现场总线论文

现场总线论文题目：现场总线的现状及其发展趋势班级：电子1302学号：1310910215姓名：李天德摘要：现场仪表与控制室仪表之间的数字通信统称为现场总线。现场总线技术自20世纪90年代出现以来已成为世界范围内自动化技术发展的热点之一，广泛用于过程自动化、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，被誉为“自动化仪表与控制系统的一次变革”。我国自20世纪90年代后期即开始引入并研究总线技术，将其作为今后工业过程控制技术研究的重点，并于1996年正式将现场总线技术的研究和产品.开发列入九五国家重点科技攻关项目。Digitalcommunicationbetweenfieldinstrumentsandcontrolroominstrumentationarecollectivelyreferredtoasfieldbus.Fieldbustechnologysincethe1990shasbecomeaworldwideoneofthehotspotsforthedevelopmentofautomationtechnology,iswidelyusedinprocessautomation,manufacturingautomation,buildingautomationandotherfieldsoffieldintelligentdeviceinterconnectioncommunicationnetwork.Itasthebasisoffactoryofdigitalcommunicationnetwork,communicationbetweenthesceneoftheproductionprocessandcontroldevicesandtheconnectionbetweenthehighercontrolmanagementlevel,isknownastheautomationinstrumentandcontrolsystemofachange.Sincethelate1990sinourcountrystartedtointroduceandstudybustechnology,anduseitasafocusinthestudyofindustrialprocesscontroltechnologyinthefuture,andin1996formallytofieldbustechnologyresearchandproduct.Thedevelopmentintheninthnationalkeyscientificresearchprojects.关键词：现场总线、数字通讯、集散系统Keywords:fieldbus,digitalcommunication,distributedsystems一、现场总线的技术特点1、具有良好的系统开放性。现场总线技术通信协议公开，相关标准的一致，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。用户可按自己需要的大小把来自不同供应商的产品随意组成不同的系统。2、系统结构的高度分散性。因为自控技术的飞速发展，现场设备本身已经具备自动控制的基本功能，以现场总线技术采用了全分布式控制系统的体系结构。这种体系结构从根本上改变了现有DCS的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统可靠性。3、互可操作性与互用性。现场总线技术可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。互用性意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。4、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、流量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。二、现场总线的优点由于现场总线的以上特点，特别是系统结构的简化，使控制系统在设计、安装、投用、正常生产运行及系统的检修维护等各方面，都体现出优越性。1、节省硬件数量与投资。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。2、节省安装费用。现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。3、节省维护开销。由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。由于现场控制设备具有很强的自诊断与简单故障处理能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便及时分析故障原因并快速排除，缩短了维护时间。4、用户具有高度的系统集成主动权。用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。5、提高了系统的准确性与可靠性。由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强:减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。三、几种有影响的现场总线技术2.1基金会现场总线基金会现场总线(FF，FoundationFieldbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国Fisher—Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率可为1Mbps和2．5Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IECll58—2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。基金会现场总线的主要技术内容，包括：(1)FF通信协议；(2)用于完成开放互连模型中第2至7层通信协议的通信栈(CommunicationStack)；(3)用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典；(4)用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术；(5)以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。2.2Controlnet控制网是由控制网国际有限公司(ControlNetInternationalLtd.)首先提出来的一种开放式网络。罗克韦尔自动化公司的设计之初就提出了三层网络的概念,分别是以太网，Controlnet网，Devicenet网，上层信息用于全厂的数据采集和程序维护中层自动化和控实现实时I/O的控制,控制器的互锁和报文的传送;底层设备网用于底层设备的低成本,高效率的信息集成.其中控制网通讯采用当今流行的生产者/消费者模,该模式采用多信道广播式,定点传送，属于预定性信每个信号对应一个单独的地址，占一个网络节点，网络所有节点同步,信息吞吐量大,速度快,网络效率高因此控制网具有高速,高度确定和可重复性的网络,特别适用于对时间苛刻要求的复杂应用场合的信息传输，但是Controlnet网络中的节点数目是有限制的，最高不能超过99个，节点数超过限制会发生不可预测的故障，未超过但是过多会影响网，造成网络迟滞。ontrolnet用同轴网线或者光纤作为介质，相对而言，Controlnet比西门子的PROFIBUS网络更加稳定，易于维护，有助于实现无缝连接。控制网国际有限公司(ControlNetInternationalLtd.)是1997年7月由Rock等22家企业发起成立ControlNet国际化组织(CI)，是个非赢利独立组织，主要负责向全世界推广ControlNet技术（包括测试软件）。目前已有50多个公司参加，如ABBRobotics、HoneywellInc.、日本横河、东芝、Omron等大公司。2.8Ethernet/IP1998年开始，CI的一个特别兴趣小组（SpecialInterestGroup-SIG）开始尝试将DeviceNet和ControlNet所使用的CIP植到以太网上。2000年ODVA,CI和EIA三个国际组织联合推出了Ethernet/IP。Ethernet/IP是以太网、TCP/IP以及CIP的集成，其中应用层使用CIP是Ethernet/IP和其他工业以太网的主要区别所在。由于在应用层使用了CIP，Ethernet/IP也具备CIP网络的一些特点，包括：可以传输多种不同类型的数据，包括I/O数据，配置和故障诊断，程序上下载等。面向连接，通信之间必须建立连接。用不同的方式传输不同类型的报文。基于生产者/消费者模型，提供对多播通信的支持（Ethernet/IP多播功能的实现需要用到IP多播技术）。支持多种通信模式：主从、多主、对等或者三者任意的组合。支持多种I/O数据的触发方式:轮询、选通、周期或状态改变。用对象模型描述应用层协议，方便开发者编程实现。为各种类型的Ethernet/IP设备提供设备描述，以保证操作性和互换性。四、.现场总线应用工程的发展趋势（1）通过应用技术发挥现场总线的优势现场总线系统的优越性很多，主要突出它的哪一种优点：我们认为首先要突出现场总线降低系统投资成本和减少运行费用的优点。这一点很重要，有了这一基本思想，在进行总线类型的选择和网络设计时，就会有明确的方向。但是，现场总线的这项优点能否发挥，与应用者是否合理地使用现场总线、充分发挥它的潜能有关。（2）不同类型的现场总线组合更有利于降低成本位式总线的能力很有限，用位式总线作为大型系统的信息传输主体是不可能的。但是它在成本，速度等方面的优势又是其它高层次总线无法替代的。因此它常常与其它总线混合使用。用户可能会担心，用了多种现场总线，会使整个系统的操作、管理变得复杂。实际现在一些通用的人-机界面软件，都支持多种现场总线，因此到人-机界面这一层，不同总线的区别对使用者来说是不大的。(3)网络的设计一般控制系统也有网络设计问题，网络设计的重点是从物理形态上考虑通信网络和输入、输出线缆网络的布置。前面提到许多现场总线的网络形态是线形的，每一组网段上的节点数是有限制的。由于网段上的节点数较少，因此除考虑网络的物理布置之外，还要考虑减少信息在网络上的往返传递。减少信息的往返传递是现场总线系统中网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。因此，网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，放在同一条支路里。例如多回路调节中，一个调节回路的节点应尽量放置在同一条支路里。(4)系统组态傻瓜化现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能类同功能块的情况是客观存在的。选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态要解决的问题。考虑这个问题的原则是，尽量减少总线上的信息往返。一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。智能化控制系