1、现场总线技术概述 总线的定义 总线就是各部件间进行信息传输的公共通道，它是各种信号线的集合（包括数据总线、地址总线、控制总线、电源线等）。 MS百科辞典定义 “ 总线 ” 为：计算机系统中各部件之间用于数据传输的一组硬件连线。 IBM公司定义 “ 总线 ” 为：用于传输信号或功率的一根或多根导线。 总线的特点 公用性 即同时连接多个部件。如果是某两个部件间专用的信号连线就不能称作总线。 总线的定义 按应用场合不同，总线可分为 芯片总线 系统总线 设备总线 局部总线 按数据传输形式不同，总线可分为 串行总线 并行总线 总线的分类 按照传送数据的通信宽度分类： 位总线（ bit):传感器总线 (s
2、ensor bus),如 AS-i 字节总线 (byte):设备总线 (device bus),如 Device Net 数据流或模块总线 (block):现场总线 (fieldbus),如 Ff 按照应用的行业分类： 过程控制（连续生产过程）用现场总线，如 FF H1， Profibus PA 离散控制用现场总线，如 Profibus DP， Device Net 楼宇自动化用现场总线，如 Lon Works 车辆制造业用现场总线，如 CAN 农业及养殖业用现场总线：如 P-Net 现场总线的分类 国际电工委员会 IEC61158的标准定义 现场总线是安装在制造或过程区域的现场设备（ Fie
3、ld Device)与控制室内的自动化控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。 IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信部分国际标准化工作的 SC/WG6定义 现场总线是一种应用于现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。 现场总线（ fieldbus）定义 50年代前，气动仪表，气压信号 0.02-0.1MPa 50年代后期，电动单元组合仪表 ,电流信号 4-20mA 60年代，计算机监控和数据采集 SCADA（ Supervisory Control And Data Acquisition） ，直接数字控制DDC（ Direct Digi
4、tal Control） 70年代中期，集散控制系统 DCS（ Distibuted Control System） 90年代，现场总线控制系统 FCS （ Fieldbus Control System） 现场仪表发展历程 现场仪表发展历程 仪表测控能力指数1 9 5 0 1 9 6 0 1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0按 回 路 运 行 按 过 程 运 行 过 程 优 化M E S数 字 模 拟 混 合模 拟气 动现 场 总 线数 字D C S电 动 单 元传统 现场总线 将控制和 I/O移到现场仪表 Controller Control System Network Fie
5、ldbus 4-20 mA Input/Output Subsystem PID PID AI AI AO AO Controller Control System Network 现场总线控制系统的特点 实现分布式控制功能 传统 4-20 mA 一个变量 一个方向 数字信号 多变量 双向 Controller Control System Network Fieldbus Input/Output Subsystem Controller Control System Network 现场总线控制系统特点 实现数字化、双向通信 取消数字 /模拟转换 传统 4-20 mA 视野止于 I/O子系
6、统 现场总线 视野扩展到现场仪表 Controller Control System Network Fieldbus Remote Input/Output Subsystem Controller Control System Network 现场总线控制系统特点 控制设备信息扩展 传统的 4-20 mA信号配线 每个设备需要 一个安全栅和一个根电缆 现场总线配线 多个设备需要 一个安全栅和一个根电缆 Controller Control System Network Fieldbus 4-20 mA Input/Output Subsystem I.S. I.S. I.S. I.S. C
7、ontroller Control System Network 现场总线控制系统特点 降低安装成本 多站：一条现场总线 挂接多台现场设备 Fieldbus Controller Control System Network 现场总线控制系统特点 互操作性（ Interoperability） A厂商设备 B厂商设备 C厂商设备 任何制造商的设备，只要其遵循总线标准，即可进行互操作 互换性（ Interoperability） 实现即插即用 ISO/OSI参考模型 1984年 ， 国际标准化组织 (International Standard Organization， 简称 ISO)为了解决
8、不同种类计算机的通信问题 ， 建立了一个网络结构的参考模型 ， 即开放系统互连 (Open System Interconnection ， 简称 OSI)参考模型 ， 它本身并不是一项具体标准 ， 而是规定了在设计开放系统互连的硬件和软件时应考虑的问题 ， 所以也叫标准模型 。 这个模型的结构分 7层 。 即： 应用层 、 表示层 、 会话层 、 传输层 、 网络层 、 数据链路层 、 物理层 现场总线通信协议模型 ISO/OSI参考模型 APPLICATION 应用层 7 PERSENTION 表示层 6 SESSION 会话层 5 TRANSPORT 传输层 4 NETWORK 网络层
