現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)精選課件

現(xiàn)場(chǎng)總線概述

精1現(xiàn)場(chǎng)總線概述

精1精2精21.1現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。按照IEC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）一詞的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。這是由IEC/TC65負(fù)責(zé)測(cè)量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信部分國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的SC65/WG6定義的。精31.1現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布式控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已受到世界范圍的關(guān)注而成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。精4現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域是美國通用汽車公司(GM)提出的一種用于制造自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)的骨干精5是美國通用汽車公司(GM)提出的一種用于制造自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)智能速度控制器：執(zhí)行器條形碼識(shí)別器：輸入設(shè)備控制、網(wǎng)關(guān)上位機(jī)：監(jiān)控與三層網(wǎng)絡(luò)相連遠(yuǎn)程訪問路由設(shè)備顯示工作站信息量減少

圖3羅克韋爾推出的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

精61.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)智能速度控制器條形碼1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖4FFHSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（體系結(jié)構(gòu)）鏈接設(shè)備：核心網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)時(shí)間發(fā)布鏈路調(diào)度器

31.25kbps100Mbps主機(jī)系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)高速以太網(wǎng)

組態(tài)、監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)信息控制信息

精71.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖4FFHSE

1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀(jì)50年代至今一直都在使用著一種信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，那就是4~20mA的模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代，數(shù)字式計(jì)算機(jī)引入到測(cè)控系統(tǒng)中，而此時(shí)的計(jì)算機(jī)提供的是集中式控制處理。20世紀(jì)80年代微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌入到各種儀器設(shè)備中，形成了分布式控制系統(tǒng)。精8

1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀(jì)精9精9智能設(shè)備以微處理器為核心，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能。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(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)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(bào)告、狀態(tài)報(bào)告、趨勢(shì)圖等功能。另外，從實(shí)際應(yīng)用的角度，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面提出新需求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)（FCS），將是繼DCS后的又一代控制系統(tǒng)。精10智能設(shè)備以微處理器為核心，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)精11精11現(xiàn)場(chǎng)總線與4-20mA系統(tǒng)的區(qū)別？4-20mAP.S.現(xiàn)場(chǎng)總線P.S.現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備在總線上并聯(lián)連接，所有設(shè)備通過總線接收、發(fā)送數(shù)字信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備可以向網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備提供任意多信息總線具有循環(huán)冗余檢錯(cuò)的(CRC)功能，可以保證接收設(shè)備獲得正確數(shù)據(jù)多節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線無需點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的布線精12現(xiàn)場(chǎng)總線與4-20mA系統(tǒng)的區(qū)別？4-20mAP.S.現(xiàn)場(chǎng)總精13精13精14精14精15精151.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)

由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線也有不同的定義。但現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。1．現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)用于過程以及制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。2．現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表是指?jìng)鞲衅?、變送器和?zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對(duì)傳輸線互連，傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等，并可根據(jù)需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質(zhì)。精161.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對(duì)3．互操作性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以提供一個(gè)工廠所需的全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所以，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連是基本的要求，只有實(shí)現(xiàn)互操作性，用戶才能自由地集成FCS。例如，汽車機(jī)械制造設(shè)備，電氣自動(dòng)化設(shè)備。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(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。由于功能塊分散在多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。精173．互操作性精175．通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場(chǎng)儀表直接從通信線上攝取能量，對(duì)于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場(chǎng)儀表，可采用這種供電方式。6．開放式互連網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，它既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。精185．通信線供電精181.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1．現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)由于采用數(shù)字信號(hào)替代模擬信號(hào)，因而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)，如運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、故障信息等。用一根通信線直接互連N個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互連網(wǎng)絡(luò)。

精191.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1．現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)精精20精201.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)離散量/模擬量輸入/輸出設(shè)備指示燈：狀態(tài)指示光電傳感器：檢測(cè)開關(guān)操作員接口：輸入操作命令閥和交流驅(qū)動(dòng)器：執(zhí)行器，輸出設(shè)備變送器（傳感器）：輸入設(shè)備控制器：主站、從站人機(jī)界面：輸入/輸出設(shè)備參數(shù)、命令、顯示

精211.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)離散量/模擬量輸入/輸圖1-1FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較PROFIBUS-DPH1DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)橋LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線CANBUS服務(wù)器LAN操作站4~20mALAN傳統(tǒng)的模擬儀表控制站操作站現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS）結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1-1所示。精22圖1-1FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較PROFIBUS-DPH12．現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)（1）系統(tǒng)的開放性開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。（2）互可操作性與互用性這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。精232．現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)精23（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。（5）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。精24（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性精243．現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等。（2）節(jié)省安裝費(fèi)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，由于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。精253．現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)精25（3）節(jié)約維護(hù)開銷由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。（4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。（5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。精26（3）節(jié)約維護(hù)開銷精261.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定

國際電工委員會(huì)極為重視現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，早在1984年就籌備成立了IEC/TC65/SC65C/WG6工作組，開始起草現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。IEC61158標(biāo)準(zhǔn)將采用的8種類型為：精271.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定

國際電工委員會(huì)極為重視現(xiàn)場(chǎng)精28精28從IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)長達(dá)15年的制定經(jīng)歷中，以及IEC各國家委員會(huì)全力以赴積極參與和激烈爭(zhēng)論的程度來看，在數(shù)字技術(shù)時(shí)代，標(biāo)準(zhǔn)已不僅僅是一個(gè)產(chǎn)品的規(guī)范，它還起著引導(dǎo)和促進(jìn)高新技術(shù)發(fā)展的特殊作用。精29從IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)長達(dá)15年的制定經(jīng)歷中，以及1.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀

國際電工技術(shù)委員會(huì)/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEC/ISA）自1984年起著手現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)工作，但統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)至今仍未完成。1．多種總線共存現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中采用了8種協(xié)議類型，以及其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線。每種總線都有其產(chǎn)生的背景和應(yīng)用領(lǐng)域。精301.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀

