现场总线 Lonworks
LonWorks在家庭智能控制网络中的应用摘要：在智能建筑中，家庭智能控制网络作为其最基本的组成部分，直接影响着智能建筑的人性化及智能化程度。RS485、以太网、无线网及LonWorks总线均可用于家庭智能控制网络，但相比之下，基于LonWorks 总线[1]的家庭智能控制网络更具有优势，因此本文主要就LonWorks在家庭智能控制网络中的应用展开了简单的设计。家庭智能控制网络的核心是家庭控制器和接口模块，对于家庭控制器的设计，又分为Lon控制模块和采集模块两个模块，并分别就这两个模块做了简单的介绍和设计，其中Lon控制模块设计的核心芯片是神经元芯片3150和主处理器。最后用拓扑图的形式展现了家庭智能控制网络的总体结构，从而完成了基本设计要求。
关键词：LonWorks总线智能控制网络神经元芯片
LonWorks application in family intelligent control network
Abstract: in intelligent building, family intelligent control network as part of its most basic, directly affects the humanization of the intelligent building and intelligent level. RS485, Ethernet, wireless networks and LonWorks fieldbus intelligent control network can be used in the family, but in contrast, family intelligent control based on LonWorks fieldbus network has more advantages, so this paper mainly LonWorks application in family intelligent control network is a simple design. Family intelligent control network is the core of the controller and the interface module, the design of the controller for the family, is divided into Lon control module and acquisition module two modules, and then the two modules respectively made simple introduction and design, the module design of Lon control core chip is the neuron chip 3150 and the main processor. Finally in the form of a diagram shows the general structure of the family intelligent control network, thus completed the basic design requirements.
Keywords:LonWorks fieldbusintelligent control network neuron chip.
随着网络经济、家电的智能化以及CPU的发展，家庭网络日益受到人们的关注。伴随着智能建筑的逐渐普及，为了追求更加智能化的居住环境，人们对家庭智能控制网络[2]的需求也逐渐增强，同时LonWorks总线的日趋成熟也为家庭智能控制网络的发展提供了极大地契机。LonWorks是由美国Echelon 公司研制，于1990年正式公布的现场总线网络。LonWorks技术的核心是具有3位CPU的神经元芯片（Neuron Chip），同时具备通信与控制功能，并且固化了LonTalk协议，以及34种常见的I/O控制对象。它采用ISO/OSI模型中完整的七层通信协议，采用面向对象的设计方法，LonWorks技术将其称为“网络变量”，使网络通信的设置简化成参数设置。这样，不仅节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。其最高通信速率为1.25Mbit/s，最远通信距离为2700m，节点总数可达32000个。与RS-485相比，LonWorks技术是一套完整的智能控制网络技术，Echelon公司以及全球OEM厂商提供了基于LonWorks的一系列产品及完整的解决方案。国际LonMark协会制定的可互操作设计规范为不同的厂商产品互操作奠定了基础。而RS-485则是物理电器接口标准，不是实际意义上的网络。基于RS-485的厂商可个自定义自己的通信协议和数据格式，不同厂商的产品不通过网关[3]基本上不能共存在同一网络中。并且经比较RS-485在通讯速率、传输速率、网络结构、网络容量、通信可靠性等方面均略逊色于LonWorks总线。因此本文不同于传统家庭智能控制网络的设计方式，基于LonWorks总线对家庭智能控制网络进行了简单的设计。
1.LonWorks控制网络的组成
基于LonWorks技术的现场控制系统由LonWorks 节点、路由器、LonTalk协议、LonWorks收发器和LonWorks网络管理5个部分构成。
1.1 LonWorks节点
节点被称为智能设备，它物理节点的抽象，应用设备节点、路由器、网络接口卡都是节点。LonWorks 节点可采用一神经元芯片为核心的方式，即神经元芯片加上收发器构成一个现场控制节点。。由于神经元芯片的功能有限，对于节点的设计也可以采用神经元芯片加主处理器的方式，把神经元芯片作为通信协议处理器，用高性能的主处理器完成较为复杂的测控功能。
LonWorks节点的设计根据其难易程度分为两类：单处理器的智能节点和双处理器的智能节点。其中，单处理器的智能节点是以神经元芯片为核心，其结构如图1所示。神经元芯片不仅要实现节点与网络的通信，而且通过其将I/O口直接连接到传感器/执行器上，实现端口数据的实时采集、监视和控制，主要应用于较为简单的节点，如自动抄表、安防报警的等。而双处理器的智能节点是将神经元芯片作为通信协处理器，而复杂的测控功能则有更高级的主处理器来完成，其结构图如图2所示，主要用于功能较为复杂的节点，如键盘及显示控制节点、电话及语音控制节点等。
图1 单处理器的智能节点结构图
图2 双处理器的智能节点结构图
1.2 路由器
路由器是LonWorks技术的一个主要组成部分，用来连接不同通信介质的LonWorks网络。路由器通常有两个互联的神经元芯片，每个神经元芯片配有一个适用于本侧信道的收发器，路由器就连接在这两个信道上。路由器对网络的逻辑操作是完全透明的，但他们并不一定传输所有的包，智能路由器能够阻止没有远地地址的包穿越路由器。LonWorks支持的路由器有四种，即中继器、网桥、学习路由器和配置路由器，后两者属于智能路由器。Lonworks 还支持名为LonWorks/IP的路由器，利用该路由器，LonWorks系统可以通过广域网（如Internet）大幅度地扩展其工作范围。路由器除连接不同媒介的LonWorks网络外，还能控制网络交通，增加信息通量和网络速度。
