工業(yè)數(shù)據(jù)通信和控制網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱FCS）其結(jié)構(gòu)模式為“工作站――現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，成本低、可靠性高，可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。操作站LANH2H1服務(wù)器H1現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備124H1網(wǎng)橋H1H132現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備H1現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線FCS控制層32現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備原理圖控制系統(tǒng)應(yīng)用圖示例使用控制系統(tǒng)分布確定現(xiàn)場(chǎng)總線的接線H1現(xiàn)場(chǎng)總線#3網(wǎng)段控制室PCGreenLiquorStorageLT111LT112H1現(xiàn)場(chǎng)總線#2網(wǎng)段LT101Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT11019SC11124IP102IP104AIP104BCoolerSC11225SC1102320FT102AT10321TT104HeaterCV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822H1現(xiàn)場(chǎng)總線#1網(wǎng)段TT105現(xiàn)場(chǎng)總線定義現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)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)。它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)體系包括IPC、PLC以及各種智能化的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備基于統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議通過同一總線實(shí)現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)傳輸與信息共享位于生產(chǎn)控制的底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通信總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的延伸現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展1996年到1998年，國(guó)際性組織FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）和PNO（Profibus國(guó)際組織）先后發(fā)布了適于過程自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)H1、H2（HSE）和Profibus-PA,H1和PA都在實(shí)際工程中開始應(yīng)用。1999年底，包含8種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC-61158開始生效，除H1、HSE和PA外，還有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五種。Profibus較適合于工廠自動(dòng)化，CAN適用于汽車工業(yè)，F(xiàn)F總線(FoundationFieldbus)主要適用于過程控制現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線的星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Ethernet/HighwayFiledbusIPC、PLC。Controller/GetwayI/O子系統(tǒng)Filedbus。。DCS實(shí)際上是“半分散”、“半數(shù)字”的系統(tǒng)FCS采用的是一個(gè)完全分散的控制方式現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特征(1)全數(shù)字化通信(2)開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(3)互可操作性與互用性(4)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化(5)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性(6)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性。功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。IEC__現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)IEC__Type1:IEC__技術(shù)報(bào)告★Type2:ControlNet^IEC—國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)只是一種模式，8種類型都是平等的※各組織按照IEC技術(shù)報(bào)告Type1的框架組織各自的行規(guī)，但不改變各組織專有的行規(guī)(Profile)。探IEC標(biāo)準(zhǔn)的其中Type2?Type8需要對(duì)Typel提供接口，而標(biāo)準(zhǔn)本身不要求Type2~Type8提供接口，用戶在應(yīng)用各類型時(shí)仍可使用各自的行規(guī)，其目的就是為了保護(hù)各自的利益。Type3:Profibus★Type4:P-NetType5:FFHSE★Type6:SwiftNETType7:WorldFIPType8:Interbus以上8種總線采用完全不同的通信協(xié)議！控制網(wǎng)絡(luò)要求控制網(wǎng)絡(luò)要求確定性和可重復(fù)性。確定性是指有限制的延遲和有保證的傳送，也就是說一個(gè)報(bào)文能在可預(yù)測(cè)的時(shí)間周期內(nèi)成功的發(fā)送出去?？芍貜?fù)性是絡(luò)的傳輸能力不受網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)改變(增加節(jié)點(diǎn)或者刪除節(jié)點(diǎn))和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的改變而影響。這正是普通局域網(wǎng)不適合作為控制網(wǎng)的原因?，F(xiàn)場(chǎng)總線通常采用以下二種技術(shù)來保證其實(shí)時(shí)性：一是簡(jiǎn)化技術(shù)。簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)總線一般將網(wǎng)絡(luò)形式簡(jiǎn)化成線形；簡(jiǎn)化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2~3層；簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)信息，通常簡(jiǎn)化到只有幾字節(jié)。經(jīng)過以上簡(jiǎn)化，可以極大地提高通信傳遞速度。二是采用網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，并保證其可預(yù)知性。例如:采用主-從訪問方式，只要限制網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模就可以將響應(yīng)時(shí)間控制在指定的時(shí)間內(nèi)?？偠灾?，實(shí)時(shí)性要求是現(xiàn)場(chǎng)總線區(qū)別于一般計(jì)算機(jī)通信的主要因素。改善現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性，減少響應(yīng)時(shí)間的不確定性是現(xiàn)場(chǎng)總線的重要發(fā)展趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)狀的，節(jié)點(diǎn)間的通信路徑是不固定的；大部分現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)是線狀的，節(jié)點(diǎn)間的通信路徑是比較固定的。FB采用線狀結(jié)構(gòu)的原因在于：①容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的總線供電。②容易實(shí)現(xiàn)本安防爆規(guī)范。如果線狀結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線上某支路斷開了以后，這條支路就可能完全癱瘓，而一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則沒有這種問題，信息還可以通過選擇其它路由進(jìn)行傳遞。現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)模型（普遍性）ISO/OSI模型現(xiàn)場(chǎng)總線模型用戶層（程序）用戶層應(yīng)用層7現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范子層FMS現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層FAS表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層654321數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層通信?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF-FF由FIP(WorldFipNorthAmerican)和ISP(InterOperableSystemProject)在,1994年合并而成。-FF總線由低速FF_H1和高速FF_HSE組成。高速H2總線發(fā)展計(jì)劃已取消。⑴FF_H1:以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)的四層結(jié)構(gòu)模型，采用令牌總線介質(zhì)訪問技術(shù)，用于工業(yè)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。(2)FF_HSE:則采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六層結(jié)構(gòu),主要用于制造業(yè)(離散控制)自動(dòng)化以及邏輯控制、批處理和高級(jí)控制等場(chǎng)合。二、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信模型1.采用簡(jiǎn)化的ISO/OSI三層結(jié)構(gòu)，即：物理層(PHL)、數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)、應(yīng)用層(APL);2.與參考模型的不同點(diǎn)：制定了通行標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)用戶應(yīng)用進(jìn)行了獨(dú)有規(guī)范一一加用戶應(yīng)用層(用戶層),用于實(shí)現(xiàn)各廠商設(shè)備的獨(dú)有特性，提高各設(shè)備間的相互操作性；3.應(yīng)用層設(shè)有兩個(gè)子層――總線訪問子層(FAS)、總線報(bào)文規(guī)范子層(FMS)物理層的功能1.實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與物理總線的連接；2.為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與傳輸媒體的連接提供機(jī)械電氣接口；3.為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)總線的收、法提供和平規(guī)范的物理信號(hào)(曼徹斯特波形);4.應(yīng)考慮電氣隔離