西门子3VA1120-3GD42-0AA0

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3.主要现场总线简介

3.1基金会现场总线（foundation fieldbus）

基金会现场总线是由现场总线基金会推出。与私有的网络总线协议不同，ff总线不附属于任何一个企业或国家。其总线体系结构是参照、iso的osi模型中物理层、数据链路层和应用层，并增加了用户层而建立起来的通信模型。ff得到了世界上几乎所有的*仪表制造商的支持，同时遵守iec的协议规划，与iec的现场总线国际标准和草案基本-致，加上它在技术上的优势，所以较有希望成为将来的主要国际标准。

ff总线提供了hl和h2两种物理层标准。hl是用于过程控制的低速总线，传输速率为31.25kbps，传输距离为200m、450m、1200m、1900m四种（加中继器可以延长），可用总线供电，支持本质安全设备和非本质安全总线设备。h2为高速总线，其传输速率为1mbps（此时传输距离为750m）或2.5bps（此时传输距离为为500m）。h1和h2每段节点数可达32个，使用中继器后可达240个，hl和h2可通过网桥互连。ff的**特点在于设备的互操作性、改善的过程数据、更早的预测维护及可靠的安全性。

3.2 过程现场总线profibus

profibus由siemens公司提出并较力倡导，己先后成为德国国家标din19245和欧洲标准en50170，是一种开放而独立的总线标准，在、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。profibus由profibus-pa、profibus-dp和 profibus-fms三个系列组成。profibus-pa （process automation）用于过程自动化的低速，其基本特性同ff的h1总线，可以提供总线供电和本质安全，并得到了**集成电路（asic）和软件的支持。profibus-dp与profibus-pa兼容，基本特性同ff的h2总线，可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速，连接profibus-pa和加工自动化。profibus-fms适用于一般自动化的中速，主要用于、执行器、传动、、纺织和楼宇自动化等。后两个系列采用rs485通信标准，传输速率从9.6kbps到12mbps，传输距离从1200m到l00m（与传输速率有关）。介质存取控制的基本方式为主站之间的令牌方式和主站与从站之间的主从方式，以及综合这两种方式的混合方式。profibus是一种比较成熟的总线，在工程上的应用十分广泛。

3.3 lonworks

lonworks技术是采用神经元芯片(neuron chip)技术，在iso的osi七层协议上实现的网络控制技术，采用面向对象的编程方法，使用网络变量或显式消息进行相互通信。

3.4can

控制器局域网（controller area network 简称can）是德国bosch公司于1983年为汽车应用而开发的。它的基本设计规范要求有高的位速率，高抗电磁干扰性。而且能够出产生的任何错误。在汽车制造业以及航空工业中受到广泛应用。www.

3.5 hart总线

hart协议是由rosemount公司于1986年提出的通信协议。它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。它包括iso/osi模型的物理层、数据链路层和应用层。hart通信可以有点对点或多点连接模式。这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。

4、fcs控制系统

传统的系统一般采用dcs结构。在dcs中，对现场信号需要进行点对点的连接，并且i/o端子与plc或自动化仪表一起被放在控制柜中，而不是放在现场。这就需要铺设大量的信号传输电缆，布线复杂，既费料又费时，信号容易衰减并容易被干扰，而且又不便维护。dcs一般由操作员站、控制站等组成，结构复杂，成本高。而且dcs不是开放系统，互操作性差，难以实现数据共享。而基于pc的fcs则完全克服了这些缺点。

（1）在fcs中，所有的i/o模块均放在工业现场，而且所有的信号通过分布式智能i/o模块在现场被转换成标准数字信号，只需一根电缆就可把所有的现场子站连接起来，进而把现场信号非常简捷地传送到控制室监控设备上，降低了成本，又便于安装和维护，同时数字化的使系统具有很高的传输速度和很强的抗干扰能力。

（2）fcs具有开放性。在fcs中，软件和硬件都遵从同样的标准，互换性好，更新换代容易。程序设计采用iec1131-3五种国际标准编程语言，编程和开发工具是完全开放的，同时还可以利用pc丰富的软硬件资源。

（3）系统的效率大为提高。在fcs中，一台pc可同时完成原来要用两台设备才能完成的plc和nc/cnc任务。在多任务的bbbbbbs nt操作系统下，pc中的软plc可以同时执行多达十几个plc任务，既提高了效率，又降低了成本。且pc上的plc具有在线调试和功能，较大地改善了编程环境。

在fcs中，系统的基本结构为：机或商用pc、现场总线主站接口卡、现场总线输入/输出模块、plc或nc/cnc实时制软件包、组态软件和应用软件。上位机的主要功能包括系统组态、数据库组态、历史库组态、图形组态、控制算法组态、数据报表组态、实时数据显示、历史数据显示、图形显示、参数列表、数据打印输出、数据输入及参数修改、控制运算调节、报警处理、故障处理、通信控制和人机接口等各个方面，并真正实现控制集中、危险分散、数据共享、完全开放的控制要求。

