畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用研究

1、成都紡專電氣083方堯畢業(yè)論文 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用研究目錄1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述61.1現(xiàn)場(chǎng)總線的定義：61.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生的意義61.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望61.3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀61.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用展望82現(xiàn)場(chǎng)總線的種類92.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線92.2 lonworks92.3 profibus102.4 can112.5 hart112.6 rs-485123各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域133.1 profibus現(xiàn)場(chǎng)總線134.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展154.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)154.2自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程154.2.1第一代過(guò)程控制體系15

2、4.2.2第二代過(guò)程控制體系154.2.3第三代過(guò)程控制體系154.2.4第四代過(guò)程控制體系164.2.5第五代過(guò)程控制體系164.3現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器164.4智能化配電系統(tǒng)164.5現(xiàn)場(chǎng)總線崛起的過(guò)程174.6現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)基礎(chǔ)174.7多現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)174.8 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)194.8.1 系統(tǒng)的開(kāi)放性194.8.2 互可操作性與互用性194.8.3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性194.8.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性194.8.5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性194.9現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的比較204.9.1 模擬儀表控制系統(tǒng)204.9.2 集中式數(shù)字控制系統(tǒng)214.9.3 集散控制系

3、統(tǒng)（dcs）214.9.4 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fcs）215現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)225.1現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)225.1.1節(jié)省硬件數(shù)量與投資225.1.2節(jié)省安裝費(fèi)用225.1.3節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷225.1.4用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)225.1.5提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性235.2現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)的dcs相比，具有以下技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。245.2.1 全數(shù)字通信245.2.2 控制分散245.2.3 開(kāi)放性、互操作性245.2.4 多分支結(jié)構(gòu)255.2.5 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)可控255.2.6 降低了系統(tǒng)及工程成本255.3基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)255.3.1增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)信息集成

4、能力255.3.2開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性255.3.3系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好265.3.4降低了系統(tǒng)及工程成本266現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)276.1現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展不會(huì)被計(jì)算機(jī)通信技術(shù)取代276.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線與一般計(jì)算機(jī)通信在功能上的不同276.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線與一般計(jì)算機(jī)通信在要求上的不同276.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線與一般計(jì)算機(jī)通信在結(jié)構(gòu)上的不同286.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)297工業(yè)以太網(wǎng)317.1前言317.2工業(yè)以太網(wǎng)的研究現(xiàn)狀317.2.1以太網(wǎng)集線器317.2.2在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能327.2.3工業(yè)以太網(wǎng)的研究課題327.3工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例327.4現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)

5、以太網(wǎng)的區(qū)別338結(jié)束語(yǔ)33現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用研究中文摘要:現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)自70年代誕生至今，由于它在多方面的優(yōu)越性，得到大范圍的推廣，導(dǎo)致了自動(dòng)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。本文從多個(gè)方面介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的種類、現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域及前景?，F(xiàn)場(chǎng)總線ff（field bus）的概念起源于70年代，當(dāng)時(shí)主要考慮將操作室的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和到控制儀器的控制信號(hào)由一組總線以數(shù)字信號(hào)形式傳送，不必每個(gè)信號(hào)都用一組信號(hào)線。隨著儀表智能化和通訊數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)成為可能，由全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)代替數(shù)字與模擬分散型控制系統(tǒng)已成為工業(yè)化控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)發(fā)展成為集計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)

6、、現(xiàn)場(chǎng)控制、生產(chǎn)管理等內(nèi)容為一體的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)fcs（field-bus control system）。它將通信線一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備，用于過(guò)程和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，將傳統(tǒng)的dcs三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了成本，提高了可靠性，實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系。english summary :fieldbus technology since the 70 birth date, because of its superiority in many ways to get a wide range of promotion, led to a

7、revolution in the field of automatic control. this article describes several aspects of the types of field bus technology, status, applications and prospects.fieldbus ff (field bus) concept originated in the 70s, the main consideration was the operating room on-site signals and control signals to co

8、ntrol the instrument by a team bus to the digital signal is transmitted, each signal having a set of signal lines are used . intelligent instrumentation and communication with the digital technology, digital communication network extends to the field of industrial process possible, by the all-digita

9、l on-site instead of digital and analog control system distributed control system industrial control systems have become an inevitable trend.fieldbus has developed into computer networks, communication technology, field control, production management, etc. as one of the field bus control system fcs

10、(field-bus control system). communication line will extend to the production site has been producing equipment for process and manufacturing automation equipment or field instrument field-site communication network interconnection, the traditional dcs network structure into a two-tier network archit