國際電工技術(shù)委員會(huì)/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)2．每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域每種總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)張其勢(shì)力范圍。在一定應(yīng)用領(lǐng)域中已取得良好業(yè)績(jī)的總線，往往會(huì)進(jìn)一步根據(jù)需要向其他領(lǐng)域發(fā)展。如PROFIBUS在DP的基礎(chǔ)上又開發(fā)出PA，以適用于流程工業(yè)。3．每種總線各有其國際組織大多數(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創(chuàng)造影響，以取得更多方面的支持，同時(shí)也想顯示出其技術(shù)是開放的。精312．每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域精314．每種總線均有其支持背景每種總線都以一個(gè)或幾個(gè)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)，如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，ControlNet以Rockwell公司為主要背景，WorldFIP以Alstom公司為主要后臺(tái)。精324．每種總線均有其支持背景精32RockwellAutomation

羅克韋爾公司是世界著名的電子控制和通訊公司，年銷售額達(dá)70億美元，在工業(yè)自動(dòng)化，航空電子及通訊和電子商務(wù)等領(lǐng)域中處于全球領(lǐng)先地位。羅克韋爾公司目前擁有員工約40000名，分布在全球40多個(gè)國家和地區(qū)的450多個(gè)城市。公司的全球網(wǎng)絡(luò)使公司能夠與世界各地的客戶緊密合作，充分了解他們的需求，并且作為合作伙伴向他們提供先進(jìn)的技術(shù)，產(chǎn)品和系統(tǒng)以及快捷可靠的服務(wù)與支持。

通過以下介紹，您會(huì)更多的了解我們的公司性質(zhì)，產(chǎn)品和服務(wù)，以及公司在全球的發(fā)展。您能了解羅克韋爾公司的品牌，公司所從事的事業(yè)，以及將來公司如何與您并肩努力來滿足您在業(yè)務(wù)上的需要。公司期待著加強(qiáng)公司在全世界的伙伴關(guān)系。在羅克韋爾，公司為實(shí)現(xiàn)客戶的成功而奮斗。您成功，我們也成功。董事長兼首席執(zhí)行官

DonH.Davis精33RockwellAutomation

董事長兼首WorldFIP（法國Alstom公司支持）精34WorldFIP（法國Alstom公司支持）精34

阿爾斯通（ALSTOM）是全球發(fā)電和軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，其創(chuàng)新環(huán)保的領(lǐng)先技術(shù)已成為行業(yè)的參照基準(zhǔn)。

阿爾斯通建造了世界上運(yùn)行最快的列車和動(dòng)力最高的全自動(dòng)地鐵列車。

阿爾斯通還為水電、燃?xì)?、燃煤和核電等利用各類能源的發(fā)電廠提供總包整合電廠解決方案和相關(guān)服務(wù)。阿爾斯通集團(tuán)是世界500強(qiáng)之一，在全球70多個(gè)國家和地區(qū)擁有近六萬伍千名員工。2006/07財(cái)年的銷售業(yè)績(jī)達(dá)190億歐元。5．設(shè)備制造商參加多個(gè)總線組織大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個(gè)總線組織，有些公司甚至參加2~4個(gè)總線組織。精35阿爾斯通（ALSTOM）是全球發(fā)電和軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的6．多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)每種總線大多將自己作為國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)地位。7．協(xié)調(diào)共存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的前景。8．工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)以太網(wǎng)的引入成為新的熱點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)正在工業(yè)自動(dòng)化和過程控制市場(chǎng)上迅速增長，幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供應(yīng)商均提供一個(gè)支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口，如Siemens、Rockwell、GEFanuc等，他們銷售各自的PLC產(chǎn)品，但同時(shí)提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相連接的接口。精366．多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)精361.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

汽車總裝生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

精371.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

精381.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域精381.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

大豆分離蛋白現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

精391.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)

精401.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

上海世博園區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)配置圖打印機(jī)后臺(tái)系統(tǒng)站控單元GPS

調(diào)度中心間隔1保護(hù)測(cè)控單元間隔2保護(hù)測(cè)控單元間隔3保護(hù)測(cè)控單元間隔n保護(hù)測(cè)控單元其它智能裝置CT\PT數(shù)字量控制輸出CT\PTCT\PTCT\PT數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量控制輸出控制輸出控制輸出

精411.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域上海世1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)方式與現(xiàn)場(chǎng)總線智能化方式的比較

精421.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)方式與現(xiàn)場(chǎng)總線智能化1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于以太網(wǎng)的CBZ-8000變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

精431.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于以太網(wǎng)的CBZ-8000變電站1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)

精441.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)精1.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)定義了硬件接口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。參考國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，采用其中的第1層、第2層和第7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并增設(shè)了第8層即用戶層。1．物理層物理層定義了信號(hào)的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機(jī)械特性、信號(hào)傳輸速率等?，F(xiàn)場(chǎng)總線有兩種編碼方式：Manchester和NRZ，現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。精451.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)定義了硬件接2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個(gè)子層，即介質(zhì)訪問控制層（MAC）和邏輯鏈路控制層（LLC）。MAC功能是對(duì)傳輸介質(zhì)傳送的信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收控制，而LLC層則是對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的設(shè)備上?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以是主站，也可以是從站，主站有控制收發(fā)數(shù)據(jù)的權(quán)利，而從站則只有響應(yīng)主站訪問的權(quán)利。精462．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層精463．應(yīng)用層應(yīng)用層的功能是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場(chǎng)總線變量的訪問。4．用戶層用戶層是現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)在OSI模型之外新增加的一層，是使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關(guān)鍵。用戶層定義了從現(xiàn)場(chǎng)裝置中讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)“功能模塊”。精473．應(yīng)用層精471.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點(diǎn)，自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的大趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響是十分深刻的。具有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有：智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù)；組態(tài)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互連等；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；人機(jī)接口、軟件技術(shù)；現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成技術(shù)。精481.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為在從現(xiàn)在起的未來10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)內(nèi)，幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享的局面。精49在從現(xiàn)在起的未來10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一1.2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)