1.3 LonTalk协议
LonWorks称为LonTalk协议[4]和ANSI／
EIA709．1控制网络标准，是Lonworks系统的灵魂，它固化于神经元芯片中，是直接面向对象的网络协议。该协议提供一系列通信服务，使得一个设备的应用程序可以在不了解网络拓扑、名称、地址或其它设备功能的情况下发送和接收网络上其它设备的报文。
LonTalk协议能提供端到报文确认，报文认证、打包业务和优先传送服务，提供网络管理服务的支持，并允许远程网络管理工具与网络设备进行交互。
LonTalk协议是一个分层的、基于数据包的对等通信协议，是一个公认的标准并遵循OSI模型分层规则。为了确保满足控制网络的可靠和鲁棒的通信标准，LonTalk协议为控制应用提供了一个高可靠、高性能、高抗干扰性强的通信机制。其各层的功能
表1 LonTalk 协议的各层功能
1.4 LonWorks 收发器
神经元芯片通过收发器与网络交换信息[5]
，各种不同的收发器支持不同的通信媒体。常见的收发器有：双绞线收发器、电力收发器、无线射频收发器和光缆收发器。双绞线收发器与神经元芯片的接口有三种类型：直接驱动、EIA-485和变压器耦合，其中比较长见的接口是采用变压器耦合的FFT-10A 收发器。FFT-10A 收发器支持没有极性、自由拓扑（包括总线型、星形、环形、复合型）的互联方式。在传统的控制系统中，一般采用总线拓扑，通过带屏蔽的双绞线互联在一起。根据EIA —485标准，所有设备必须通过双绞线互联在一起，以防止线路反射，保证可靠通信，FFT-10A 收发器很好到解决了这一限
表2 FFT-10A 引脚定义
2.利用LonWorks 网络构建家庭控制装置
家庭控制网络的核心部分是家庭控制器和接口
模块，家庭控制器用来管理与监控接在接口模块终端下各种设备的信息传送，实现与外部信息网络的
连接。接口模块则是用来实现家庭网络与终端之间的配接，各种设备通过接口模块与家庭总线相连接，并在家庭控制器的管理下构成家庭总线网络，从而实现家庭内、外的信息传送及管理。对于家庭控制装置可分为两个设计部分，即Lon 控制模块和采集模块。
2.1 Lon 控制模块
控制装置以Lon 控制模块为核心，通过对采集电路所采集的各种信号加以作用，完成装置的各种功能，其中Lon 控制模块主要包括神经元芯片、存储器、晶振和收发器。 2.1.1神经元芯片的选择
常用的神经元芯片主要有Neuron3120xx 和
Neuron3150，这两种芯片在功能上大体相同。120芯片内含有2k
存储器，多用于功能较少而且不需要扩展存储器的硬件构造中；而3150芯片内部具有0.5kEEROM 、2kRAM 存储器，可以外扩存储器来存储信息，从而用于更复杂的应用系统的开发。因此在此次设计中选择功能更加强大的Neuron3150芯片。3所示：
表3 Neuron3150芯片外部存储器接口引脚 2.1.2通信适配端口
Neuron3150芯片的通信口可与多种传输媒介接口（即网络收发器）相连接，以实现较宽的传输速率。同时，各种不同类型的网络收发器的配置，也为选择不同的通信媒介提供了条件。在本设计中选用的是FTT-10型收发器，利用双绞线实现与家用电脑以及整个小区网络管理的信息传递。FFT-10型收发器采用变压器隔离，可以实现高隔离、高抗扰，对于控制网络的稳定性有了极其可靠的保证。其传输距离可达2700m 、传输速率达78kbit/s,可满足装置与上位机的信息传递要求。Neuron3150芯片的通信端口可以配置成三种工作方式，分别是：单端工作方式、差分工作方式、专用工作方式。不同的工作方式所对应的引脚定义不同，具体工作方式的选
表4 Neuron3150工作方式引脚定义 在设计中Neuron3150芯片的通信端口选择单端工作方式配置，与FFT-10A 收发器的具体配置如图1所示，其中FFT-10的CLK 与Neuron3150的CLK2相连，用以保证二者的时序一致。
FFT-10
总线
图3 FFT-10收发器配置图
2.2采集模块设计
采集模块包括I/O
接口电路、光电隔离保护电路、驱动电路、缓冲电路、保持电路、锁存电路以及A/D 转换电路。采集电路与Lon 控制模块的连接则是通过一个18针双列直插式板边连接器和一个6针单列直插式板边连接器完成。这样的连接方式符合模块化的设计要求，且便于安装和调试。其硬件原理图如下图4所示：
图4 硬件原理图
2.3软件实现 Neuron C 是专门为神经元芯片设计的程序设计语言。它在C 语言的基础上进行了自然扩展，直接支持神经元芯片的固化软件，删除了标准C 中一些不需要的功能，如某些标准的C 函数库，并为分布式LonWorks 环境提供了特定的对象集合及访问这些对象的内部函数。 Neuron C 提供了一些适用于LonWorks 网络开发的功能，增加了一个新的对象类——网络变量，网络变量分为输入和输出类型，Lonworks 网络上各设备之间可通过网络变量互传信息，且网络变量的传送工作由固件自动完成，开发时只需在Neuron C 应用程序中给网络变量赋值即可；此外，还增加了一个新的语句类型——when 语句，引入事件驱动机制，整个应用程序用When 语句引导；通过对I/O 对象的声明，使神经元芯片的I/O 得以标准化，便于对于多种类型信号的监控。
在此次设计中，采用的方法是模块化设计方法，其中主要包括远程抄表模块、报警联动模块、室内环境检测模块、顺序控制模块，各功能模块的运行都采取事件驱动。整个系统的程序流程图如图5所示：
图5程序流程图
3.用LonWorks 搭建家庭控制网络
LonWorks 总线的普遍应用给智能家庭控制网络的新发展提供了技术基础。采用Lonworks 使得智能家居网络从封闭的仅依赖与单个厂商的控制系统到完全可以互操作的家庭智能控制系统的转变成为现实。可以以LonWorks 技术为依托，开发与LonWorks 兼容的通用智能控制节点，各种专用节点，再根据实际情况选择合适的传感器、变送器及执行器，从而搭建出性能更优的新一代的家庭控制控制网络。 家庭智能控制系统通过用户接口与家庭总线单元连接。集宅内安防、远程抄表和家电控制于一体，所有有关设备都挂接在LonWorks 网络组成的家庭总线系统（Home Bus System ）上，所有报警信号经过智能节点的转换和标准化，通过LonWorks 网络送到家庭，其具体的拓扑结构图如图6所示：
图6 控制网络拓扑结构图
扑结构图中的用户接口单元是一个由HFC 网连接
用户终端的设备。它从HFC [6]
接收视频、数据、语音的混合信号，经它分为两路，一路由同轴电缆输出有线电视信号和视频信号至用户的STB 和TV ；另一路射频语音、数据信号解调后，送电话到其他家电设备，同时接受智能家庭控制器所采集的数据和各类报警信号。智能控制器则是基于LonWorks 技术构成的，它即可完成电表、煤气表、冷热水表等数据的采集、传输，又可通过红外传感器、气漏传感器等进行安全报警，还可以实现对照明、家电等设备的控制，对室内温、湿度的检测。
4．总结