9、3 DATALINK 数据链路层 2 PHYSICAL 物理层 1 APPLICATION 应用层 7 PERSENTION 表示层 6 SESSION 会话层 5 TRANSPORT 传输层 4 NETWORK 网络层 3 DATALINK 数据链路层 2 PHYSICAL 物理层 1 物理介质 用户 用户 IEC/ISA 现场总线参考模型 在综合多种现场总线标准的基础上，制订现场总线协议模型，规定了现场应用过程之间的互可操作性、通信方式、层次化的通信服务功能划分、信息的流向及传递规划，以类似于 OSI/ISO参考模型的方式进行定义，针对工业过程的特点，提高网络通信及数据处理的实时性，省略其
10、中的四层，仅包含物理层、数据链路层、应用层，有的总线增加了用户层，有的总线则采用全部的7层结构。 现场总线通信协议模型 IEC/ISA现场总线参考模型 APPLICATION 应用层 7 DATALINK 数据链路层 2 PHYSICAL 物理层 1 物理介质 用户 用户 APPLICATION 应用层 7 DATALINK 数据链路层 2 PHYSICAL 物理层 1 制定标准的机构 世界上制定标准的机构 国际标准化组织 ISO（ international Standard Organization） 国际电工委员会 IEC（ international Electrotechnical
11、Commission) 国际电信 同盟 ITU（ International Telecommunications Union） 制定现场总线标准的机构 IEC/TC65/SC65C/WG6 现场总线国际标准 IEC/TC65/SC65C/WG6 IEC/TC65：国际电工委员会第 65分技术委员会，制定有关连续和批量过程的工业测量和系统的元件的标准。 SC65C：是 IEC/TC65下的分委员会（ Sub Committee） ，负责测量和控制系统的数字数据通信的标准化工作。 WG6：是 SC65C下的工作组（ Working Group） ，负责工业过程计算机子系统间的通信的标准化工作，现
12、场总线技术标准化工作由其具体负责。 ISA/SP50，美国仪表协会 ISA（ Instrument Society of American)下的标准与实施（ Standard and Practice）第50工作组，与 WG6共同合作制定现场总线国际标准。 IEC/TC17/SC17B IEC/TC17 是分管电器的标准化委员会， SC17B分管低压电器分委员会，制定与之相关的现场总线标准。 现场总线国际标准 1、 IEC61158（ IEC/TC65/SC65C/WG6制定） 标准内容包括 6部分 导则 物理层规范和服务定义 数据链路层服务定义 数据链路层协议规范 应用服务定义 应用层协议规
13、范 现场总线国际标准 TYPE1 IEC技术报告（ FFH1, 美国 ) TYPE2 Control-NET ( Rockwell, 美国 ) TYPE3 PROFIBUS ( Siemens, 德国 ) TYPE4 P-NET ( Process Data, 丹麦 ) TYPE5 FFHSE ( Foundation, 美国 ) TYPE6 Swift-Net ( Boeing, 美国 ) TYPE7 World Fip ( Alstom, 法国 ) TYPE8 Interbus ( Phoenix Control,德国 ) TYPE9 FF 应用层 Application Layer TY
14、PE10 Profinet IEC61158现场总线国际标准的 10种技术类型总线 FF（ H1/HSE） Control-NET PROFIBUS （ DP/PA/Profinet） P-NET Swift-Net WorldFIP Interbus IEC61158现场总线国际标准的 7种现场总线 国际标准内容包括 5部分， 4种现场总线标准 总则 AS-i(Actuator Sensor Interface执行传感器接口， Siemens, 德国） Device Net （ Rockwell, 美国 ） SDS（ Smart Distributed system，智能分散控制系统，Hon
15、eywell，美国 ) Seriplex( 串联多路控制总线 ) 2、 IEC62026（ IEC/TC/SC17B制定） CAN ISO11898标准 （ 1Mbit/s） CAN ISO11519标准 （ 125kb/s） CAN 由德国 Robert Bosch 公司支持 以上通称为 12种总线标准，另外 Lonworks 总线是美国 ANSI（ American National Standards Institute）国家标准 3、 IEC/TC22 国际标准 IEC61131-3 是 IEC61131标准的第三个部分，是控制领域的第一种控制软件编程国际标准。 标准的基本内容组成：公共元素和编程语言。 编程的五种语言： 语句表 IL（ Instruction List） 结构化文本语言 ST（ Structured Text） 梯形图 LD（ Ladder Diagram） 功能块图 FBD（ Function Block Diagram） 顺序功能图 SFC（ Sequence Function Chart） IEC61131-3 控制软件编程国际标准