1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)上是一種控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)和Internet、Intranet等類型的信息網(wǎng)絡(luò)不同，控制網(wǎng)絡(luò)直接面向生產(chǎn)過程，因此要求有很高的實(shí)時(shí)性、可靠性、數(shù)據(jù)完整性和可用性。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線還要完成與上層工廠信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和傳遞。統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)應(yīng)具有3層結(jié)構(gòu)，如圖1-2所示，從底向上依次為：過程控制層（PCS）、制造執(zhí)行層（MES）、企業(yè)資源規(guī)劃層（ERP）。精501.2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)

1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集圖1-2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖

過程控制層PCS制造執(zhí)行層MES內(nèi)部網(wǎng)Intranet(Ethernet)企業(yè)資源規(guī)劃層ERPInternet互聯(lián)網(wǎng)Internet現(xiàn)總線控制網(wǎng)絡(luò)精51圖1-2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖過程控制層1．過程控制層現(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通信網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通信協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)則是用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通信網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。過程控制層通信介質(zhì)不受限制，可用雙絞線、同軸電纜、光纖、電力線、無線、紅外線等各種形式。精521．過程控制層精522．制造執(zhí)行層這一層從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和趨勢(shì)分析等功能，另外還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)和下裝。3．企業(yè)資源規(guī)劃層其主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個(gè)安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。精532．制造執(zhí)行層精534．現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別現(xiàn)場(chǎng)總線與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相比，主要有以下特點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)總線主要用于對(duì)生產(chǎn)、生活設(shè)備的控制，對(duì)生產(chǎn)過程的狀態(tài)檢測(cè)、監(jiān)視與控制，或?qū)崿F(xiàn)“家庭自動(dòng)化”等；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖像等數(shù)據(jù)信息。（2）現(xiàn)場(chǎng)總線和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有各自的技術(shù)特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線要求具備高度的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)接口盡可能簡(jiǎn)單，成本盡量降低，數(shù)據(jù)傳輸量一般較??；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則需要適應(yīng)大批量數(shù)據(jù)的傳輸與處理。（3）現(xiàn)場(chǎng)總線采用全數(shù)字式通信，具有開放式、全分布、互操作性（Interoperability）等特點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)特性比較如表1-2所示。精544．現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別精54表1-2現(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)特性比較精55表1-2現(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)特性比較精551.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線的作用

現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)處于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的底層，或者說，它是構(gòu)成企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。而生產(chǎn)過程的控制參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)等信息是企業(yè)信息的重要組成部分。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)各功能層次的網(wǎng)絡(luò)類型如圖1-3所示。精561.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線的作用

現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)處于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的圖1-3各功能層次的網(wǎng)絡(luò)類型以太網(wǎng)段資源規(guī)劃層(ERP)制造執(zhí)行層(MES)以太網(wǎng)段Internet現(xiàn)場(chǎng)控制層(FCS)控制網(wǎng)絡(luò)溫度變送器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥溫

度變送器溫

度變送器精57以太網(wǎng)段資源規(guī)劃層(ERP)制造執(zhí)行層(MES)以太網(wǎng)段In控制網(wǎng)絡(luò)的主要作用是為自動(dòng)化系統(tǒng)傳遞數(shù)字信息。它所傳輸?shù)男畔?nèi)容主要是生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值、控制量、閥門的工作位置、開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)量程調(diào)校信息等。精58控制網(wǎng)絡(luò)的主要作用是為自動(dòng)化系統(tǒng)傳遞數(shù)字信息。精581.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

由于現(xiàn)場(chǎng)總線所處的特殊環(huán)境及所承擔(dān)的實(shí)時(shí)控制任務(wù)是普通局域網(wǎng)和以太網(wǎng)技術(shù)難以取代的，因而現(xiàn)場(chǎng)總線至今依然保持著它在現(xiàn)場(chǎng)控制層的地位和作用。但現(xiàn)場(chǎng)總線需要同上層與外界實(shí)現(xiàn)信息交換。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式一般有以下三種：一是采用專用網(wǎng)關(guān)完成不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段或DCS連接到以太網(wǎng)上。圖1-4示出了通過網(wǎng)關(guān)連接現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)的示意圖。精591.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

由于現(xiàn)場(chǎng)總線所處的特圖1-4通過網(wǎng)關(guān)連接現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)服務(wù)器以太網(wǎng)段網(wǎng)關(guān)或控制器現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段網(wǎng)橋現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段精60監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)服務(wù)器以太網(wǎng)段網(wǎng)關(guān)或控制器現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段網(wǎng)橋現(xiàn)場(chǎng)二是將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)的PCI插槽內(nèi)，在PC機(jī)內(nèi)完成數(shù)據(jù)交換。在圖1-5中采用現(xiàn)場(chǎng)總線的PCI卡，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)的連接。精61二是將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)的PCI插槽內(nèi)，圖1-5采用PCI卡連接現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)PCI以太網(wǎng)段監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段精62PCI以太網(wǎng)段監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段精62三是將Web服務(wù)器直接置入PLC或現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備內(nèi)，借助Web服務(wù)器和通用瀏覽工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)交互。精63三是將Web服務(wù)器直接置入PLC或現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備內(nèi)，借助Web1.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)考慮的因素

應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線要適合企業(yè)的需要，選擇現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)考慮以下因素。1．控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)（1）適應(yīng)工業(yè)控制應(yīng)用環(huán)境，要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，安全性好。（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖菧y(cè)控?cái)?shù)據(jù)及其相關(guān)信息，因而多為短幀信息，傳輸速率低。（3）用戶從滿足應(yīng)用需要的角度去選擇、評(píng)判。精641.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)考慮的因素