基于LonWorks 较RS485在通讯速率、传输速率、网络结构、网络容量、通信可靠性等方面的优点，本文主要就LonWorks 总线，对于智能家庭控制网络进行了简单硬件与软件设计，其中着重对于Lon 控制模块进行了设计，最后以拓扑结构图的形式展现了基于LonWorks 的智能家庭控制网络的基本结构。运用LonWorks 总线的方式，提高了系统的开放性和互操作性，由于Lonworks 现场总线设备的智能化、数字化，系统的结构较为简单，智能节点与现场仪表直接相连，设备与连线较少，减少了信号的往返传输，大大地提高了智能家庭控制网络的可靠性。本文中的设计仅仅是最初步的设计，相信随着
LonWorks 总线应用领域的不断扩展，LonWorks 总线在智能家庭控制网络上的应用定会更大的突破。
5.重点与难点
在此次设计中，最主要的两个核心部分是利用LonWorks 网络构建家庭控制装置和LonWorks 搭建家庭控制网络，其中构建家庭控制装置中又分为家庭控制器和接口模块，在家庭控制器的设计中，比较难的就是神经元芯片的使用及其外围电路的设计，在本文中则只是简单的画出了其与FFT-10收发的简单外部连接。对于接口模块，则是将其又分为几个小电路，最后通过LonWorks 总线实现与家庭控制器的连接，由于在设计中小的模块比较多，因此这就对于模块之间的配合要求较高。对于最后的网络拓扑结构图的设计也是此次设计的重点与难点，对于网络拓扑图的设计，应结合设计方案与实际情况相结合，最后文中给出的网络拓扑结构图也仅仅是一种较理想的情况，若要更加完善，则还需与实际进
行有机结合，从而才能设计出更加合适的智能家庭控制网络。
参考文献
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现场总线郭琼习题答案
《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》 机电职业技术学院电气工程系 作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？ 答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？ 答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。
三种工业总线及其中的现场总线
一，工业总线三种基本类型 *传感器级总线，即485总线网络 *设备级总线，即HART总线网络 *现场总线，即FieldBus现场总线网络 现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网 现场总线分为以下几种： 下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。 1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF） 这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网） 最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。 3、Lonworks 它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI 模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s
几种现场总线技术的介绍比较
几种现场总线技术的介绍比较 ---- [编者按]:现场总线技术是自动化领域计算机、通讯和网络技术的发展而发展起来的新兴技术，它是先进的电子技术、仪表技术、计算机技术和网络技术的集成体。现场总线（Filedbus）是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，现场总线控制系统FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。[FCS的发展与历史] 现场总线技术(FCS)简介 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制 造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基 础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一 个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、 数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的 热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后 在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的 底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低 的特点:具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传 送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具 有不同上层高速数据通信网的特色。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出， “目前自动化技术领域出现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和 SCADA系统的功能，而同时一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始 改变PLC市场格局。相比PLC，这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快 的CPU速度，使PLC成为一种通用的自动化平台组件。”同时，他们还对PAC的概念进行了 详细定义：诸如在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能； 具有公用对象标记和统一数据库的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个 过程单元之间的过程流进行控制设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是 过程行业的单元运行，都能满足其生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工 业标准，能够实现不同供应商的自动化系统之间的数据交换，有利于实现多种产品的网络化
