第五代控制系统FCS之现场总线技术

现场总线技术Fieldbus第五代控制系统FCS概念欧玛执行器现场总线产品_1欧玛执行器现场总线产品_2发展历史1984年

现场总线的最初概念Inter公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线，它主要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机总线多分离Rosemount公司开发了一种可寻址的远程传感器HART通信协议。采用在4～20mA模拟量叠加了一种频率信号，用双绞线实现数字信号传输。Honeywell和Bailey等大公司成立WorldFIP制定了FIP协议80年代中期

现场总线雏形1985年发展历史美国仪器仪表学会总线标准IEC/ISASP50共同制定遵循IEC/ISASP50协议标准；商定现场总线技术发展阶段时间表1994年FieldbusFoundationSiemens，Rosemount，横河等成立了专门委员会互操作系统协议ISP并制定PROFIBUS协议1987年典型现场总线基金会现场总线FoudationFieldbusProfibusLonWorks/u/vw/1431463CANHARTRS-485基金会现场总线FoudationFieldbusFoudationFieldbus宗旨就是开发一种统一的现场总线标准，并推动现场总线的应用。现在，FF包括了世界上95％的仪表及控制系统制造商，已制定了低速H1标准(31．25kb／s)，高速H2标准正在制定中。现场总线统一标准最终制定必将全面推进FCS的应用，用户在实现控制策略和系统开发方面发生巨大的变化。基金会现场总线FoudationFieldbusFoudationFieldbus主要面向过程自动化的需求的现场总线标准，它是这一应用领域功能最完整的现场总线解决方案。高速以太网HSE规范扩充了它基于以太网协议以达到整体架构的完美集成。基金会现场总线FoudationFieldbusFoudationFieldbus目前半数以上认证FF设备和主机系统都使用Softing技术Hl更多的是从工业过程和DCS应用考虑，为满足现场仪表和简单控制回路的通讯需要而开发。Hl总线的波特率低，难以满足大系统要求，也不能满足制造工业快速过程的需要;HSE是以太网为基础的高速现场总线，它与Hl可组成两级通讯网络，实现大系统的实时控制和信息管理功能。ProfibusProfibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。

由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。

Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。Profibus

采用OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集。

DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口。

FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。

PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2（1）标准，可实现总线供电与本质安全防爆。Profibus

LonWorks

采用ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，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，通讯速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达2700m

(78kbps，双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。LonWorks

LonWoeks技术的不断推广促成了神经元芯片的低成本，而芯片的低成本又返过来促进了LonWorks技术的推广应用，形成了良好循环。它被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设备、工业过程控制等行业

LonWorks

集成芯片中有3个8位CPU;一个用于完成开放互连模型中第1～2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理;第二个用于完成第3～6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等;第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。CANControlAreaNetworkCAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps,可挂接设备最多可达110个。CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境

。CANControlAreaNetworkCAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。采用多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。它是一种