應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線要適2．標(biāo)準(zhǔn)支持國際、國家、地區(qū)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)支持的介質(zhì)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；最大長度/段；本質(zhì)安全；總線供電；最大電流；可尋址的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)；可掛接的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)；介質(zhì)冗余等。精652．標(biāo)準(zhǔn)支持精654．網(wǎng)絡(luò)性能傳輸速率；時(shí)間同步準(zhǔn)確度；執(zhí)行同步準(zhǔn)確度；媒體訪問控制方式；發(fā)布/預(yù)訂接收能力；報(bào)文分段能力（報(bào)文大小限制，最大數(shù)據(jù)/報(bào)文段）；設(shè)備識(shí)別；位號(hào)名分配；節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的直接傳輸；支持多段網(wǎng)絡(luò)；可尋址的最大網(wǎng)段數(shù)。精664．網(wǎng)絡(luò)性能精665．測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用考慮功能塊；應(yīng)用對(duì)象；設(shè)備描述。6．市場(chǎng)因素供應(yīng)商供貨的成套性、持久性、地區(qū)性、產(chǎn)品互換性和性能價(jià)格比。精675．測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用考慮精677．其他因素一致性測(cè)試；一致性測(cè)試是協(xié)議測(cè)試的一個(gè)重要方面，是性能測(cè)試、互操作性測(cè)試和健壯性測(cè)試的基礎(chǔ)，是協(xié)議開發(fā)人員首要關(guān)心的問題，它測(cè)試協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是否符合協(xié)議規(guī)范。一致性測(cè)試是一種黑盒測(cè)試，他不涉及協(xié)議的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，只是從外面的行為來判斷協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是否符合要求精687．其他因素精68互操作測(cè)試機(jī)制互操作測(cè)試評(píng)價(jià)被測(cè)實(shí)現(xiàn)與相連接相似實(shí)現(xiàn)之間在網(wǎng)絡(luò)操作環(huán)境中是否能夠正確地交互并且完成協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的功能，從而確定被測(cè)設(shè)備是否支持所需要的功能事實(shí)上，在互操作測(cè)試中，被采用最多的形式是測(cè)試單位選擇經(jīng)互操作認(rèn)可的設(shè)備來與被測(cè)設(shè)備進(jìn)行互操作測(cè)試。認(rèn)可設(shè)備可能是終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者應(yīng)用軟件，也可能是一個(gè)單獨(dú)設(shè)備或者若干設(shè)備組合。精69互操作測(cè)試機(jī)制精691.3現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介由于技術(shù)和利益的原因，目前國際上存在著幾十種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，比較流行的主要有:FF、CAN、DeviceNet、LonWorks、PROFIBUS、HART、INTERBUS、CC-Link、ControlNet、WorldFIP、P-Net、SwiftNet等現(xiàn)場(chǎng)總線。精701.3現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介由于技術(shù)和利益的原因，目前國際上存在著1.3.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，即FoundationFieldbus，簡(jiǎn)稱FF，這是在過程自動(dòng)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(瑞士蘇黎世)、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WorldFIP協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團(tuán)于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。精711.3.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，即Fo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?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)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)。精72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1.3.2CAN

CAN是控制器局域網(wǎng)ControllerAreaNetwork的簡(jiǎn)稱，最早由德國BOSCH公司提出，用于汽車內(nèi)部測(cè)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。精731.3.2CAN

CAN是控制器局域網(wǎng)ControlleCAN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的:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。其信號(hào)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/5kbps，可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。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MC68HC908AZ60Z，Philips公司的SJA1000等。還有插在PC機(jī)上的CAN總線適配器，具有接口簡(jiǎn)單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。精74CAN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，1.3.3DeviceNet（美國RockwellAutomation公司）

DeviceNet是一種低成本的通信連接，它將工業(yè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)，從而免去了昂貴的硬接線。DeviceNet是一個(gè)開放式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范和協(xié)議都是開放的，廠商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí)，無需購買硬件、軟件或許可權(quán)。任何人都能以少量的復(fù)制成本從開放式DeviceNet供貨商協(xié)會(huì)（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范。精751.3.3DeviceNet（美國RockwellAu美國RockwellAutomation公司于1994年推出了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)低成本高性能的工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互連。DeviceNet基于CAN總線技術(shù)，它可連接：開關(guān)、光電傳感器、閥組、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、過程傳感器、變頻調(diào)速設(shè)備、固態(tài)過載保護(hù)裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機(jī)界面等，傳輸速率為125~500kbps，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)是64個(gè)，干線長度100~500m。精76美國RockwellAutomation公司于1994年推DeviceNet總線的組織機(jī)構(gòu)是“開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會(huì)”，簡(jiǎn)稱“ODVA”，其英文全稱為OpenDeviceNetVendorAssociation。它是一個(gè)獨(dú)立組織，管理DeviceNet技術(shù)規(guī)范，促進(jìn)DeviceNet在全球的推廣與應(yīng)用。2002年10月8日，DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線被批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet中國國家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為GB/T18858.3-2002，名稱為《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備控制器——設(shè)備接口（CDI）第3部分：DeviceNet》。該標(biāo)準(zhǔn)于2003年4月1日開始實(shí)施。精77DeviceNet總線的組織機(jī)構(gòu)是“開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會(huì)

1.3.4LonWorks

LonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它是由美國Echelon公司推出并由它們與Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通信協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置.

精78

1.3.4LonWorks

LonWorks是又一具有其通信速率從300bps至1.5Mbps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(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。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(shí)現(xiàn)。精79其通信速率從300bps至1.5Mbps不等，直接通信距離可1.3.5PROFIBUS

PROFIBUS是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)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。精801.3.5PROFIBUS

PROFIBUS是作為德國國DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)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。精81DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。PROFIBUS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。PROFIBUS的傳輸速率為9.6kbps~12Mbps，最大傳輸距離在9.6kbps時(shí)為1200m，1.5Mbps時(shí)為200m，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(gè)站點(diǎn)。精82精821.3.6HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議）

HART是HighwayAddressableRemoteTransducer的縮寫，最早由Rosemount公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會(huì)。這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中工業(yè)過程控制的過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到了較好的發(fā)展。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。

精831.3.6HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議1.3.7INTERBUS

INTERBUS是德國跨國集團(tuán)Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場(chǎng)總線，廣泛地應(yīng)用于汽車工業(yè)、煙草工業(yè)、倉儲(chǔ)及傳送技術(shù)、造紙工業(yè)、包裝工業(yè)和食品工業(yè)等。1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50254，2000年2月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS的技術(shù)發(fā)起人為德國菲尼克斯公司。

精841.3.7INTERBUS

INTERBUS是德國跨國集1.3.8CC-Link

1．開放式現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link背景在1996年11月，以三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司以“多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link，第一次正式向市場(chǎng)推出了CC-Link這一全新的多廠商、高性能、省配線的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。精851.3.8CC-Link

