现场总线范文10篇

现场总线范文篇1

【论文摘要】:文章主要讨论了现场总线的特点，阐明了基于现场总线的电厂自动化系统构成，着重强调了现场总线在电厂中应用应注意的问题。

1.前言

在电厂信息化的建设过程中，越来越多的专家、学者和电力工程设计人员意识到推动现场总线技术在电厂应用的重要性和迫切性，提出了现场总线控制系统在电厂的应用设想和建议。但到目前为止，在国内已建和在建电厂中，真正意义上的全面和系统地应用现场总线控制系统的实例尚未见报道，还只是局部的试点。

根据国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。由现场总线与现场智能设备组成的控制系统称为现场总线控制系统(FCS)。而衡量一个控制系统是否为真正的FCS有三个关键要点，即：核心、基础和本质。FCS的核心是总线协议，只有遵循现场总线协议的控制系统，才能称为现场总线控制系统；FCS的基础是数字智能现场仪表，它是FCS的硬件支撑；FCS的本质是信息处理现场化，这是FCS系统的效能体现。

因此现场总线控制系统是一种全计算机、全数字、双向通信的新型控制系统。它与DCS的本质差异在于现场级设备的数字化、网络化，实现了控制装置与现场装置的双向通信，消除了生产过程监控的信息“盲点”。可以说，现场设备级的数字化、网络化是电厂信息化管理的基础。

2.电气现场总线控制系统的特点

2.1电气参数变化快

电气模拟量一般为电流、电压、功率、频率等参数，数字量主要为开关状态、保护动作等信号，这些参数变化快，对计算机监控系统的采样速度要求高。

2.2电气设备的智能化程度高

电气系统的发电机一变压器组保护、起动一备用变压器保护、自动同期装置、厂用电切换装置、励磁调节器等保护或自动装置均为微机型，6kV开关站保护为微机综合保护，380V开关站采用智能开关和微机型电动机控制器，所有的电气设备均实现了智能化，能方便地与各种计算机监控系统采用通信方式进行双向通信。

2.3电气设备的控制逻辑简单

电气设备的控制一般均为开关量控制，控制逻辑十分简单，一般无调节或其它控制要求。

2.4电气设备的控制频度较低

除在机组起、停过程中，部分电气设备要进行一些倒闸或切换操作外，在机组正常运行时电气没备一般不需要操作。在事故情况下，大多由继电保护或自动装置动作来切除故障或进行厂用电源切换。

2.5电气设备具有良好的可控性

这是因为电气的控制对象一般均为断路器、空气开关或接触器，其操作灵活，动作可靠，与电厂其它受控设备相比，具有良好的可控性。

2.6电气设备的安装环境较好且布置相对集中

电气设备大多集中布置在电气继电器室和各电气配电设备问内，设备布置相对比较集中，且安装环境极少有水汽或粉尘的污染，为控制设备就地布置提供了有利条件。

3.基于现场总线的电厂自动化系统构成

电厂热工控制系统中所使用的仪表设备不同、连接方式不同、通信协议不同，给系统的兼容性、可扩展性、稳定性、维护等带来了很大的困难。为了使现场总线具有开放性，便于用户选择不同的产品，我们按照国际电工委员会(IEC)制定的IEC61158国际标准，提出了基于现场总线的电厂综合自动化系统结构。此系统体系结构分为三层，从低到高分别为现场控制层、监控层和企业管理层。

3.1现场控制层

现场控制层由现场设备和控制网段组成。H1层网络是在FF现场总线的H1层基础上定义的低速现场级网络，低速总线H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树型拓扑结构，而高速总线仅支持总线拓扑结构。Hl主要用于连接现场智能仪表，如压力、温度、液位、流量等变送器及其执行机构等。

3.2监控层

监控层由高速以太网0t2总线)以及连接在总线上的担任监控作务的工作站或显示操作站组成。tt2层网络属于现场总线的高速现场级网络，主要用于连接现场智能设备(PLC、远程I／O、电动门、变频器等)、操作员站、工程师站等设备，完成监控级的通讯任务和比较复杂的控制策略。

3.3企业管理层

企业管理层由各种服务器和客户机组成。其主要目的是在分布式网络环境下。集成企业的各种信息，实现与internet的连接。完成管理、决策和商务应用的各种功能。首先要将监控层实时数据库中的信息转入上层的关系数据库中，这样管理层用户就能随时查询网络运行状态以及现场设备的工况，对生产过程进行实时的远程监控。