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机器人冲压自动化生产线的九大部分解读 典型的机器人冲压自动化生产线包含以下部分：机器人、电控系统、拆垛装置、过渡皮带、板料清洗机、板料涂油机、对中台、线尾码垛系统、安全防护系统及机器人端拾器。具体布置方式可以根据生产车间的面积进行调整，如拆垛车的开出方式既可以与冲压线平行也可以与冲压线垂直。 一、冲压机器人冲压生产用机器人除了要求负载大、运行轨迹精确及性能稳定可靠等搬运机器人所共有的特性，还要满足频繁起/制动、作业范围大、工件尺寸及回转面积大等特点。各个厂家的冲压机器人都在普通搬运机器人的基础上加大了电动机功率及减速机规格，加长了手臂，并广泛采用棚架式安装结构。 二、机器人冲压自动化线控制系统机器人冲压自动化系统需要集成压力机、机器人、拆垛机、清洗机、涂油机、对中台、双料检测装置、视觉识别系统、各种皮带、同步控制系统、安全防护系统及大屏幕显示，并具有无缝集成进工厂MES系统的能力。为了把如此多的智能控制系统有效集成，一般采用以太网与工业现场总线二级网络系统，其中现场总线系统可能同时搭载安全总线。 三、拆垛系统目前常见的拆垛系统有三种，分别是专用拆垛机/机器人+拆垛小车/桁架式机械手+拆垛小车。 专用拆垛机。其结构特点是垛料放置在可移动液压升降台车上；垛料高度依靠与光电传感器与液压系统控制，保持恒定；磁力分张器依靠气动或电动驱动自动贴近垛料；采用气缸驱动、矩阵布置的真空吸盘组进行拆垛，真空吸盘组垂直运动；拆成单张的板料采用磁性皮带传输。 机器人+拆垛小车。其结构特点是垛料放置在可移动的拆垛小车上；垛料高度不控制，拆垛时依靠计算的板料厚度自动调整机器人吸料高度；磁力分张器支架安装在拆垛小车上，支架可平移并具有多个可自由旋转的调整关节，更换垛料时人工将磁力分张器靠在垛料周边；拆垛用真空吸盘组及双料检测传感器安装在机器人端拾器上；拆成单张的板料由机器人放置在可伸缩过渡皮带上进行传输。
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工控领域最流行的九大现场总线 2012-07-27 11:55:57来源：OFweek工控网 我要分享 评论投稿订阅 导读：现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。它将促进企业网络的快速发展，为企业带来新的效益，因而会得到广泛的应用，并推动自动化相关行业的发展。 现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。
现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
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现场总线习题答案 作者：张磊 第一章现场总线技术概述 1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？ 大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。 2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？ 包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分 3.现场总线的基本定义？ 现场总线(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备（例如，变送器、执行器、控制器)与高层设备(例如主机、网关、人机接口设备)之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。 5. 现场总线控制系统的技术特点。 1.开放性； 2.全数字化； 3.双向通信； 4.互可操作性与互用性； 5.现场设备的智能化与功能自治性 6.系统结构的高度分散性 7.对现场环境的适应性 6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？ 1．FCS实现全数字化通信2．FCS实现彻底的全分散式控制3．FCS实现不同厂商产品互联、互操作4．FCS增强系统的可靠性、可维护性5．FCS降低系统工程成本 7. 分析现场总线的现状，展望其发展前景。 第二章数据通信基础与网络互联 1.何谓现场总线的主设备、从设备？ 可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？ 总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。 3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址 4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能? 通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。 信息源和接收者是信息的产生者和使用者 发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。 传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是无线的，也可以是有线的(包括光纤)。有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。 5.通信方式按照信息的传输方向分为哪几种? 单工(simplex)方式；半双工(Half duplex)方式；全双工(Full duplex)方式 6.通信的传输模式分为哪几种? 基带传输载波（带）传输宽带传输异步转移模式ATM 7.在载带传输中有哪几种常用的数据表示方法？ 调幅方式、调频方式、调幅方式 8.在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式? 线路交换方式报文交换方式报文分组交换方式 9.比较通信系统中的几种拓扑结构。 星型结构：在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中
工控领域最流行的九大现场总线
工控领域最流行的九大现场总线 目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。 1、FF现场总线 FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation 于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是 1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。 现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。否则，这个协议的开放性就没有意义了。 在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规范。新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。该模块可以显示有线HART及无线HART设备。 此外，该规范还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接触HART设备进行配置和资产管理的理想方法。规范也对在连接基金会远程运营管理设备的有线多触点网络和无线HART网络中识别和维护HART设备状态的结构进行了定义。 新的变送器模块规范将会使那些需要将HART和无线HART设备连入基金会现场总线、提升其与控制系统或者基金会设备的最终用户受益，”现场总线基金会技术开发总监DaveGlanzer说道：“他们可能会需要对资产管理采用一种网络化的方法，连接大量的HART和无线HART设备，进行配置和维护。” 在现场总线基金会架构内部，H1和HSE可以提供分布式功能模块的能力，与HSE 一起形成容量更大的通道，加快数据传输和传输量。基金会远程运营管理的开发，为有线及无线HSE主干网络建立了一个开放式、非专利性的规范，可以通过接口将不同的基金会远程运营管理设备和无线现场设备网络进行集成。