11、ecture, reduce costs, improve the reliability, control and management to achieve the integration of architecture.關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、自動(dòng)控制、發(fā)展趨勢(shì)致謝: 本課題在選題及研究過(guò)程中得到劉萍老師的悉心指導(dǎo)，劉老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓思路，精心點(diǎn)撥熱忱鼓勵(lì)。劉老師一絲不茍的作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度踏踏實(shí)實(shí)的精神不僅授我以文，而且教我做人，對(duì)劉老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的！感謝蕭申昕老師、楊彥老師、李林老師等對(duì)我的教育培養(yǎng)，他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)，在此，我要向諸位

12、老師深深地鞠上一躬！許多同學(xué)及朋友為我提供了良好的研究條件和精確資料，謹(jǐn)向各位同仁表示誠(chéng)摯的敬意和謝忱！感謝我的父母，焉得湲草，言樹(shù)之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿！在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友、給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！前 言現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）是80年代末、90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，

13、而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，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?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fcs）是順應(yīng)智能現(xiàn)場(chǎng)儀表而發(fā)展起來(lái)的。它的初衷是用數(shù)字通訊代替420ma模擬傳輸技術(shù)，但隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與智能儀表管控一體化（儀表調(diào)校、控制組態(tài)、診斷、報(bào)警、記錄）的發(fā)展，在控制領(lǐng)域內(nèi)引起了一場(chǎng)前所未有的革命。控制專家們紛紛預(yù)言：fcs將成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流。1現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的定義：目前，公認(rèn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概念描述如下：現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/

14、儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。其中，生產(chǎn)過(guò)程包括斷續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程兩類?；蛘撸F(xiàn)場(chǎng)總線是以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測(cè)量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生的意義（1）現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；是一次工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備通信的數(shù)字化革命?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（智能化、帶有通信接口）連接，用數(shù)字化通信代替4-20ma/24vdc信號(hào)，完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程參數(shù)化等功能。

15、（2）傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用一對(duì)一連線的、4-20ma/24vdc信號(hào)，信息量有限，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自控系統(tǒng)成為工廠中的信息孤島，嚴(yán)重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。（3）基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)，使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)， 構(gòu)成企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。在cims系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。 1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望1.3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)90年代以后，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到了迅猛發(fā)展

16、，出現(xiàn)了群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的局面。目前已開(kāi)發(fā)出有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，如interbus、bitbus、devicenet、modbus、arcnet、p-net、fip、isp等，其中最具有影響力的有5種，分別是ff、lon works、profibus、can和hart。fcs（filedbus control system）則是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的自動(dòng)控制系統(tǒng)，即以現(xiàn)場(chǎng)總線作為工廠底層網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集成而構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，按照公開(kāi)、規(guī)范的通訊協(xié)議在智能設(shè)備之間、智能設(shè)備與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，從而實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化的綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)?？v觀控制系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程，任何一種新的控制

17、系統(tǒng)的出現(xiàn)都是針對(duì)舊的控制系統(tǒng)存在的缺陷而給出的解決方案，并在用戶需求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等外部因素的推動(dòng)下占據(jù)主導(dǎo)地位，現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展也經(jīng)歷了同樣的過(guò)程。 早期的控制系統(tǒng)主要是模擬儀表控制系統(tǒng)，設(shè)備之間傳輸?shù)男盘?hào)為15v或420ma的直流模擬信號(hào)，信號(hào)的精度較低，傳輸過(guò)程中易受干擾。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以單片機(jī)、計(jì)算機(jī)和可編程序控制器（plc）為控制器的集中數(shù)字控制系統(tǒng)逐步取代了模擬儀表控制系統(tǒng)，集中數(shù)字控制系統(tǒng)中控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度較低的缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是集中數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)控制器的要求很高，必須具有足夠的

18、處理能力和很高的可靠性，當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)增加時(shí)控制器的效率和可靠性會(huì)下降。以集中管理、分散控制為核心思想的集散控制系統(tǒng)（dcs）在20世紀(jì)末期逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位。在集散控制系統(tǒng)中管理與控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，多臺(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制功能，上下位機(jī)之間以控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞，克服了集中數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)控制器的的處理能力和可靠性要求很高的缺點(diǎn)。在集散控制系統(tǒng)中分布式控制功能的實(shí)現(xiàn)正是得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，然而，由于不同的dcs廠家出于壟斷經(jīng)營(yíng)的目的而對(duì)其控制通訊網(wǎng)絡(luò)采用專用的封閉形式，不同廠家的dcs 系統(tǒng)之間以及dcs與上層的intranet、inte

