现场总线技术应用简要概述

1、现场总线技术应用简要概述本讲主要内容现场总线概述简介、发展与趋势、技术特点、优点、FCS现场总线标准七层模型、物理层标准、其它层次协议目前几类有影响的现场总线FF、Lonworks、HART、CAN 、Profibus等现场总线的应用举例8/1/20222第5讲 现场总线技术简介第一节 Unit 1 现场总线简介Introduction of Field Bus 8/1/20223第5讲 现场总线技术简介本节主要内容现场总线简介现场总线发展背景与趋势现场总线技术特点现场总线的优点现场总线与计算机控制、DCS系统几个有影响的现场总线标准化组织及标准8/1/20224第5讲 现场总线技术简介5-1

2、 现场总线概述现场总线简介现场总线的发展与趋势现场总线的主要技术特点现场总线的优点计算机控制系统、DCS 、 FCS8/1/20225第5讲 现场总线技术简介5-1-1 现场总线简介（1）现场总线是用于自动化等领域最底层的、具有开放、统一的通信协议的通信网络实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的双向串行多节点数字通信现场总线技术现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成了网络的节点8/1/20226第5讲 现场总线技术简介5-1-1 现场总线简介（2）现场总线控制系统FCS以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网络系统与控制系统与传统仪表的不同

3、之处现场总线技术的关键使自动控制系统与现场设备具有通信能力连接成网络系统8/1/20227第5讲 现场总线技术简介5-1-1 现场总线简介（3）现场总线控制系统FCS的核心现场总线的优点适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化方向发展的趋势具有的开放性、数字化、多点通信等功能应用领域不断扩大8/1/20228第5讲 现场总线技术简介5-1-2 现场总线的发展与趋势（1）历史的回顾具备简单测量控制功能的就地式气动仪表气动、电动单元组合式仪表和集中控制室集中式计算机控制系统计算机集散控制系统DCS现场总线的提出8/1/20229第5讲 现场总线技术简介5-1-2 现场总线的发展与趋势（2）现场总

4、线是企业综合自动化的发展需要企业综合自动化是企业必然的选择与趋势DCS在实施企业综合自动化时的缺陷通信是专用网络的封闭系统，无互换性现场总线的解决方案基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产品具有互换性，可组成在同个系统中8/1/202210第5讲 现场总线技术简介5-1-2 现场总线的发展与趋势（3）智能仪表为现场总线的出现奠定了基础智能化设备的提出模拟通信式的智能设备模拟-数字混合的智能设备现场总线的出现现场总线标准化的现状8/1/202211第5讲 现场总线技术简介5-1-3 现场总线系统的技术特点系统的开放性互可操作性与互换性 现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性 对现场环

5、境的适应性 8/1/202212第5讲 现场总线技术简介5-1-4 现场总线系统的优点节省硬件数量与投资节省安装费用节省维护开销用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性提高了系统的可控性和可维护性8/1/202213第5讲 现场总线技术简介5-1-5 现场总线与计算机控制系统、DCS现场设备现场总线技术将基本控制功能已完全下放到现场现场控制系统FCSFCS未来的趋势8/1/202214第5讲 现场总线技术简介5-1-6 现场总线标准化组织及标准(1)国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）IEC/ISA标准现场总线基金会（简称FF）采用IEC/ISA标准，未定义的采用自

6、己的FF协议欧洲智能化作用和测量用户集团 （EIAMUG）8/1/202215第5讲 现场总线技术简介5-1-6 现场总线标准化组织及标准(2)LonWorks（Local Operating Network，局部 操作网络)Profibus（Process Field Bus，过程现场总线）HART（Highway Addressable Remote Transducer，可寻址远程传感器数据 通路）CAN（Controller Area Network，控制器局域 网）8/1/202216第5讲 现场总线技术简介第二节 Unit 2 现场总线标准Standard of Field Bus

7、8/1/202217第5讲 现场总线技术简介本节主要内容现场总线的七层模型现场总线物理层标准简介现场总线其它层次协议简介8/1/202218第5讲 现场总线技术简介5-2-1 现场总线的七层模型ISO/OSI七层参考模型物理层 （Physical Layer）数据链路层（Data Link Layer）网络层 （Network Layer）传输层 （Transport Layer）会话层 （Session Layer）表示层 （Presentation Layer）应用层 （Application Layer）8/1/202219第5讲 现场总线技术简介5-2-2 现场总线物理层标准简介（1）

8、IEC定义的现场总线物理层标准传输线媒介媒介的主要区别物理层提供选择现场总线是一种实时网络现场总线物理层的作用是实现最终的信号收发8/1/202220第5讲 现场总线技术简介5-2-2 现场总线物理层标准简介（2）物理层的编码方法曼彻斯特（Manchester）编码方法本层的控制信号为：前导码、帧前定界码、帧 结束码前导码帧前定界码帧结束码现场总线分为高速和低速两类规范8/1/202221第5讲 现场总线技术简介5-2-3 现场总线其它层次协议简介（1）数据链路层（DLL）负责总线控制权的获取，出错检查，出错恢复以及仲裁、规划、消息装帧等链接活动调度器（Link active schedule

9、r，LAS）允许一个网络上有三种功能类型的设备存在基本设备桥链接主机8/1/202222第5讲 现场总线技术简介5-2-3 现场总线其它层次协议简介（2）应用层（Application Layer）负责与用户层的交互并负责对消息内的命令的解释，应用层取得数据并决定它们的组织和意义定义了每个消息的内容和支持它们的服务，定义了消息中的每一个比特应用层还完成地址的自动分配用户层定义了数据的类型以及如何使用这些数据8/1/202223第5讲 现场总线技术简介第三节 Unit 3 几类有影响的现场总线Some Important Field Buses 8/1/202224第5讲 现场总线技术简介基金会

10、现场总线（FF）LonWork技术和LON总线HART通信协议CAN总线Profibus总线InterBus-S总线8/1/202225第5讲 现场总线技术简介5-3-1 Profibus简介（1）Profibus的特点可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化Profibus的主站和从站Profibus协议的结构Profibus提供的三种类型的传输技术8/1/202226第5讲 现场总线技术简介5-3-2 Profibus简介（2）三个兼容版本Profibus-DP为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计Profibus-FMS解决车间级通用性通信任务Profibus-PA为过程自动化设计了标准的本质安全的传输技术8/1/202227第5讲 现场总线技术简介第四节 Unit 4 现场总线的应用举例The Examples of Field Bus 8/1/202228第5讲 现场总线技术简介S7-200系统变电所操作台高压开关柜ABB变频器ACS6