第二章 CAN现场总线
第二章 CAN 现场总线 一、 CAN 总线型传感器的分类 目前我们使用的防爆隔离栅共分三种，请在使用时注意区分： 1．SK-9N01CAN 总线绞车隔离栅，俗称C 型节点，只用于配接绞车传感器。 2．SK-9N02CAN 总线泵冲隔离栅，俗称B 型节点，用于配接泵冲、转盘转速传感器。 3．SK-9N03CAN 总线模入量隔离栅，俗称A 型节点，用于所有4-20mA 输出信号传感器；A 型节点又分为二线制和三线制，以及顶驱客户端三种，出厂时在防爆隔离栅外壳不锈钢标牌上有所标识。 注意：三线制A 节点仅用于配接SK-8N07电扭矩传感器、SP-1102总烃传感器和格 林通H 2S ，其余均为二线制。而安路、格产H 2S 传感器为二线制。顶驱转速、顶驱扭矩的接线方法又有所不同。 这里所谓的防爆，是指具有承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力， 并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物的传播，隔爆型电气设备，有 “d” 标志。防爆原理：电气设备引燃可燃性气体混合物有两方面原因：一个是电气设备产生的火花、电弧。对于设备在正常运行时能产生电弧、火花的部件放在隔爆外壳内，或采取浇封型、充砂型、充油型或正压型等其他防爆型式就可达到防爆目的。 1．SK-8J06和SK-9N01组成总线型绞车传感器，SK-9N01是CAN 总线绞车隔离栅，其接线端子如 下图：
2．SK-8B06FG和SK-9N02组成总线型泵冲传感器和转盘转速传感器，SK-9N02 CAN总线泵冲隔离栅，其接线端子如下图：
3．各类4~20mA模拟量传感器配上SK-9N03后即组成相应的总线型传感器，SK-9N03是CAN总线4~20mA模拟量输入隔离栅，有两线制和三线制之分，其接线端子如下图：
现场总线的概念和特点
现场总线的概念和特点 1.什么是现场总线随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实 现网络化管理控制已经成为一种必然趋势，改善工业控制系统同样也需要在不同生产设备之间实现高效、可靠、标准化的互联，经过多年的努力，国际上最后公布了8 种现场总线。制定总线的初衷在于不同厂家的设备进行互连，可是，这8 种总线目前是不能完全互连的。 所谓现场总线，是指将现场设备(如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等)与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。现场总线控制系统FCS 是集当今计算机技术、网络技术和控制技术为一体的当代最先进的计算机控制技术，它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将成为现代计算机控制系统的主流。具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。现场总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，节省了系统的硬件和布线费用，方便了用户对系统的组态、管理和维护。 现场总线(Field b 山)技术是工业自动化最深刻变革之一。PLC 和工控机采用现场总线后可方便地作为νo 站和监控站连接在DCS 系统中。现场总线可以更容易地从现场获取设备信息，工厂操作员和管理人员能够对其过程进行更严格的控制，从而改进性能、增加过程的可用性和一致性。 当前，国际上具有代表性的现场总线技术与产品是Profibus、CanBus 与LonWorks，CC-link，DeviceNet，Modbus 等，后面分别予以简要说明。2.现场总线技术特征
现场总线郭琼习题答案
现场总线郭琼习题答案
安徽机电职业技术学院电气工程 系 第一章: 1. 过程控制系统的发展经历了那几代控制系 统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪 表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC ） 4 集散控制系统（DCS ）5.现场总线控制系统（FCS ） 2. 阐述DDC 控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、 输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现 场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一 定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输 出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合 系统要求性能指标。 3. 计算机在DDC 控制系统中起什么作用? 答：完成对生产过程的自动控制、 运行参数监视 案》 作者：卡尔二毛
4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5?计算机的软件包括哪两大类？各起什么作 用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6?什么是集散控制系统？其基本设计思想是什 么？ 答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制
7?简述集散控制系统的层次结构及各层次所起 的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答: PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。 9?什么是现场总线？现场总线有哪些特点？答：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实现双向、串行、多节点数字通信的技术特点：开放性、互操作性和互用性、现场设备的智能化和功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性。