19、rnet之間難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和信息共享，因此dcs 系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種專用封閉的、不能互聯(lián)的分布式控制系統(tǒng)，且dcs價(jià)格昂貴，用戶對(duì)此提出了開(kāi)放性和降低成本的迫切要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)fcs正是順應(yīng)了上述的用戶要求，采用了現(xiàn)場(chǎng)總線這一開(kāi)放的、可互連的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)的各種控制器和儀表設(shè)備相互連接，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此fcs系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種開(kāi)放的、可以互連的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。1984年，美國(guó)儀表協(xié)會(huì)（isa）下屬的標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施工作組中的isa/sp50開(kāi)始制定現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；1985年，國(guó)際電工委員會(huì)決定由proway working group負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)總線

20、體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作；1986年，德國(guó)開(kāi)始制定過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（process fieldbus）標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為profibus，由此拉開(kāi)了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)制定及其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的序幕。1992年，由siemens，rocemount，abb，foxboro，yokogawa等80家公司聯(lián)合，成立了isp（interoperable system protocol）組織，著手在profibus的基礎(chǔ)上制定現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。1993年，以honeywell，bailey等公司為首，成立了world fip（factory instrumentation protocol）組織，有120多個(gè)公司加盟該組織，并

21、以法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)fip為基礎(chǔ)制定現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。1994年，isp和world fip的北美分部合并成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（fieldbus foundation簡(jiǎn)稱ff），推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，并于1996年第一季度頒布了低速總線h1的標(biāo)準(zhǔn)，安裝了示范系統(tǒng)，將不同廠商的符合ff規(guī)范的設(shè)備互連構(gòu)成控制系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)，使h1低速總線開(kāi)始步入實(shí)用階段。與此同時(shí)，在不同行業(yè)還陸續(xù)派生出一些有影響的總線標(biāo)準(zhǔn)。它們大都在某些公司標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上逐漸形成，并得到其他公司、廠商、用戶及國(guó)際組織的支持。如德國(guó)bosch公司推出的can（control area network），美國(guó)echelon公司推出的l

22、onworks等。預(yù)計(jì)在今后的一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。但是發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開(kāi)放的互連系統(tǒng)，將是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是工業(yè)控制領(lǐng)域出一種新興的控制技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，集成電路技術(shù)及智能傳感技術(shù)幾種技術(shù)的結(jié)合，是當(dāng)今自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，代表了工業(yè)控制 領(lǐng)域今后的一種發(fā)展方向。它的出現(xiàn)，將使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是在性能上出現(xiàn)巨大的飛躍，可以說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線是控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，它代表了一種有突破意義的新的控制思想，它將開(kāi)辟一個(gè)新的時(shí)代?，F(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)于80年代中后期，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它是一

23、種數(shù)字通信協(xié)議，是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在智能化控制設(shè)備之間實(shí)行雙向串行通信、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信的系統(tǒng)，是一種開(kāi)放的、數(shù)字化的、多點(diǎn)通信的低層控制網(wǎng)絡(luò)。它使得自控系統(tǒng)和設(shè)備有了通信能力?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)fcs（fieldbus control system）是繼基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)，電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)，集中實(shí)式數(shù)字控制系統(tǒng)集散式控制系統(tǒng)dcs后的新一代控制系統(tǒng)。現(xiàn)代工業(yè)控制思想的核心是“分散控制，集中監(jiān)控”使得“危險(xiǎn)分散，控制分散”，但即使是現(xiàn)在流行的dcs 控制，其與工業(yè)過(guò)程打交道的過(guò)程控制站仍然還是集中的，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)、傳輸和控制還是采用的420ma的模擬信號(hào)，這正是對(duì)分散控制

24、，集中監(jiān)控思想的違背。而fcs 控制系統(tǒng)真正做到了這一點(diǎn)，把控制徹底地下放到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表就能完成諸如數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出大部分現(xiàn)場(chǎng)功能，只有一些現(xiàn)場(chǎng)儀表無(wú)法完成的高級(jí)控制功能才由上位機(jī)來(lái)完成。而且現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)之間可以相互通信實(shí)現(xiàn)互操作，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)也可以把自己的診斷數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，有益于設(shè)備管理。1.3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用展望 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的產(chǎn)生促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，使現(xiàn)場(chǎng)控制的功能更加強(qiáng)大。由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)而帶來(lái)了過(guò)程控制系統(tǒng)的開(kāi)放性，使得系統(tǒng)成為具有測(cè)量、控制、執(zhí)行和過(guò)程診斷等綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。為更好適應(yīng)工業(yè)過(guò)程控制的需要，今后現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)會(huì)從以下

