行器一級也全部實現(xiàn)數(shù)字化、智能化?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向簡單的方向發(fā)展目前比較達(dá)成共識的是三層設(shè)備、兩層網(wǎng)絡(luò)的3十2結(jié)構(gòu)。新一代控制系統(tǒng)的優(yōu)勢現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的三層設(shè)備1、位于底層的現(xiàn)場設(shè)備：如傳感器/執(zhí)行器，以及各種分布式I/O設(shè)備等；2、位于中間的控制設(shè)備：如PLC、工業(yè)控制計算機、專用控制器等；3、位于上層的是操作設(shè)備：如操作站、工程師站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、一般工作站等。兩層網(wǎng)絡(luò)1、現(xiàn)場設(shè)備與控制設(shè)備之間的控制網(wǎng)絡(luò)2、控制設(shè)備與操作設(shè)備之間的管理網(wǎng)三層設(shè)備現(xiàn)場總線的研究方向(1)基于現(xiàn)場總線的智能化儀表的研制。“智能”指的是：1、能夠隨外界條件的變化自動地做出正確行為的能力，智能化應(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能；2、能適應(yīng)被測參數(shù)的變化，在線聯(lián)機改變量程；3、自動檢測自身工作狀態(tài)并傳遞信息，進行異常處理，自動進行指標(biāo)判斷與分選；4、進行邏輯操作、定量控制與程序控制，實現(xiàn)多參數(shù)測量，進行數(shù)字信號處理等?，F(xiàn)場總線的研究方向(1)基于現(xiàn)場總線的智能化儀表的研制。(2)基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件研制。(3)組態(tài)技術(shù)的研究，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、不同網(wǎng)段互連等技術(shù)的研究。(4)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸。(5)基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放控制系統(tǒng)的集成技術(shù)。(2)基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件研制?！?/p>

現(xiàn)場總線的協(xié)議—

現(xiàn)場總線一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，OSI協(xié)議是為計算機聯(lián)網(wǎng)而制定的7層參考模型，OSI參考模型建立的，OSI參考模型共分7層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表達(dá)層和應(yīng)用層，只要網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)都可以使用該協(xié)議

—

各廠家在實際制定自己的通信協(xié)議時，往往依據(jù)側(cè)重點的不同，僅實現(xiàn)該7層協(xié)議的子集,現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是將上述7層簡化為3層，分別由OSI參考模式的第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層組成，并增加了用戶層5.2現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模式與標(biāo)準(zhǔn)◆現(xiàn)場總線的協(xié)議—現(xiàn)場總線一般采用國際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的IEC（InternationalElectrotechnicalCommission――國際電工技術(shù)委員會）定義現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)模型為３層，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。其原因是：在現(xiàn)場總線實際應(yīng)用中，不需要選擇等功能，傳送信息通常也不會提交給高層網(wǎng)絡(luò)，從實際需要出發(fā)，可以減少層次。但是，現(xiàn)有的傳輸層不支持廣播式或多點式尋址，現(xiàn)有的會話層和表示層均不具備周期性服務(wù)的功能。為此，美國儀表學(xué)會制定的ISA/SPSO現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)模型規(guī)定，增加新的用戶層。這樣，現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)模型統(tǒng)一為４層，即：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層和用戶層。

IEC（InternationalElectrotechn◆

物理層－傳輸介質(zhì)：銅導(dǎo)線、無線電和電纜 －傳輸速率和距離：31.25Kbps,1900m（可加中繼延長)

－網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€型、樹型、點對點型

—網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量：一個通信段可連接32臺設(shè)備，使用中斷器可接240臺設(shè)備 －支持總線供電：總線上既傳送數(shù)字信號，又要為現(xiàn)場設(shè)備提供電源能量。數(shù)字信號以31.25Hz的頻率調(diào)制到9－32V的直流供電電壓上

◆物理層◆

數(shù)據(jù)鏈路層（Datalinklayer）規(guī)定了物理層與應(yīng)用層之間的接口，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從總線上傳送數(shù)據(jù)的規(guī)則，傳輸差錯識別處理，噪音檢測、多主站使用規(guī)范等。該層通過每幀數(shù)據(jù)校驗來保證信息的正確性、完整性，為應(yīng)用層透明與可靠的傳輸和處理做準(zhǔn)備。概括的講，其主要任務(wù)是解決通信過程中數(shù)據(jù)的鏈接任務(wù)，具體表現(xiàn)在確定總線存取規(guī)則、令牌傳送、申請／立即響應(yīng)，總線時間調(diào)度等規(guī)則?！魯?shù)據(jù)鏈路層（Datalinklayer）

★現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)存取控制方式有3種： －令牌傳送：一個站必須持有令牌，才能開始一次對話，完成信息傳送后即將令牌交還鏈路活動調(diào)度器LAS，LAS根據(jù)預(yù)先的組態(tài)或調(diào)度算法將令牌送交給下一個令牌申請者

—立即響應(yīng)：主戰(zhàn)給一站一個機會來應(yīng)答一次信息

—申請令牌：一個站在每回答響應(yīng)中允許立即發(fā)給令牌

★現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)存取控制方式有3種：◆在網(wǎng)絡(luò)中的裝置均要有不沖突的站地址?！衄F(xiàn)場總線系統(tǒng)中有兩類信息：1、工作信息：裝置之間傳送的數(shù)據(jù)，如過程變量。2、背景信息：裝置和操作臺之間傳送的數(shù)據(jù)。如：組態(tài)和診斷信息?！魯?shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)：保證數(shù)據(jù)的完整性和決定對話的時間和對象?！魯?shù)據(jù)鏈路幀格式：格式控制目標(biāo)地址源地址參數(shù)數(shù)據(jù)校驗◆在網(wǎng)絡(luò)中的裝置均要有不沖突的站地址。格式控制目標(biāo)地址源◆

應(yīng)用層（Applicationlayer）:

應(yīng)用層提供設(shè)備之間，及網(wǎng)絡(luò)要求的數(shù)據(jù)服務(wù)，用以對現(xiàn)場控制進行支持。為給用戶提供一個簡單的接口，該層大部分工作內(nèi)容是定義信息語法、傳輸信息的方法、網(wǎng)絡(luò)初始化的管理操作；出錯統(tǒng)計；控制網(wǎng)絡(luò)運行并檢查有無新站掛網(wǎng)或老站退出，系統(tǒng)連續(xù)詢問各可能的站地址以尋找新站。該層利用對信息或命令的格式及讀寫規(guī)定，使通信雙方或多方互相理解其內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式，并可完成糾錯判斷。

◆應(yīng)用層（Applicationlayer）:應(yīng)用層為應(yīng)用進程定義了特定的關(guān)系模型與規(guī)范，包括：1、Publisher/Subscriber（發(fā)布/索?。?、Client/Server（客戶/服務(wù)器）應(yīng)用層為應(yīng)用進程定義了特定的關(guān)系模型與規(guī)范，包括：