现场总线复习题及答案
第一章 1、DCS的基本概念和主要特点？ 以系统最优化为目标，以计算机为核心并与数据通信技术、控制技术、显示技术、人机接口技术、I/O接口等技术相结合——用于过程控制和生产管理的工控主流控制系统。 特点： 1.分散控制，集中管理；应用灵活；自治和协调性； 2.可靠性高: 便于维修与更新，平均无故障时间可达100年； 3.速度快，控制更加灵活方便，国内外都有成型的产品。 4.系统的系统软件配置的是实时多任务的操作系统，控制软件非常丰富，技术先进、 功能完备、应用灵活、操作方便。 2、什么是现场总线？ 应用于现场仪表与控制系统和控制室自动化系统之间的一种全分散、全数字化、双向、互联、多站的信息通信链路，实现相互操作以及数据共享。 3、DCS和FCS的主要区别？ 现场总线作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其更高控制管理层之间的联系。现场总线技术以智能传感、控制、计算机、数据通信作为主要内容，不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的控制系统总线式结构：一对传输线（总线）挂接多台现场设备，双向传输多个数字信号。 开放互操作性：现场总线采用统一的协议标准，是开放式的互联网络，对用户是透明的。 可靠性高：采用数字信号传输数据，提高了数据的精度和抗干扰性。将控制功能放到现场设备中，使危险分散，系统的可靠性提高。 彻底的分散控制：控制功能下放到作为网络节点的现场智能仪表和设备中。信息综合、组态灵活。 第二章 1、DCS的四层结构的名称和功能？ 1．现场级（层）对应现场网络（Field Network） 此层有现场各类测控装置（设备），如各类传感器、变送器、执行器等。它们能够完成对生产装置（过程）的信号转换、检测和控制量的输出等。现场控制站（过程控制计算机）通过现场网络直接与这级（层）设备连接。 2．过程控制级、对应控制网络（Control Network） 此层有现场控制站（包括各种控制器、智能调节器）和现场数据采集站等。它们通过控制网直接与现场各类装置(如变送器、执行机构)相连，完成对所连接的各类装置实施监测和控制。同时，它们还能与上面的监控层计算机相连，接收上层的管理信息，并向上传递现场装置的特性数据和采集到的实时数据。 3．操作监控级、对应监控网络（Supervision Network） 此层有操作员工作站、工程师工作站和计算站等。它们能对现场设备进行检测和故障诊断，能综合各个过程控制站的所有信息，对全系统进行集中监视和操作；能进行组态、参数修改和优化过程处理等工作。并能根据状态信息判断计算机系统硬件和软件的性能（状态），异常时实施报警、给出诊断报告等措施。 4．信息管理级、对应管理网络（Management Network）
工业现场总线体系介绍
1.现场总线概述 现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。 它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。现场总线应用行业：现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用，对国民经济的增长
有着非常重要的影响。现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。 现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。 ①现场总线的定义： 现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络 ②现场总线的优点： 实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。 现场总线特征 (1) 全数字化通信 (2) 开放型的互联网络 (3) 互可操作性与互用性 (4) 现场设备的智能化 (5) 系统结构的高度分散性 (6) 对现场环境的适应性 现场总线特点及缺陷 现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 现场总线总线优点 现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的
常见九大现场总线全解析
常见九大现场总线全解析 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。 什么是现场总线？ 现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。
目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。下面让我一起去认识主要的几种总线。 一、FF现场总线 FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA(北美部分，不包括欧洲)和ISPFoundation于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以
现场总线技术阶段练习二答案
现场总线技术阶段练习2 一、填充题 1．一个LonWorks控制节点主要包含、、、。 2．Neuron芯片内部装有三个微处理器，分别为、、。3．神经元芯片的11个I／O有种I/O对象，分别为、、、。 3．双绞线是使用最广泛的一种介质，对双绞线的支持主要有三类收发器：、、。 4．在LonWorks控制网络中，路由器的作用是：、、。 5．LonWorks控制网络中的路由器有四种路由算法可供选择，依次为、、、。 6．LonTalk协议的网络地址结构为三层，依次为、、。7．LonTalk协议使用改进的CSMA介质访问控制协议，称为。 8．LonTalk协议提供四种类型的报文服务，依次为、、、。 9．LonWorks控制网络提供有两种通信手段，依次为、。 10．和是LonWorks的开发工具。 11．LNS包括三类设备, 依次为、、。11．Isochronous Real time表示。 12．CIP采用来实现实时I/O报文传输或者内部报文传输；采用来实现信息报文交换或者外部报文传输。 13．PROFInet = + + 。 二、简答题 1．什么是工业以太网？ 2．以太网进入工控领域有什么优势？ 3．简述Tunneling的含义。