25、幾個(gè)方面發(fā)展：(1)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的一次儀表和二次儀表的研制 現(xiàn)在，生產(chǎn)自動(dòng)化儀表的廠家必須向現(xiàn)場(chǎng)總線靠攏，開(kāi)發(fā)出具有現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的一次及二次儀表。檢測(cè)、變換、補(bǔ)償、控制、告警、趨勢(shì)分析等功能可以分散在現(xiàn)場(chǎng)解決，簡(jiǎn)化上層系統(tǒng)，徹底實(shí)現(xiàn)分散控制、集中管理以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(2)基于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件開(kāi)發(fā) 系統(tǒng)的開(kāi)放性和通信問(wèn)題是分散控制系統(tǒng)的突出問(wèn)題，它需要解決不同廠家軟、硬件產(chǎn)品能否集中到一個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題。如lon works總線技術(shù)的產(chǎn)品，只要遵循lon talk標(biāo)準(zhǔn)，幾百家不同產(chǎn)品均可連接在一個(gè)系統(tǒng)中，所以要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研制必須遵循現(xiàn)場(chǎng)總線的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。(3)開(kāi)放的組態(tài)技術(shù)研

26、究 目前現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組態(tài)是比較復(fù)雜的，需要組態(tài)的參數(shù)多，各參數(shù)之間的關(guān)系比較復(fù)雜，所以研究開(kāi)放的組態(tài)技術(shù)也是現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)。開(kāi)放的組態(tài)技術(shù)的研究主要還包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)段互聯(lián)等。在異構(gòu)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)路由的開(kāi)發(fā)方面，lon works具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。(4)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的增強(qiáng) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是從物理形態(tài)上考慮通信網(wǎng)絡(luò)和輸入、輸出線纜網(wǎng)絡(luò)的布置，減少信息的往返傳遞是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點(diǎn)放在同一條支路里。網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)主要還包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)形成了低層網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)同時(shí)提供與

27、企業(yè)網(wǎng)、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)相連接的可能性。(5)基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全開(kāi)放控制系統(tǒng)集成技術(shù)的開(kāi)發(fā) 自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，并且涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，幾乎覆蓋了所有的過(guò)程控制領(lǐng)域。(6)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合 實(shí)現(xiàn)internet-intranet-infranet體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于人們的生產(chǎn)和生活有著重要的意義。如遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就是該體系在生產(chǎn)控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用之一。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接入internet，在一定的條件下便可通過(guò)internet監(jiān)視，并控制這些生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況和各種參數(shù)3。2現(xiàn)場(chǎng)總線的種類從20世紀(jì)90年代以后，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了群雄并起、百家

28、爭(zhēng)鳴的局面。目前已開(kāi)發(fā)出有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，如interbus、bitbus、devicenet、modbus、arcnet、p-net、fip、isp等，其中最具有影響力的有5種，分別是ff、lon works、profibus、can和hart。2.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，即foudationfieldbus,簡(jiǎn)稱ff，這是在過(guò)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(guó)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

29、。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(kāi)發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。它以iso/osi開(kāi)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3125kbps,通信距離可達(dá)1900m(可加中繼器延長(zhǎng)),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)可支持比絞線、光纜和無(wú)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(hào)采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)

30、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(shí)間同步。接收方既可根據(jù)跳變的極性來(lái)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。為滿足用戶需要，honeywell、ronan等公司已開(kāi)發(fā)出可完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片，許多儀表公司已開(kāi)發(fā)出符合ff協(xié)議的產(chǎn)品，1總線已通過(guò)測(cè)試和測(cè)試，完成了由13個(gè)不同廠商提供設(shè)備而組成的ff現(xiàn)場(chǎng)總線工廠試驗(yàn)系統(tǒng)。2總線標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)形成。1996年10月，在芝加哥舉行的isa96展覽會(huì)上，由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織實(shí)施，向世界展示了來(lái)自40多家廠商的70多種符合ff協(xié)議的

31、產(chǎn)品，并將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展臺(tái)上的ff展品，用醒目的橙紅色電纜，互連為七段現(xiàn)場(chǎng)總線演示系統(tǒng)，各展臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)互操作，展現(xiàn)了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的成就與技術(shù)實(shí)力。2.2 lonworkslonworks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(guó)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(jì)方法，通過(guò)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，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