1．開放式現(xiàn)場(chǎng)總線CC-LinCC-Link是Control&CommunicationLink（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。即：在工控系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時(shí)以10Mbps高速傳輸?shù)默F(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。1998年，汽車行業(yè)的馬自達(dá)、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等也成為了CC-Link的用戶，而且CC-Link迅速進(jìn)入中國市場(chǎng)。2000年11月，CC-Link協(xié)會(huì)（CC-LinkPartnerAssociation簡(jiǎn)稱CLPA）在日本成立。主要負(fù)責(zé)CC-Link在全球的普及和推進(jìn)工作。為了全球化的推廣能夠統(tǒng)一進(jìn)行，CLPA（CC-Link協(xié)會(huì)）在全球設(shè)立了眾多的駐點(diǎn)，分布在美國、歐洲、中國、中國臺(tái)灣、新加坡、韓國等國家和地區(qū)，負(fù)責(zé)在不同地區(qū)在各個(gè)方面推廣和支持CC-Link用戶和成員的工作。精86CC-Link是Control&CommunicatioCLPA由“Woodhead”、“Contec”、“Digital”、“NEC”、“松下電工”和“三菱電機(jī)”等6個(gè)常務(wù)理事會(huì)員發(fā)起。到2002年3月底，CLPA在全球擁有252家會(huì)員公司，其中包括浙大中控、中科軟大等幾家中國大陸地區(qū)的會(huì)員公司。CC-Link是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、成本較低的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，其在中國的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用有著廣闊的前景。精87CLPA由“Woodhead”、“Contec”、“Digi1.3.9ControlNet

ControlNet是由在北美（包括美國、加拿大等）地區(qū)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中技術(shù)和市場(chǎng)占有率穩(wěn)居第一位的美國羅克韋爾自動(dòng)化公司（RockwellAutomation）于1997年推出的一種新的面向控制層的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。精881.3.9ControlNet

ControlNet是由ControlNet是一種最現(xiàn)代化的開放網(wǎng)絡(luò)，它提供如下功能：（1）在同一鏈路上同時(shí)支持I/O信息，控制器實(shí)時(shí)互鎖以及對(duì)等通信報(bào)文傳送和編程操作。（2）對(duì)于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有確定性和可重復(fù)性。ControlNet上可連接以下典型的設(shè)備：邏輯控制器（例如可編程邏輯控制器、軟控制器等）；精89ControlNet是一種最現(xiàn)代化的開放網(wǎng)絡(luò)，它提供如下功能I/O機(jī)架和其他I/O設(shè)備；人機(jī)界面設(shè)備；操作員界面設(shè)備；電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備；變頻器；機(jī)器人；氣動(dòng)閥門；過程控制設(shè)備；網(wǎng)橋/網(wǎng)關(guān)等。精90I/O機(jī)架和其他I/O設(shè)備；精901.3.10WorldFIP

WorldFIP的北美部分與ISP合并成為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨(dú)立，總部設(shè)在法國，該協(xié)議符合法國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的第三部分。精911.3.10WorldFIP

WorldFIP的北美部分到目前為止，WorldFIP協(xié)會(huì)已擁有100多個(gè)成員，生產(chǎn)350多種WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。WorldFIP產(chǎn)品在法國的市場(chǎng)占有率大約60%，在歐洲市場(chǎng)占有大約25%的份額，WorldFIP廣泛用于發(fā)電與輸配電、制造自動(dòng)化、鐵路運(yùn)輸、地鐵等自動(dòng)化領(lǐng)域。精92精921.3.11P-Net

P-Net現(xiàn)場(chǎng)總線由丹麥Process-DataA/S公司提出，1984年開發(fā)出第一個(gè)多主控器現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、飼養(yǎng)、林業(yè)、食品等行業(yè)，現(xiàn)已成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的第一部分、IEC61158類型4。P-Net采用了ISO/OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)器和應(yīng)用層。精931.3.11P-Net

P-Net現(xiàn)場(chǎng)總線由丹麥Proc1.3.12SwiftNet

SwiftNet是SHIPSTAR協(xié)會(huì)應(yīng)波音公司的要求開發(fā)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線。它主要用于航空和航天等領(lǐng)域。該總線是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性高的總線，它的ISO/OSI參考模型只有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，沒有定義應(yīng)用層。精941.3.12SwiftNet

SwiftNet是SHIP1.3.13AS-i

AS-i（Actuator-Sensorinterface）是執(zhí)行器-傳感器接口的英文縮寫。它是一種用來在控制器（主站、Master）和傳感器/執(zhí)行器（從站、Slave）之間雙向交換信息、主從結(jié)構(gòu)的總線網(wǎng)絡(luò)，它屬于現(xiàn)場(chǎng)總線下面設(shè)備級(jí)的底層通信網(wǎng)絡(luò)。精951.3.13AS-i

AS-i（Actuator-Sen一個(gè)AS-i總線中的主站最多可以帶31個(gè)從站，從站的地址為5位，可以有32個(gè)地址，但“0”地址留作地址自動(dòng)分配時(shí)的特殊用途。一個(gè)AS-i的主站又可以通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）和PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接，作為它的一個(gè)從站。AS-i總線用于具有開關(guān)量特征的傳感器/執(zhí)行器中，也可用于各種開關(guān)電器中。精96一個(gè)AS-i總線中的主站最多可以帶31個(gè)從站，從站的地址為5AS-i總線的發(fā)展是由11家公司聯(lián)合資助和規(guī)劃的，并得到德國科技部的支持，現(xiàn)已成立了AS-i國際協(xié)會(huì)（AS-InternationalAssociation），它的任務(wù)是規(guī)劃AS-i部件的開發(fā)和系統(tǒng)的定義，進(jìn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的工作，組織產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和軟件認(rèn)證，以保證AS-i產(chǎn)品的開放性和互操作性。精97AS-i總線的發(fā)展是由11家公司聯(lián)合資助和規(guī)劃的，并得到德國1.3.14RS-485

