第四章 现场总线技术

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东南大学自控系工业自动化教研室

内容题要•概述•现场总线标准化的发展现状•现场总线的标准化•几种流行的现场总线技术•现场总线发展展望

概述•什么是现场总线•现场总线的结构特点•现场总线的技术特征•现场总线的分类

什么是现场总线• 根据国际电工委员会ＩＥＣ 61158 标准定义 ,现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线 .

• 现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。

• 现场总线控制系统是建立在现场总线技术基础上的网络结构扁平化，具有开放性、可互操作性、常规控制功能彻底分散、有统一的控制策略组态方法的新一代的分散型控制系统。

现场总线的结构特点•现场总线模型结构

一般的现场总线网络只采用三层：物理层、数据链路层、网络层；最简单的只有前两层，复杂一点的外加一个应用层。

•现场总线系统结构类型主从型；C/S型环型通信型

现场总线的技术特征•功能上管理集中，控制分散；•结构上横向分散、纵向分级；•快速实时响应能力；•互操作性；•高可靠性；

快速实时响应能力•快速实时响应能力的要求

传输速率不高于 1Mbps响应时间为 0.01 － 0.5s具有处理随机事件的能力

•提高实时性的措施

高可靠性•硬件严格筛选；•软件简单易用；•在线快速排除故障；•独立的局部数据库；•容错技术和冗余技术

现场总线的分类按照与其传送的平均数据分组（ data packet ）长度相关的复杂程度分，现场总线又可分为四类：

传感器层：信息量小、响应快、位传输设备层：可靠性高、响应快、字节传输控制层：信息量大、可靠性高、信息传输信息层：信息量大、集成度高、文件传输

现场总线标准化的发展现状•现场总线国际标准化体系结构•现场总线系统安全规范

“ 本安”的概念

•功能块与设备描述规范

现场总线国际标准化体系结构

现场总线国际标准协议 IEC62026低压开关设备和控制设备技术委员会

• 第 1部分：一般要求• 第 2部分：执行 /传感器接口 AS－ I• 第 3部分：电器设备网络 DeviceNet• 第 4部分： LonTalk（已取消）• 第 5部分：智能化分布系统 SDS• 第 6部分：串行多路控制总线 SMCB

功能块与设备描述规范•现场设备信息格式及功能描述规范称为”行规” (Profile), 行规可有效实现各种现场设备应用层互联。

•功能块的应用•功能块的结构

现场总线的标准化•现场总线标准化情况——多标准并存现场总线国际标准 IEC61158 中采用的 8 种类型，以及其他一些现场总线，如 Lonworks 等，将在今后一段时间内共同发展，并相互竞争相互取长补短。此外；国际跨国公司除了从事他们所支持的现场总线技术的研究与开发，还兼顾其他总线的应用。

现场总线标准1.FF2.ControlNet3.Profibus4.Ｐ net5.FFHSE6.SwiffNet7.WorldFIP8.InterBus

几种流行的现场总线技术•基金会现场总线 FF• Profibus 现场总线• HART 通信协议• CAN 总线• DeviceNet － ControlNet 系统

现场总线发展展望•现场总线国际标准

真正的统一？•现场总线技术和工业以太网的结合•未来的网络？