32、、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開(kāi)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)。集成芯片中有3個(gè)8位cpu;一個(gè)用于完成開(kāi)放互連模型中第12層的功能，稱為媒體訪問(wèn)控制處理器，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)的控制與處理;第二個(gè)用于完成第36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進(jìn)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(jì)量時(shí)、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(gè)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(chǔ)信息緩沖區(qū)，以實(shí)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

33、司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片mc143120e2就包含了2kram和2keeprom。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(jià)格約59美元)，而芯片的低成本又返過(guò)來(lái)促進(jìn)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(wàn)片神經(jīng)元芯片。lonworks公司的技術(shù)策略是鼓勵(lì)各oem開(kāi)發(fā)商運(yùn)用lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片，開(kāi)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(jìn)一步組織起lonwark互操作協(xié)會(huì)，開(kāi)發(fā)推廣lonworks

34、技術(shù)與產(chǎn)品。它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、工業(yè)過(guò)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(kāi)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(kāi)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(dú)特的優(yōu)勢(shì)。lonworks技術(shù)已經(jīng)被美國(guó)暖通工程師協(xié)會(huì)asre定為建筑自動(dòng)化協(xié)議bacnet的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)剛剛收到的消息，美國(guó)消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)已經(jīng)通過(guò)決議，以lonworks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了eia-709標(biāo)準(zhǔn)。這樣，l

35、onworks已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開(kāi)發(fā)、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、控制模塊開(kāi)發(fā)制造、oem控制產(chǎn)品、最終控制產(chǎn)品、分銷、系統(tǒng)集成等一系列完整的開(kāi)發(fā)、制造、推廣、應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，吸引了數(shù)萬(wàn)家企業(yè)參與到這項(xiàng)工作中來(lái)，這對(duì)于一種技術(shù)的推廣、應(yīng)用有很大的促進(jìn)作用。2.3 profibusprofibus是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)din19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)pren50170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。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

36、自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等一般自動(dòng)化，而pa型則是用于過(guò)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(guó)公司、研究所共同推出的。它采用了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37層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，fms型只隱去第36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(guò)程之中，其傳輸技術(shù)遵從iec1158-2(1)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。porfibus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(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站

37、系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)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(zhǎng)時(shí)間。按profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播(不要求應(yīng)答),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。profibus的傳輸速率為9612kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)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)。2.4 cancan是控制網(wǎng)絡(luò)contr

38、olareanetwork的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)bosch公司推出，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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過(guò)，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(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/kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。can的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，因而傳輸

39、時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)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(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。已有多家公司開(kāi)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(jī)上的can總線接口

40、卡，具有接口簡(jiǎn)單、編程方便、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。2.5 harthart是highwayaddressableremotetransduer的縮寫。最早由rosemout公司開(kāi)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(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是現(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(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)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通信模型由3層組成:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層采用fsk(frequencyshiftkeying)技術(shù)在420ma模擬

41、信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用bell202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps,邏輯“0”的信號(hào)頻率為2200hz，邏輯“1”的信號(hào)傳輸頻率為1200hz。數(shù)據(jù)鏈路層用于按hart通信協(xié)議規(guī)則建立hart信息格式。其信息構(gòu)成包括開(kāi)頭碼、顯示終端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地址、字節(jié)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)等。其數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)終止位。應(yīng)用層的作用在于使hart指令付諸實(shí)現(xiàn)，即把通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。它規(guī)定了一系列命令;按命令方式工作。它有3類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設(shè)備理解、執(zhí)行的命令;第二類稱為一般行為命令，它所提供的功能可以

42、在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(盡管不是全部)中實(shí)現(xiàn)，這類命令包括最常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能庫(kù);第三類稱為特殊設(shè)備命令，以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類命既可以在基金會(huì)中開(kāi)放使用，又可以為開(kāi)發(fā)此命令的公司所獨(dú)有。在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中通?？砂l(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這3類命令。hart支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。按應(yīng)答應(yīng)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為23次/,按廣播方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為34次/,它還可支持兩個(gè)通信主設(shè)備。總線上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá)15個(gè)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。最大傳輸距離3000m，hart采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語(yǔ)言ddl?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言來(lái)描述設(shè)備特性，由har

43、t基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運(yùn)用ddl技術(shù)，來(lái)理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開(kāi)發(fā)專用接口。但由于這種模擬數(shù)字混信號(hào)制，導(dǎo)致難以開(kāi)發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。hart能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。2.6 rs-485盡管-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)沿用這種通訊協(xié)議。采用rs-485通訊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)勢(shì)，仍有一定的生命力。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。3各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域3.1 profibus現(xiàn)場(chǎng)總線 1996年3月15日批準(zhǔn)為歐洲