盡管RS-485不能稱為現(xiàn)場(chǎng)總線，但是作為現(xiàn)場(chǎng)總線的鼻祖，還有許多設(shè)備繼續(xù)沿用這種通信協(xié)議。采用RS-485通信具有設(shè)備簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)勢(shì)，仍具有一定的生命力。以RS-485為基礎(chǔ)的OPTO-22命令集等也在許多系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。精981.3.14RS-485

盡管RS-485不能稱為現(xiàn)場(chǎng)總作業(yè)：1、說明現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)是什么？2、說明現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試比較DCS結(jié)構(gòu)與FCS結(jié)構(gòu)。思考題：1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制的聯(lián)系以及區(qū)別。2、ERP的最終目的是什么？3、目前存在多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，你對(duì)哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)感興趣？為什么？精99作業(yè)：精99現(xiàn)場(chǎng)總線概述

精100現(xiàn)場(chǎng)總線概述

精1精101精21.1現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。按照IEC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）一詞的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。這是由IEC/TC65負(fù)責(zé)測(cè)量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信部分國際標(biāo)準(zhǔn)化工作的SC65/WG6定義的。精1021.1現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它作為工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布式控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已受到世界范圍的關(guān)注而成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。精103現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域是美國通用汽車公司(GM)提出的一種用于制造自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)的骨干精104是美國通用汽車公司(GM)提出的一種用于制造自動(dòng)化的局域網(wǎng)協(xié)1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)智能速度控制器：執(zhí)行器條形碼識(shí)別器：輸入設(shè)備控制、網(wǎng)關(guān)上位機(jī)：監(jiān)控與三層網(wǎng)絡(luò)相連遠(yuǎn)程訪問路由設(shè)備顯示工作站信息量減少

圖3羅克韋爾推出的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

精1051.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)智能速度控制器條形碼1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖4FFHSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（體系結(jié)構(gòu)）鏈接設(shè)備：核心網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)時(shí)間發(fā)布鏈路調(diào)度器

31.25kbps100Mbps主機(jī)系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)高速以太網(wǎng)

組態(tài)、監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)信息控制信息

精1061.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖4FFHSE

1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀(jì)50年代至今一直都在使用著一種信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，那就是4~20mA的模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代，數(shù)字式計(jì)算機(jī)引入到測(cè)控系統(tǒng)中，而此時(shí)的計(jì)算機(jī)提供的是集中式控制處理。20世紀(jì)80年代微處理器在控制領(lǐng)域得到應(yīng)用，微處理器被嵌入到各種儀器設(shè)備中，形成了分布式控制系統(tǒng)。精107

1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

在過程控制領(lǐng)域中，從20世紀(jì)精108精9智能設(shè)備以微處理器為核心，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)化控制等功能。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(dòng)量程轉(zhuǎn)換、自動(dòng)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(bào)告、狀態(tài)報(bào)告、趨勢(shì)圖等功能。另外，從實(shí)際應(yīng)用的角度，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面提出新需求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式控制系統(tǒng)（FCS），將是繼DCS后的又一代控制系統(tǒng)。精109智能設(shè)備以微處理器為核心，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸及優(yōu)精110精11現(xiàn)場(chǎng)總線與4-20mA系統(tǒng)的區(qū)別？4-20mAP.S.現(xiàn)場(chǎng)總線P.S.現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備在總線上并聯(lián)連接，所有設(shè)備通過總線接收、發(fā)送數(shù)字信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備可以向網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備提供任意多信息總線具有循環(huán)冗余檢錯(cuò)的(CRC)功能，可以保證接收設(shè)備獲得正確數(shù)據(jù)多節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線無需點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的布線精111現(xiàn)場(chǎng)總線與4-20mA系統(tǒng)的區(qū)別？4-20mAP.S.現(xiàn)場(chǎng)總精112精13精113精14精114精151.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)

由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線也有不同的定義。但現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義主要表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。1．現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)用于過程以及制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。2．現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表是指?jìng)鞲衅?、變送器和?zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對(duì)傳輸線互連，傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等，并可根據(jù)需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質(zhì)。精1151.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對(duì)3．互操作性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以提供一個(gè)工廠所需的全部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所以，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連是基本的要求，只有實(shí)現(xiàn)互操作性，用戶才能自由地集成FCS。例如，汽車機(jī)械制造設(shè)備，電氣自動(dòng)化設(shè)備。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(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。由于功能塊分散在多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。精1163．互操作性精175．通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場(chǎng)儀表直接從通信線上攝取能量，對(duì)于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場(chǎng)儀表，可采用這種供電方式。6．開放式互連網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，它既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。精1175．通信線供電精181.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1．現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)由于采用數(shù)字信號(hào)替代模擬信號(hào)，因而可實(shí)現(xiàn)一對(duì)電線上傳輸多個(gè)信號(hào)，如運(yùn)行參數(shù)值、多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、故障信息等。用一根通信線直接互連N個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互連網(wǎng)絡(luò)。

精1181.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1．現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)精精119精201.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)離散量/模擬量輸入/輸出設(shè)備指示燈：狀態(tài)指示光電傳感器：檢測(cè)開關(guān)操作員接口：輸入操作命令閥和交流驅(qū)動(dòng)器：執(zhí)行器，輸出設(shè)備變送器（傳感器）：輸入設(shè)備控制器：主站、從站人機(jī)界面：輸入/輸出設(shè)備參數(shù)、命令、顯示

精1201.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)離散量/模擬量輸入/輸圖1-1FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較PROFIBUS-DPH1DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)橋LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線CANBUS服務(wù)器LAN操作站4~20mALAN傳統(tǒng)的模擬儀表控制站操作站現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS）結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖1-1所示。精121圖1-1FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較PROFIBUS-DPH12．現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)（1）系統(tǒng)的開放性開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。（2）互可操作性與互用性這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。（3）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。精1222．現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)精23（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。（5）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。精123（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性精243．現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等。（2）節(jié)省安裝費(fèi)用現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，由于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。精1243．現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)精25（3）節(jié)約維護(hù)開銷由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。（4）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。（5）提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。精125（3）節(jié)約維護(hù)開銷精261.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定