4.工程应用中需考虑的问题

虽然现场总线具有很多优越性能，但尚无十分成熟的应用经验，特别是目前的标准中还包含有多种协议，给实际应用带来了许多困难。因此，工程应用中必须精心设计，慎重考虑，在充分考虑到满足生产现场对控制系统功能需求和安全可靠的前提下，尽量发挥现场总线设备的优越性能。

4.1应用范围

在没有成熟的应用经验情况下，有选择地在部分区域控制中应用并总结经验，不断改进。如在火电厂中可广泛应用于辅助车间、单回路控制区域，特别是用作远程智能I／O与DCS系统混合使用，既可将DCS控制站的部分简单算法下装到现场设备，还能将现场设备信息及时送到操作员站、工程师站以及厂级实时监控系统(sIs)和电厂管理信息系统(MIs)。

4.2冗余问题

目前现场设备级总线大多采用非冗余的单总线结构，如果总线故障必然导致信息传输中断，失去控制作用，因此在要求具有高可靠性的场合，应采取备份措施以实现总线和设备的冗余，以提高系统的可靠性。

4.3通信速率问题

目前现场总线尤其是设备级总线的通信速率都不高，在高速测量与控制场合以及在实施协调控制时对控制周期有严格要求的场合，必须考虑精确计算控制系统在最复杂和最恶劣的情况下的响应速度，并验证其是否满足工艺要求，以确保被控设备或被控过程的稳定性。

4.4软件组态问题

由于现场总线标准中包含多种通信协议，现场总线产品多种多样，功能也各不相同，因此在工程应用中，必须对现场总线控制系统的组态方法、步骤和操作权限作出规定，严格按照软件开发规程编制组态程序，确保系统的可靠性、可修改性。

4.5检测与验收问题

由于现场总线设备既具有相对独立的测控功能，又具有联网实现复杂控制的功能，因此现场总线的控制功能更为分散，系统结构更加独立，但耦合程序更加复杂。因此对控制系统功能、响应速度和可靠性测试都更加复杂，所以在控制系统设计时同时考虑对系统自检测与验收方法的设计。

5.现场总线在火力发电厂的应用范围

现场总线在火电厂的应用范围，可以从构成全电厂的工厂级自动化系统的整体来综合考虑。面对火电厂多项实时性要求高、系统复杂的过程监视和控制任务，采取DCS与FCS共存，发挥两者各自的优势，是现阶段可选的方案。基于这种想法，初步提出以下FCS的应用范围：

1)采用PLC可编程控制器实现监控的全厂辅助公用系统，选用遵循现场总线通信协议的PLC可编程控制器，对火电厂多个辅助公用系统实现监控，通过现场总线通信技术，建立全厂辅助公用系统PLC网络，提高电厂的监控和管理水平。

2)地域分散的单冲量调节项目。

3)地域分散的独立的电动阀或电动机。

4)全厂的设备状态检修，设备管理系统。

5)电厂改造过程中新增的监控区域，且DCS已不便修改的项目，可按区域采用FCS设备，实现现场控制。

现场总线范文篇2

关键词:FCS控制系统;结构特点;优势分析;前景展望

“信息化带动工业化，工业化促进信息化”是中国的国策。现在石油和化工企业的信息化分为三层结构：第一层以PCS(ProcessControlSystem，过程控制系统)为代表的生产过程基础自动化层，主要内容包括先进控制系统（DCS、FCS）、先进控制软件、软测量技术、实时数据库等。第二层以MES(ManufacturingExecutionSystem，制造执行系统)为代表的生产过程运行优化层，主要内容包括现金计划与调度技术APS、生产实时跟踪技术、动态质量控制与管理技术、物料平衡技术等。第三层以ERP(EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划)为代表的生产过程经营优化层，主要内容包括企业资源管理ERP、供应链管理、产品质量数据管理、设备资源管理、企业电子商务平台等。三层结构在功能划分上虽有重叠，但各有侧重。

目前中国石油内部正在MES和ERP这两层平台推广实施先进的管理系统。PCS层虽然处于最底层，但是本层各种控制系统及技术应用效果的好坏，直接关系到信息化进程的快慢和应用效果。在目前，DCS（集散控制系统）还是主流，国内已有近800套应用。但是现场总线控制系统FCS（fieldbuscontrolsystem）代表当今控制技术和DCS的发展方向，并已经进入工业化应用阶段。人们对FCS有各种评论，既有对新技术的赞尝，也有对现状的困惑。尽管众说纷纭，笔者将FCS结合本公司装置实例，对其应用发展，略表以下个人之见：