4．在工控领域，以太网技术应用受限的原因是什么? 5．说出任意4种工业以太网技术。 现场总线技术阶段练习2答案 一、填充题 1．应用CPU、I／O处理单元、通信处理器、收发器和电源。 2．MAC处理器、网络处理器、应用处理器。 3．34，直接I/O对象、并行I/O对象、串行I/O对象、定时/计数器对象。 3．直接驱动、EIA－485、变压器耦合。 4．扩展通道的容量、连接不同的通信介质或波待率、提高LON总线可靠性、全面提高网络性能。 5．配置型路由器、学习型路由器、桥接器、中继器。 6．域（Domain）、子网（Subnet）和节点（Node）。 7．带预测的P－坚持CSMA（Predictive P－persistent CSMA）。 8．应答方式、请求／响应方式、非应答重发方式、非应答方式。 9．网络变量、显式报文。 10．LonBuilder 、NodeBuilder。 11．路由器设备、应用节点、系统级设备。 11．等时同步实时通信 12．控制协议、信息协议。 13．PROFIBUS、Ethernet、COM/DCOM。 二、简答题 1．工业以太网是普通以太网技术在控制网络延伸的产物,是工业应用环境下信息网络与控制网络的结合体。 2．价格优势：由于信息网络的存在和以太网的大量使用，使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件的特点，如网卡。 技术优势：技术成熟、易于得到、技术深入人心，已为许多人掌握。 有利于企业网络的信息集成，便于与上层网络的连接，便于与外界沟通信息。 工业以太网沿用现有以太网技术可发挥其上述优势。 工业以太网的标准化工作目前一是集中在应用层，二是致力于在数据链路层实现实时以太网。 工业以太网目前还没有一致的定义与规范。 3．Tunneling指是网络隧道，它指的是利用一种网络协议来传输另一种网络协议，也就是将现有的透明网络信息进行再次封装，从而保证网络信息传输的安全性。 4．CSMA/CD的媒体访问控制方式不能满足一些控制场合的实时性要求；接插件、集线器、交换机等是为办公应用设计的，不适应工业现场恶劣环境的要求；抗电磁干扰能力；本质安全；总线供电。 5．HSE、EtherNet/IP、ProfiNet、Modbus-TCP、PowerLink、EtherCat、EPA等。
Dupline现场总线简介
现场总线
现场总线的定义： 是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要 解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以 及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 现场总线的特点： (1)现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 (2)通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 (3)功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到 (4)现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 现场总线的优点: (1)现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为 广阔的领域； (2)一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用； (3)节省维护开销； (4)提高了系统的可靠性； (5)为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。 Dupline 现场总线的主要应用优势 1、自由的拓扑结构可以持久的，灵活的以及方便的一步步安装 2、友好的用户界面：易于编写地址和测试，易于从 PC/PLC 机读取数据 3、高亢电子干扰性能，不需要屏蔽电缆，可利用现存的电缆/导线管/管道 4、10km 以内的数据通信不需要信号中继器 5、仪表系统可与 Dupline 的门-照明灯-远程控制及负载开关结合起来 6、与普通系统相比经济实惠 7、后期维护比传统布线更方便、简单。 通信原理： Dupline?信号传输基于时分复用原理，相对传统的面向信息的方法而言，能 使简单信号的传输更加有效。因此，Dupline?运行的的载波频率可低至 1 kHz， 这也是 Dupline?传输距离远、 抗扰性高和稳定性高的关键所在。 控制器产生的方 波信号有一个 8 ms 同步期，随后是 128 个长度为 1ms 的脉冲。这条 136ms 的脉 冲串不断重复。 每个脉冲定义一个时隙，分配到具体脉冲号的模块则可传输和接 收信息。因此，实际上 I/O 模块是互用（交替使用）两条线。不论网络的节点数 量和主要信号如何，Dupline?系统的响应时间通常低于 272ms. 拓扑结构： 总线系统的拓扑指确定采用哪一种电缆布线方式。Dupline?采用 完全自由的拓扑结构，构建的网络可以是线型、环型、星型或其中几 种的组合。这种拓扑结构便于规划，为任何时候的变更和未来的系统 扩展提供了高度的灵活性。
工控领域最流行的九大现场总线
工控领域最流行得九大现场总线 2012-07-27 11:55:57来源: OFweek工控网 我要分享 评论投稿订阅 导读:现场总线技术得兴起,开辟了工厂底层网络得新天地。它将促进企业网络得快速发展,为企业带来新得效益,因而会得到广泛得应用,并推动自动化相关行业得发展。 现场总线(Fieldbus)就是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成得,用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域得现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络得基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间得联系。它不仅就是一个基层网络,而且还就是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容得综合技术,已经受到世界范围得关注,成为自动化技术发展得热点,并将导致自动化系统结构与设备得深刻变革。国际上许多实力、有影响得公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品得开发。现场总线设备得工作环境处于过程设备得底层,作为工厂设备级基础通讯网络,要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低得特点:具有一定得时间确定性与较高得实时性要求,还具有网络负载稳定,多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点,现场总线系统从网络结构到通讯技术,都具有不同上层高速数据通信网得特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统,也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前得气动信号控制系统PCS称作第一代,把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代,把数字计算机集中式控制系统称为第三代,而把70年代中期以来得集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统,一方面,突破了DCS系统采用通信专用网络得局限,采用了基于公开化、标准化得解决方案,克服了封闭系统所造成得缺陷;另一方面把DCS得集中与分散相结合得集散系统结构,变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。可以说,开放性、分散性与数字通讯就是现场总线系统最显著得特征。 现场总线技术展望与发展趋势 现场总线技术得发展应体现为两个方面:一个就是低速现场总线领域得继续发展与完善;另一个就是高速现场总线技术得发展。