國際電工委員會(huì)極為重視現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，早在1984年就籌備成立了IEC/TC65/SC65C/WG6工作組，開始起草現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。IEC61158標(biāo)準(zhǔn)將采用的8種類型為：精1261.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定

國際電工委員會(huì)極為重視現(xiàn)場(chǎng)精127精28從IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)長達(dá)15年的制定經(jīng)歷中，以及IEC各國家委員會(huì)全力以赴積極參與和激烈爭(zhēng)論的程度來看，在數(shù)字技術(shù)時(shí)代，標(biāo)準(zhǔn)已不僅僅是一個(gè)產(chǎn)品的規(guī)范，它還起著引導(dǎo)和促進(jìn)高新技術(shù)發(fā)展的特殊作用。精128從IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)長達(dá)15年的制定經(jīng)歷中，以及1.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀

國際電工技術(shù)委員會(huì)/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEC/ISA）自1984年起著手現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)工作，但統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)至今仍未完成。1．多種總線共存現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中采用了8種協(xié)議類型，以及其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線。每種總線都有其產(chǎn)生的背景和應(yīng)用領(lǐng)域。精1291.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀

國際電工技術(shù)委員會(huì)/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)2．每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域每種總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)張其勢(shì)力范圍。在一定應(yīng)用領(lǐng)域中已取得良好業(yè)績(jī)的總線，往往會(huì)進(jìn)一步根據(jù)需要向其他領(lǐng)域發(fā)展。如PROFIBUS在DP的基礎(chǔ)上又開發(fā)出PA，以適用于流程工業(yè)。3．每種總線各有其國際組織大多數(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創(chuàng)造影響，以取得更多方面的支持，同時(shí)也想顯示出其技術(shù)是開放的。精1302．每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域精314．每種總線均有其支持背景每種總線都以一個(gè)或幾個(gè)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)，如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，ControlNet以Rockwell公司為主要背景，WorldFIP以Alstom公司為主要后臺(tái)。精1314．每種總線均有其支持背景精32RockwellAutomation

羅克韋爾公司是世界著名的電子控制和通訊公司，年銷售額達(dá)70億美元，在工業(yè)自動(dòng)化，航空電子及通訊和電子商務(wù)等領(lǐng)域中處于全球領(lǐng)先地位。羅克韋爾公司目前擁有員工約40000名，分布在全球40多個(gè)國家和地區(qū)的450多個(gè)城市。公司的全球網(wǎng)絡(luò)使公司能夠與世界各地的客戶緊密合作，充分了解他們的需求，并且作為合作伙伴向他們提供先進(jìn)的技術(shù)，產(chǎn)品和系統(tǒng)以及快捷可靠的服務(wù)與支持。

通過以下介紹，您會(huì)更多的了解我們的公司性質(zhì)，產(chǎn)品和服務(wù)，以及公司在全球的發(fā)展。您能了解羅克韋爾公司的品牌，公司所從事的事業(yè)，以及將來公司如何與您并肩努力來滿足您在業(yè)務(wù)上的需要。公司期待著加強(qiáng)公司在全世界的伙伴關(guān)系。在羅克韋爾，公司為實(shí)現(xiàn)客戶的成功而奮斗。您成功，我們也成功。董事長兼首席執(zhí)行官

DonH.Davis精132RockwellAutomation

董事長兼首WorldFIP（法國Alstom公司支持）精133WorldFIP（法國Alstom公司支持）精34

阿爾斯通（ALSTOM）是全球發(fā)電和軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，其創(chuàng)新環(huán)保的領(lǐng)先技術(shù)已成為行業(yè)的參照基準(zhǔn)。

阿爾斯通建造了世界上運(yùn)行最快的列車和動(dòng)力最高的全自動(dòng)地鐵列車。

阿爾斯通還為水電、燃?xì)狻⑷济汉秃穗姷壤酶黝惸茉吹陌l(fā)電廠提供總包整合電廠解決方案和相關(guān)服務(wù)。阿爾斯通集團(tuán)是世界500強(qiáng)之一，在全球70多個(gè)國家和地區(qū)擁有近六萬伍千名員工。2006/07財(cái)年的銷售業(yè)績(jī)達(dá)190億歐元。5．設(shè)備制造商參加多個(gè)總線組織大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個(gè)總線組織，有些公司甚至參加2~4個(gè)總線組織。精134阿爾斯通（ALSTOM）是全球發(fā)電和軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的6．多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)每種總線大多將自己作為國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)地位。7．協(xié)調(diào)共存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的前景。8．工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)以太網(wǎng)的引入成為新的熱點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)正在工業(yè)自動(dòng)化和過程控制市場(chǎng)上迅速增長，幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供應(yīng)商均提供一個(gè)支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口，如Siemens、Rockwell、GEFanuc等，他們銷售各自的PLC產(chǎn)品，但同時(shí)提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相連接的接口。精1356．多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)精361.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

汽車總裝生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

精1361.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

精1371.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域精381.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

大豆分離蛋白現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

精1381.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)

精1391.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的企業(yè)能源計(jì)量系統(tǒng)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

上海世博園區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控系統(tǒng)配置圖打印機(jī)后臺(tái)系統(tǒng)站控單元GPS

調(diào)度中心間隔1保護(hù)測(cè)控單元間隔2保護(hù)測(cè)控單元間隔3保護(hù)測(cè)控單元間隔n保護(hù)測(cè)控單元其它智能裝置CT\PT數(shù)字量控制輸出CT\PTCT\PTCT\PT數(shù)字量數(shù)字量數(shù)字量控制輸出控制輸出控制輸出

精1401.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域上海世1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)方式與現(xiàn)場(chǎng)總線智能化方式的比較

精1411.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域低壓開關(guān)柜傳統(tǒng)方式與現(xiàn)場(chǎng)總線智能化1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于以太網(wǎng)的CBZ-8000變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

精1421.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于以太網(wǎng)的CBZ-8000變電站1.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)

精1431.4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)精1.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)定義了硬件接口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。參考國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，采用其中的第1層、第2層和第7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并增設(shè)了第8層即用戶層。1．物理層物理層定義了信號(hào)的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機(jī)械特性、信號(hào)傳輸速率等?，F(xiàn)場(chǎng)總線有兩種編碼方式：Manchester和NRZ，現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。精1441.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

