【正文】 了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。 FMS 意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，而 PA 型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從 IEC11582標(biāo)準(zhǔn)。由 ProfibusDp、 ProfibusFMS、 ProfibusPA 組成了 Profibus 系列。 Profibus Profibus 是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn) DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn) prEN50170 的現(xiàn)場總線。根據(jù)剛剛收到的消息，美國消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)已經(jīng)通過決議，以 LonWorks 技術(shù)為基礎(chǔ)制定了 EIA709 標(biāo)準(zhǔn)。 另外，在開發(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。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 程控制等行業(yè)。 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 5～ 9 美元 )，而芯片的低成本又返過來 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 萬片神經(jīng)元芯片。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)。第二個(gè)用于完成第 3～ 6 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 。集成芯片中有 3 個(gè) 8 位 CPU。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，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參成都紡專電氣 083 方堯畢業(yè)論文 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用研究 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、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。 1996 年 10 月，在芝加哥舉行的 ISA96 展覽會(huì)上，由現(xiàn)場總線基金會(huì)組織實(shí)施，向世界展示了來自 40 多家廠商的 70多種符合 FF 協(xié)議的產(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)場總線演示系統(tǒng)，各展臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備之間可實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場互操作，展現(xiàn)了基金會(huì)現(xiàn)場總線的成就與技術(shù)實(shí)力。 為滿足用戶需要， Honeywell、 Ronan 等公司已開發(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，許多儀表公司已開發(fā)出符合 FF 協(xié)議的產(chǎn)品， 1 總線已通過ａ測試和 β 測試，完成了由 13 個(gè)不同廠商提供設(shè)備而組成的 FF 現(xiàn)場總線工廠試驗(yàn)系統(tǒng)。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。物理傳輸介質(zhì)可支持比絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合 IEC11582標(biāo)準(zhǔn)。 H1 的傳輸速率為 3125Kbps,通信距離可達(dá) 1900m(可加中繼器延長 ),可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。它以 ISO/OSI 開放系統(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。其前身是以美國 FisherRousemount 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。目前已開發(fā)出有 40 多種現(xiàn)場總線，如 Interbus、 Bitbus、 DeviceNet、 MODbus、 Aret、PNet、 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。現(xiàn)場總線系統(tǒng)接入 Inter，在一定的條件下便可通過 Inter監(jiān)視，并控制這些生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況和各種參數(shù) [3]。 (6)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合 實(shí)現(xiàn) InterIntraInfra 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。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)形成了低層網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)同時(shí)提供與企業(yè)網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)相連接的可能性。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。在異構(gòu)網(wǎng)連接的網(wǎng)關(guān)路由的開發(fā)方面， Lon Works具有獨(dú)特的優(yōu)勢。 (3)開放的組態(tài)技術(shù)研究 目前現(xiàn)場總線系統(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，所以研究開放的組態(tài)技術(shù)也是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。 (2)基于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件開發(fā) 系統(tǒng)的開放性和通信問題是分散控制系統(tǒng)的突出問題，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)的問題。為更好適應(yīng)工業(yè)過程控制的需要，今后現(xiàn)場總 線技術(shù)會(huì)從以下幾個(gè)方面發(fā)展： (1)基于現(xiàn)場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)場總線靠攏，開發(fā)出具有現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)的一次及二次儀表。 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用展望 現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生促進(jìn)了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，使現(xiàn)場控制的功能更加強(qiáng)大。 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，現(xiàn)場 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)場功能，只有一些現(xiàn)場儀表無法完成的高級(jí)控制功能才由上位機(jī)來完成。 成都紡專電氣 083 方堯畢業(yè)論文 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用研究 現(xiàn)場總線控制系統(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)?，F(xiàn)場總線出現(xiàn)于 80 年代中后期，從本質(zhì)上來說，它是一種數(shù)字通信協(xié)議，是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場、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)，是一種開放的、數(shù)字化的、多點(diǎn)通信的低層控制網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場總線技術(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。預(yù)計(jì)在今后的一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。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、用戶及國際組織的支持。1994 年， ISP 和 World FIP 的北美分部合并成立了現(xiàn)場總線基金會(huì)（ Fieldbus Foundation 簡稱 FF），推動(dòng)了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)品開發(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 低速總線開始步入實(shí)用階段。 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)場總線標(biāo)準(zhǔn)。因此 FCS 系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種開放的、可以互連的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。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 Intra、 Inter 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)此提出了開放性和降低成本的迫切要求。 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。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)成都紡專電氣 083 方堯畢業(yè)論文 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用研究 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?？v觀控制系統(tǒng)的發(fā)展過程，任何一種新的控制系統(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競爭等外部因素的推動(dòng)下占據(jù)主導(dǎo)地位，現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展也經(jīng)歷了同樣的過程。目前已開發(fā)出有 40 多種現(xiàn)場總線，如 Interbus、 Bitbus、 DeviceNet、 MODbus、 Aret、PNet、 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。在 CIMS 系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線 是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。 （ 2）傳統(tǒng)的現(xiàn)場級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用一對(duì)一連線的、 420mA/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)。 現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生的意義 （ 1）現(xiàn)場總線（ Fieldbus）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場級(jí)控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)；是一次工業(yè)現(xiàn)場級(jí)設(shè)備通信的數(shù)字化革命。其中， 生產(chǎn)過程 包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。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。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（ FCS）是順應(yīng)智能現(xiàn)場儀表而發(fā)展起來的。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友、給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！ 成都紡專電氣 083 方堯畢業(yè)論文 現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用研究 前 言 現(xiàn)場總線（ Fieldbus）是 80 年代末、 90 年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。s, the main consideration was the operating room onsite signals and control signals to control 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 munication with the digital technology, digital munication work extends to the field of industrial process possible, by the alldigital onsite instead of digital and analog control system Distributed control system industrial control systems have bee an inevitable trend. Fieldbus has developed into puter works, munication technology, field control, production management, etc. as one of the field bus control system FCS (Fieldbus Control System). Communication line will extend to the production site has been producing equipment for process and manufacturing automation equipment or field instrument fieldsite munication work interconnection, the traditional DCS work structure into a twotier work architecture, reduce costs, Improve the reliability, control and management to achieve the integration of architecture. 關(guān)鍵詞 ：現(xiàn)場總線技術(shù)、自動(dòng)控制、發(fā)展趨勢 致謝 : 本課題在選題及研究過程中得到 劉 萍 老師的悉心指導(dǎo)，劉老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓思路，精心點(diǎn)撥熱忱鼓勵(lì)。它將通信線一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備，用于過程和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(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。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)過程現(xiàn)場成為可能，由全數(shù)字現(xiàn)場控制系統(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。本文從多個(gè)方面介紹了現(xiàn)場總線技術(shù)的 種類、現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域