44、標(biāo)準(zhǔn)，即din 50170 v.2。profibus產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上已被普遍接受，市場(chǎng)份額占?xì)W洲首位，年增長(zhǎng)率25%。目前支持profibus標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國(guó)際上250多個(gè)生產(chǎn)廠家。在世界范圍內(nèi)已安裝運(yùn)行的profibus設(shè)備已超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)，到1998年5月，適用于過(guò)程自動(dòng)化的profibus-pa儀表設(shè)備在19個(gè)國(guó)家的40個(gè)用戶廠家投入現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。 1985年組建了profibus國(guó)際支持中心；1989年12月建立了profibus用戶組織（pno）。目前在世界各地相繼組建了20個(gè)地區(qū)性的用戶組織，企業(yè)會(huì)員近650家。1997年7月組建了中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線（profibus）

45、專業(yè)委員會(huì)，并籌建現(xiàn)場(chǎng)總線profibus產(chǎn)品演示及認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室。 profibus主要應(yīng)用領(lǐng)域有：.制造業(yè)自動(dòng)化：汽車制造（機(jī)器人、裝配線、沖壓線等）、造紙、紡織。.過(guò)程控制自動(dòng)化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。.電力：發(fā)電、輸配電。.樓宇：空調(diào)、風(fēng)機(jī)、照明。.鐵路交通：信號(hào)系統(tǒng)3.2 ff現(xiàn)場(chǎng)總線 1994年由isp 基金會(huì)和world fip(北美)兩大集團(tuán)合并成立ff基金會(huì)，其宗旨在于開(kāi)發(fā)出符合iec和iso標(biāo)準(zhǔn)的、唯一的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線（fundation fieldbus）。低速總線（h1）協(xié)議已于1996年發(fā)表。已完成開(kāi)發(fā)的高速總線（h2）擬于1998年內(nèi)發(fā)表。1997年5月建立了中

46、國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線（ff）專業(yè)委員會(huì)，并籌建ff現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品認(rèn)證中心。 目前，ff現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過(guò)程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。3.3 lonworks總線 lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線全稱為lonworks networks,即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，希望推出能夠適合各種現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用場(chǎng)合的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。目前l(fā)ongworks應(yīng)用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、scada系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化方面。3.4 canbus現(xiàn)場(chǎng)總線 canbus現(xiàn)場(chǎng)總線已由iso/tc22技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ios 11898（通訊速率小于1mbps）和iso

47、11519（通訊速率小于125kbps）。canbus主要產(chǎn)品應(yīng)用于汽車制造、公共交通車輛、機(jī)器人、液壓系統(tǒng)、分散型i/o。另外在電梯、醫(yī)療器械、工具機(jī)床、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合均有所應(yīng)用。3.5 worldfip現(xiàn)場(chǎng)總線 9091年fip現(xiàn)場(chǎng)總線成為法國(guó)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)。96年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)（en 50170 v.3）。下一步目標(biāo)是靠近iec標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在技術(shù)上已做好充分準(zhǔn)備。worldfip國(guó)際組織在北京設(shè)有辦事處，即worldfip中國(guó)信息中心，負(fù)責(zé)中國(guó)的技術(shù)支持。 worldfip現(xiàn)場(chǎng)總線采用單一總線結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，不同應(yīng)用領(lǐng)域采用不同的總線速率。過(guò)程控制采用31.25kbit/s,制造

48、業(yè)為1m bit/s,驅(qū)動(dòng)控制為1-2.5mbit/s。采用總線仲裁器和優(yōu)先級(jí)來(lái)管理總線上（包括各支線）的各控制站的通信。可進(jìn)行1對(duì)1、1對(duì)多點(diǎn)（組）、1對(duì)全體等多重通信方式。在應(yīng)用系統(tǒng)中，可采用雙總線結(jié)構(gòu)，其中一條總線為備用線，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。 worldfip現(xiàn)場(chǎng)總線適用范圍廣泛，在過(guò)程自動(dòng)化、制造業(yè)自動(dòng)化、電力及樓宇自動(dòng)化方面都有很好的應(yīng)用。3.6 p-net現(xiàn)場(chǎng)總線 p-net現(xiàn)場(chǎng)總線籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現(xiàn)場(chǎng)總線的第一批產(chǎn)品。1986 年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多重接口功能。1987年推出p-net的多重接口產(chǎn)品。1987年p-net標(biāo)準(zhǔn)成為開(kāi)