現(xiàn)場(chǎng)總線是一個(gè)定義了硬件接2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個(gè)子層，即介質(zhì)訪問控制層（MAC）和邏輯鏈路控制層（LLC）。MAC功能是對(duì)傳輸介質(zhì)傳送的信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收控制，而LLC層則是對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的設(shè)備上?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以是主站，也可以是從站，主站有控制收發(fā)數(shù)據(jù)的權(quán)利，而從站則只有響應(yīng)主站訪問的權(quán)利。精1452．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層精463．應(yīng)用層應(yīng)用層的功能是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場(chǎng)總線變量的訪問。4．用戶層用戶層是現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)在OSI模型之外新增加的一層，是使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關(guān)鍵。用戶層定義了從現(xiàn)場(chǎng)裝置中讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)“功能模塊”。精1463．應(yīng)用層精471.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點(diǎn)，自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的大趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響是十分深刻的。具有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有：智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù)；組態(tài)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互連等；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；人機(jī)接口、軟件技術(shù)；現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成技術(shù)。精1471.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為在從現(xiàn)在起的未來10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)內(nèi)，幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享的局面。精148在從現(xiàn)在起的未來10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一1.2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)

1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)上是一種控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)和Internet、Intranet等類型的信息網(wǎng)絡(luò)不同，控制網(wǎng)絡(luò)直接面向生產(chǎn)過程，因此要求有很高的實(shí)時(shí)性、可靠性、數(shù)據(jù)完整性和可用性。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線還要完成與上層工廠信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和傳遞。統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)應(yīng)具有3層結(jié)構(gòu)，如圖1-2所示，從底向上依次為：過程控制層（PCS）、制造執(zhí)行層（MES）、企業(yè)資源規(guī)劃層（ERP）。精1491.2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)

1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集圖1-2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖

過程控制層PCS制造執(zhí)行層MES內(nèi)部網(wǎng)Intranet(Ethernet)企業(yè)資源規(guī)劃層ERPInternet互聯(lián)網(wǎng)Internet現(xiàn)總線控制網(wǎng)絡(luò)精150圖1-2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖過程控制層1．過程控制層現(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通信網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通信協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)則是用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通信網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。過程控制層通信介質(zhì)不受限制，可用雙絞線、同軸電纜、光纖、電力線、無線、紅外線等各種形式。精1511．過程控制層精522．制造執(zhí)行層這一層從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和趨勢(shì)分析等功能，另外還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)和下裝。3．企業(yè)資源規(guī)劃層其主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個(gè)安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。精1522．制造執(zhí)行層精534．現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別現(xiàn)場(chǎng)總線與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相比，主要有以下特點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)總線主要用于對(duì)生產(chǎn)、生活設(shè)備的控制，對(duì)生產(chǎn)過程的狀態(tài)檢測(cè)、監(jiān)視與控制，或?qū)崿F(xiàn)“家庭自動(dòng)化”等；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖像等數(shù)據(jù)信息。（2）現(xiàn)場(chǎng)總線和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有各自的技術(shù)特點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線要求具備高度的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)接口盡可能簡(jiǎn)單，成本盡量降低，數(shù)據(jù)傳輸量一般較??；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則需要適應(yīng)大批量數(shù)據(jù)的傳輸與處理。（3）現(xiàn)場(chǎng)總線采用全數(shù)字式通信，具有開放式、全分布、互操作性（Interoperability）等特點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)特性比較如表1-2所示。精1534．現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別精54表1-2現(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)特性比較精154表1-2現(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)特性比較精551.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線的作用

現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)處于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的底層，或者說，它是構(gòu)成企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。而生產(chǎn)過程的控制參數(shù)與設(shè)備狀態(tài)等信息是企業(yè)信息的重要組成部分。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)各功能層次的網(wǎng)絡(luò)類型如圖1-3所示。精1551.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線的作用

現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)處于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的圖1-3各功能層次的網(wǎng)絡(luò)類型以太網(wǎng)段資源規(guī)劃層(ERP)制造執(zhí)行層(MES)以太網(wǎng)段Internet現(xiàn)場(chǎng)控制層(FCS)控制網(wǎng)絡(luò)溫度變送器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥溫

度變送器溫

度變送器精156以太網(wǎng)段資源規(guī)劃層(ERP)制造執(zhí)行層(MES)以太網(wǎng)段In控制網(wǎng)絡(luò)的主要作用是為自動(dòng)化系統(tǒng)傳遞數(shù)字信息。它所傳輸?shù)男畔?nèi)容主要是生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值、控制量、閥門的工作位置、開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)量程調(diào)校信息等。精157控制網(wǎng)絡(luò)的主要作用是為自動(dòng)化系統(tǒng)傳遞數(shù)字信息。精581.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

由于現(xiàn)場(chǎng)總線所處的特殊環(huán)境及所承擔(dān)的實(shí)時(shí)控制任務(wù)是普通局域網(wǎng)和以太網(wǎng)技術(shù)難以取代的，因而現(xiàn)場(chǎng)總線至今依然保持著它在現(xiàn)場(chǎng)控制層的地位和作用。但現(xiàn)場(chǎng)總線需要同上層與外界實(shí)現(xiàn)信息交換。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式一般有以下三種：一是采用專用網(wǎng)關(guān)完成不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段或DCS連接到以太網(wǎng)上。圖1-4示出了通過網(wǎng)關(guān)連接現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)的示意圖。精1581.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)

由于現(xiàn)場(chǎng)總線所處的特圖1-4通過網(wǎng)關(guān)連接現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)服務(wù)器以太網(wǎng)段網(wǎng)關(guān)或控制器現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段網(wǎng)橋現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段精159監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)服務(wù)器以太網(wǎng)段網(wǎng)關(guān)或控制器現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段網(wǎng)橋現(xiàn)場(chǎng)二是將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)的PCI插槽內(nèi)，在PC機(jī)內(nèi)完成數(shù)據(jù)交換。在圖1-5中采用現(xiàn)場(chǎng)總線的PCI卡，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)的連接。精160二是將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