5.结束语

当前，各种形式的现场总线协议并存于控制领域。在楼宇自控领域，lonworks和can网络具有一定的优势；在过程自动化领域，主要有过渡型的hart协议、得到广泛支持的ff现场总线协议以及同样较有竞争力的profibus协议。hart协议将是目前几年内智能化仪表的主要通信协议；基金会现场总线是过程自动化领域中较有前途的一种现场总线，得到许多自动化仪表设备厂商的支持；由于lonworks技术的开放性，国内出现了利用它开发控制系统的许多开发商。考虑到统一的开放式现场总线协议标准制定的长期性和艰巨性，传统dcs的退出将是一个渐进过程。随着现场总线技术的不断发展和完善，现场总线控制系统将得到广泛的使用。

1 ． can 。

较初由 robert bosch 设计，以提供车辆内面板控制单元（ electronic control units, ecus ）的串行通信。其特点为实时、高传输可靠性和数据安全性， can 产品广泛、，从而**出汽车工业应用至工业自动化领域，如移动机床。 can 面向消息，多主、广播协议，被 iso11898 标准化为高速通信，（只定义了数据链路层和部分物理层）。 can 采用带非破坏性位判断的 csma 或冲突避免（ csma/ca ）以解决潜在的总线访问冲突，不丢失数据和带宽。识别符的长度（判断域）为 11 位标准 id 和 29 位扩展 id （ can kingdom ）。 (2)hart 。是为了满足过程控制应用中，在不中断 4-20ma 信号情况下，实现智能现场设备与主设备之间的双向，较初由 rosemount 开发，得到了 hart 通信基金会（ hcf ）的支持。 hart 协议符合 osi-rm 的 1 、 2 、 7 层。物理层使用基于 fsk 技术的 bell 202 。 hart 可以点对点模式运行在已有的 4-20ma 信号线上，过程值以模拟方式传送， hart 用来组态和测试；或者通过双绞线以多点组态模式运行，满足本安要求时，单个较多可远程供电 15 台设备；如果本地供电，可连接更多数量的设备。

2 ． lonworks

lonworks 是对等控制网络，适用于分散控制和楼宇自动化中连接智能设备，由美国 echelon 公司开发。 lonworks 提供多种传输介质，柔性拓扑结构，传输速率可达 2.5mbps 。介质访问分散争用。应用层提供 4 类 36 种服务，更新网络变量（隐式报文）和显式报文。变量类型为预定义类型或 c 语言定义。报文的发送为点对点或多点方式，带或不带确认。

3 ． modbus plus

modbus plus 是为工业控制应用（如过程控制和监控信息传递）设计的局域网，由 aeg modicon 开发。网络总线采用单 / 双电缆布局，可连接至多 64 个可寻址节点， 1mbps 传输速率。信息格式为 hdlc ，介质访问采用令牌方式。

4 ． profibus: process field bus

profibus 由 siemens **开发，共有 3 种版本： ·profibus-fms （ fieldbus message specification ）：针对单元控制，主要是为了解决控制器与智能现场设备之间的大容量信息的传送。采用令牌与主从方式相结合的办法，实现总线访问控制。 fms 包括两个基本组件： fms ， mms 子集，在面向对象、 client/server 体系结构下提供服务给用户应用，其重要特性为虚拟现场设备（ virtual field device, vfd ）和低层接口（ lower layer interface, lli ），使应用功能适应数据链路层的众多特性。 fms 有 39 种服务，包括环境管理、变量访问、域管理、程序调用管理、事件管理、虚拟现场设备支持、对象字典（ bbbbbb dictionary, od ）管理等。不支持实时服务，规约在用户层定义。是 minimap 的有力竞争者。 ·profibus-dp （ decentralised peripherals ）：针对自动化系统中的实时循环 i/o 通信。省略了 osi 模型的* 7 层，通过直接数据连结映像器直接将用户接口连结到* 2 层。 ·profibus-pa （ process automation ）：面向过程控制应用。物理层满足 iec 1158-2 本安传送标准， “ 电压模式， 31.25kbps，或 rs485 ；数据链路层为 din 19245 的功能集合；应用层与 profibus-fms 相同。仪表 a 和 b 的规约在用户层定义，已确保设备的可互操作性和互换性。 fms 和 dp 主要服务于离散制造应用，使用 rs485 接口。实际上，可在同一系统甚至同一设备中同时使用 fms 和 dp 。不同功能和 10 种传输速率（ 9.6kbps~12mbps ）的芯片和开发工具可选。 profibus 是一个从现场到单元层的系统方案，在 siemens 的较力推荐下，已被工业界广泛接受，安装数量很多。