49、放式的完整標(biāo)準(zhǔn)，成為丹麥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。1996年成為歐洲總線標(biāo)準(zhǔn)的一部分（en 50170 v.1）。1997年組建國(guó)際p-net用戶組織，現(xiàn)有企業(yè)會(huì)員近百家，總部設(shè)在丹麥的siekeborg，并在德國(guó)、英國(guó)、葡萄牙和加拿大等地設(shè)有地區(qū)性組織分部。 p-net現(xiàn)場(chǎng)總線在歐洲及北美地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域。4.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展4.1現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)通常由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、控制器，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，監(jiān)控、組態(tài)計(jì)算機(jī)三部分組成。它由三層網(wǎng)絡(luò)組成: 最底層(即i/o 端)為低速現(xiàn)場(chǎng)總線(如ff的h1, device ne

50、t或profibus的pa)連成的控制網(wǎng)絡(luò)cnet，連接各種智能儀表(包括壓力變送器、溫度變送器、流量測(cè)量?jī)x表及調(diào)節(jié)閥等)，各控制器節(jié)點(diǎn)下放到現(xiàn)場(chǎng), 構(gòu)成一種徹底的分布式控制體系結(jié)構(gòu)；中間一層采用中速網(wǎng)(如ff 的h2 或profibus的dp)連接控制器、數(shù)據(jù)集中器、遠(yuǎn)程i/o及智能i/o設(shè)備，形成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)snet；最上一層即決策支持層mnet，采用高速以太網(wǎng)連接各控制器與站級(jí)計(jì)算機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)控制、儀表控制和計(jì)算機(jī)控制一體化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可采用線形、總線形、星形、環(huán)形等。一般情況下采用線形結(jié)構(gòu),通訊介質(zhì)可用雙絞線、光導(dǎo)纖維電纜、同軸電纜、電力線、無(wú)線、

51、紅外線等各種形式。4.2自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程4.2.1第一代過(guò)程控制體系50多年前第一代過(guò)程控制體系是基于513psi的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（氣動(dòng)控制系統(tǒng)pcs，pneumaticcontrolsystem）。簡(jiǎn)單的就地操作模式，控制理論初步形成，尚未有控制室的概念。 4.2.2第二代過(guò)程控制體系第二代過(guò)程控制體系（模擬式或acs,analogcontrolsystem）是基于010ma或420ma的電流模擬信號(hào)，這一明顯的進(jìn)步，在整整25年內(nèi)牢牢地統(tǒng)治了整個(gè)自動(dòng)控制領(lǐng)域。它表征了電氣自動(dòng)控制時(shí)代的到來(lái)?？刂评碚撚辛酥卮蟀l(fā)展，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)；控制室的設(shè)立，控制功能分離的模式一直

52、沿用至今。4.2.3第三代過(guò)程控制體系第三代過(guò)程控制體系（ccs，computercontrolsystem）.70年代開(kāi)始了數(shù)字計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，人們?cè)跍y(cè)量，模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用，從而產(chǎn)生了第三代過(guò)程控制體系（ccs，computercontrolsystem）。這個(gè)被稱為第三代過(guò)程控制體系是自動(dòng)控制領(lǐng)域的一次革命，它充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的特長(zhǎng)，于是人們普遍認(rèn)為計(jì)算機(jī)能做好一切事情，自然而然地產(chǎn)生了被稱為“集中控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，需要指出的是系統(tǒng)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)依然是大部分沿用420ma的模擬信號(hào)，但是時(shí)隔不久人們發(fā)現(xiàn)，隨著控制的集中和可靠性方面的問(wèn)題，失控的危險(xiǎn)也

53、集中了，稍有不慎就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。所以它很快被發(fā)展成分布式控制系統(tǒng)（dcs）。4.2.4第四代過(guò)程控制體系第四代過(guò)程控制體系（dcs，distributedcontrolsystem分布式控制系統(tǒng)）：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的普遍使用，計(jì)算機(jī)技術(shù)可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代過(guò)程控制體系（dcs，或分布式數(shù)字控制系統(tǒng)），它主要特點(diǎn)是整個(gè)控制系統(tǒng)不再是僅僅具有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表和智能部件構(gòu)成一個(gè)了控制系統(tǒng)。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一個(gè)重要的發(fā)展是它們之間的信號(hào)傳遞也不僅僅依賴于420ma的模擬信號(hào)，而逐漸地以數(shù)字信號(hào)來(lái)取代模擬信號(hào)。