现场总线习题1
1、差分码不可能是归零码。答：（对） 2、双绞线各个线对螺旋排列的主要目的是为了增加抗拉强度。（错） 3、令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。（对） 4、CAN总线数据帧中参与CRC计算的是仲裁场、控制场、数据场，不包括填充位。答：（错） 5、根据CAN总线2.0B技术规范规定，在同一个CAN总线网络系统中，不允许标准帧与扩展帧同时使用。答：（错） 6、在CAN总线中，ID.0是首先发送到总线 上的报文标识符。（错）7、DeviceNet现场总线以CAN总线为底层基础，但只使用其数据帧。 答：（错）8、在DeviceNet现场总线中，一个DeviceNet对象有且仅有一个实例，其ID 为01。答：（对） 9、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。 答：（错）10、在ControlNet现场总线中，MAC由7部分组成。答：（错） 1、CSMA的1-坚持退避算法缺点是介质的利用率较低。 答：（错误）2、CAN总线数据帧中参与CRC计算的有帧起始、仲裁场、控制场、数据场，包括填充位。 答：（错误）3、CAN总线错误帧中的错误标志叠加区的长度为：6+8=14位。 答：（错误）4、CAN总线的所有帧都要以帧间空间与总线上前面所传的帧分隔开。 答：（错误）5、在CAN总线中，为了不违反位填充规则，标识符的高7位不能全是隐性位。 答：（错误）6、在CAN总线中，位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2组成。答：（正确）7、在DeviceNet现场总线中，一个I/O报 文中数据的含义被相应的连接ID隐含。答： （正确） 8、在DeviceNet现场总线中，一个 DeviceNet对象有且仅有一个实例，其ID 为01。 答：（正确） 9、在DeviceNet现场总线中，链接生产者 和链接消费者属于连接类。 答：（错误） 10、与DeviceNet现场总线一样， ControlNet现场总线的MAC帧也是由7 个位场组成的。 答：（错误） 1、载波监听多路访问/冲突检测机制和令牌 访问控制方式属于两种不同类型的介质访 问控制方式。 答：（对） 2、DeviceNet网络可上可以容纳多达128 个节点，每个节点支持的I/O数量没有限 制。 答：（错） 3、在DeviceNet现场总线中，实例ID值0 表示类本身。 答：（对） 4、CAN已成为国际标准ISO11898和 IEC62026。 答：（错） 5、CAN可以分为物理层和数据链路层，其 数据链路层又可以分为逻辑链路控制子层 和媒体访问控制子层。 答：（对） 6、CAN数据帧中的远程发送请求位即RTR 位为隐性。 答：（错） 1、性能更好的光纤是：（ A ） A. 单模光纤 B. 多模光纤 2、CAN总线错误帧的位长度为：（ C ） A. 6~12 B. 14 C. 14~20 D. 20 3、若SJA1000的输出控制寄存器OCR的值 设为0x1A，则其TX0引脚上的输出方式为： （ D）
九大现场总线
九大最流行现场总线“叱咤”工控领域（图） 2014-11-13 10:23:04来源：elecfans 我要分享 评论投稿订阅 导读：目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。 1、FF现场总线 FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation 于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。 1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。否则，这个协议的开放性就没有意义了。 在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规。新的技术规是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。该模块可以显示有线HART及无线HART设备。 此外，该规还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接触HART设备进行配置和资产管理的理想方法。规也对在连接基金会远程运营管理设备的有线多触点网络和无线HART网络中识别和维护HART设备状态的结构进行了定义。 新的变送器模块规将会使那些需要将HART和无线HART设备连入基金会现场总线、提升其与控制系统或者基金会设备的最终用户受益，”现场总线基金会技术开发总监DaveGlanzer说道：“他们可能会需要对资产管理采用一种网络化的方法，连接大量的HART和无线HART设备，进行配置和维护。” 在现场总线基金会架构部，H1和HSE可以提供分布式功能模块的能力，与HSE一起形成容量更大的通道，加快数据传输和传输量。基金会远程运营管理的开发，为有线及无线HSE主干网络建立了一个开放式、非专利性的规，可以通过接口将不同的基金会远程运营管理设备和无线现场设备网络进行集成。 使用高速HSE连接，可以高效的将模块化的数字和模拟现场I/O设备大幅度集中到控制室当中。通过使用诸如智能远程终端单元（RTU）这类HSE设备功能，这项技术可以将各种形式的传统I/O轻而易举的融入到自然的现场总线环境当中。这一解决方案在同一个以太网络上可以同时支持数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出和H1现场总线。 2、LonWorks现场总线 LonWorks现场总线是美国Echelon公司1992年推出的局部操作网络，最初主要用于楼宇自动化，但很快发展到工业现场网。LonWorks技术为设计和实现可互操作的控制网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径。LonWorks技术的核心是神经元芯片（NeuronChip）。该芯片部装有3个微处理器：MAC处理器完成介质访问控制；网络处理器完成OSI的3～6层网络协议；应用处理器完成用户现场控制应用。它们之间通过公用存储器传递数据。在控制单元中需要采集和控制功能，为此，神经元芯片特设置11个I/O口。这些I/O口可根据需求不同来灵活配置与外围设备的接口，如RS232、并口、定时/计数、间隔处理、位I/O等。