54、4.2.5第五代過(guò)程控制體系第五代過(guò)程控制體系（fcs，fieldbuscontrolsystem現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）：fcs是從dcs發(fā)展而來(lái)，就象dcs從ccs發(fā)展過(guò)來(lái)一樣，有了質(zhì)的飛躍?！胺稚⒖刂啤卑l(fā)展到“現(xiàn)場(chǎng)控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。但是fcs與dcs的真正的區(qū)別在于fcs有更廣闊的發(fā)展空間。4.3現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器是采用模塊化結(jié)構(gòu)和多cpu工作方式來(lái)設(shè)計(jì)的，因?yàn)槟K化的結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)有較強(qiáng)的擴(kuò)展能力，為系統(tǒng)將來(lái)的升級(jí)換代帶來(lái)便利。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器主要由底板和插卡組成，其中底板帶有電源以及擴(kuò)展槽、固定支架、系統(tǒng)總線、信號(hào)線構(gòu)成。插卡分三種，分別為

55、主控板、協(xié)議板、接口板，其中主控板和協(xié)議板帶cpu。主控板負(fù)責(zé)管理整個(gè)系統(tǒng)以及與上位機(jī)的通信，通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器通過(guò)rs232接口與上位機(jī)連接，主控板通過(guò)它與上位機(jī)進(jìn)行信息交換，主要包括：管理系統(tǒng)總線，給協(xié)議板和接口板分配系統(tǒng)資源，與協(xié)議板進(jìn)行信息交換，對(duì)來(lái)自協(xié)議板的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，等待上位機(jī)提取。協(xié)議板是通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器的關(guān)鍵部分，所有與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信都由它完成。協(xié)議板可以提供多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，一般一塊協(xié)議板只能進(jìn)行一種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的通信。接口板從屬于某一協(xié)議板，為協(xié)議板提供通信接口。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，接口種類有rs232、rs422、rs485等。通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議

56、控制器與上位機(jī)以及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信都采用串行方式，而通信控制器內(nèi)部各插卡之間通過(guò)系統(tǒng)總線來(lái)完成。其中主控板與各協(xié)議板的通信采用主從式。主控板通過(guò)系統(tǒng)總線分別與協(xié)議板進(jìn)行通信，各協(xié)議板之間不能進(jìn)行通信。通信過(guò)程如下：主控板在系統(tǒng)總線上，通過(guò)廣播方式發(fā)送協(xié)議板號(hào)來(lái)呼叫與之通信的協(xié)議板，每塊協(xié)議板上有協(xié)議板號(hào)識(shí)別電路，只有與發(fā)送的協(xié)議板號(hào)相符的協(xié)議板才響應(yīng)主控板，從而實(shí)現(xiàn)主控板與協(xié)議板的通信。當(dāng)用戶增加新的協(xié)議設(shè)備時(shí)，不必改動(dòng)硬件，只需在增加的新的協(xié)議板上設(shè)置好協(xié)議板號(hào)，并在上位機(jī)的組態(tài)中添加相應(yīng)的系統(tǒng)信息存入計(jì)算機(jī)即可。協(xié)議板和接口之間的信息傳遞通過(guò)系統(tǒng)中的局部總線來(lái)完成。4.4智能化配電系統(tǒng)智能

57、化配電系統(tǒng)由配各種智能化開(kāi)關(guān)柜的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件包括各種智能化開(kāi)關(guān)柜、通用型現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議控制器、上位控制計(jì)算機(jī)。軟件由主控程序、通訊界面和人機(jī)界面三部分組成。根據(jù)以上硬件設(shè)備的配置情況，在上位機(jī)上輸入系統(tǒng)配置信息，通過(guò)串行口傳遞給控制器主板。主控板將系統(tǒng)配置信息分類傳遞給各協(xié)議板，各協(xié)議板收到系統(tǒng)信息后與所屬硬件設(shè)備進(jìn)行通信，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)主控板傳送到上位機(jī)，并通過(guò)主控板接受上位機(jī)命令。4.5現(xiàn)場(chǎng)總線崛起的過(guò)程80年代，微處理器及其相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)成為dcs發(fā)展的瓶頸。1982年，現(xiàn)場(chǎng)總線的概念首先在歐洲提出，兩年后于1984年各國(guó)開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。1986年由rosemount提出的通訊協(xié)議hart（highwayaddressableremotetransducer,可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路），主要是在420ma的dc信號(hào)上疊加fsk（frepuencyshiftkeying,頻率調(diào)制鍵控）數(shù)字信號(hào)，結(jié)果取得了很好的效果，同時(shí)interbus等簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)總線也都取得了成功。這樣dsc的發(fā)展的重點(diǎn)落在了現(xiàn)場(chǎng)總線上，開(kāi)