一、(FCS)现场总线控制系统的特点

根据IEC/ISA定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支的通信网络。它是用于过程自动化最底层的现场设备以及现场仪表的互连网络，是现场通信网络和控制系统的集成。它具有系统开放性；互可操作性和互用性；现场设备的智能化与功能自治性；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性等技术特点。FCS与传统控制系统（如DCS）的结构对比如图所示

二、(FCS)现场总线控制系统的优势分析

出于安全角度考虑，炼油化工装置与操作控制人员所处的距离一般较远，采用FCS比采用DCS优势更明显。以我公司20万吨/年催化重整和10万吨/年柴油加氢联合装置为例，来分析一下采用现场总线系统的优势。目前本联合装置采用DCS系统，从装置到控制站之间距离为大约450m。DCS系统现场控制站I/O点数统计为（不包括ESD系统点数）：模拟量输入点（AI）带控制106点、指示208点；温度指示T/C、RTD：340点；模拟量输出AO：93点；数字量输入DI:50点；数字量输出DO：22点。根据点数统计，集散控制系统规模最低设置（考虑20%备用余量）应至少配控制柜4块，包括：8点AI卡57块，6路T/C卡68块，8点AO卡27块，16点DI卡：4块，16点DO卡2块。安全栅柜4块，对所有输入输出配安全栅、继电器端子等。电源柜1块，为控制柜和安全栅柜提供电源。操作站4个，工程师站1个。电缆敷设采用从现场仪表到接线箱，再通过多芯电缆至控制室内接线端子的方式。这样所用8芯电缆电缆数量大约41km，2芯电缆电缆数量大约41km。如果采用FCS系统，从控制系统设计、安装、投运到日常检维修都可以体现其优越性：

（一）节约初期投资和安装费用。以采用PROFIBUS-DP为例，构成多主站控制系统。由于现场的智能设备具有多种功能，因而可不再需要单独的控制器、报警设定器、及DCS系统的多种卡件、隔离栅等。所以说可以省去本联合装置中4个控制柜和4个安全栅柜中所有卡件、隔离栅及其他变送器、设定器等控制设备。但是相比较电Ⅲ型仪表，现场智能仪表价位稍高，总体上来说硬件投资低于DCS系统。由于控制室内设备减少，并且现场总线系统接线简单，一对双绞线上可挂接多个设备，因而电缆、槽盒、桥架用量和规格大大减少，既节约了投资，也减少了设计、安装工作量。桥架宽度规格减小，能相应减少土建专业施工难度。总体上而言，可减少初期投资。

（二）节约后期安装和日常维护费用。当后期需要增加现场控制设备时，无需增设新电缆，就近连在原电缆即可，节省了后期电缆投资和相应的施工工作量，普遍认为可节约安装费用60%。由于现场控制设备本身具有自诊断、故障自处理能力，并且控制网络可以将现场控制设备的状态、诊断信息传输到控制室，操作管理人员可以快速、准确的了解和查询生产现场和自控设备的运行状态。作为网络节点的智能现场设备，具备数字计算和数字通讯能力，位于现场的测量变送与执行机构之间直接借助网络传送信号，因而控制功能可直接在现场完成，实现了彻底的分散到现场的控制系统功能，从根本上提高了控制系统运行的可靠性和有效性。

（三）用户具有高度的系统集成主动权

控制网络突破了DCS系统中因专用网络的封闭造成的缺陷，采用开放化、标准化的解决方案，用户可根据广泛认可的、开放的协议选用总线系统，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而烦恼。

三、国内工程应用存在的问题

（一）价格问题。FCS的主要特点是节省安装费用和维护开销，在硬件的价格方面并不比传统的DCS或者PLC低，甚至要略高于它们。国外的FCS应用试点报告已说明了这种情况，FCS的总费用低。但在国内，一方面用户对硬件的价格十分敏感，而进口FCS硬件的价格高得惊人；另一方面，由于国内目前人工费用低，所以工程设计，管理，安装，调试等费用远比国外低。这是FCS在国内应用不多的一个重要原因。

（二）冗余问题。按照现场总线的设计思想，低速部分不需要冗余，因为它已经将危险分散了，局部故障不会导致全局的故障。现场总线的智能化仪表又有实现维修预报的功能，可以事先防范；而且万一现场仪表故障，调节回路失灵，也可以由主机进行操作干预。主机出现故障时，现场仪表在现场自成调节回路而实现自主调节。但在实际生产中的一些特殊应用场合，控制系统用户(尤其是出现过由于控制系统失灵导致工厂事故的生产企业)特别强调冗余，有的甚至要冗余到底(包括电源，网络等等)，而目前现场总线国际标准FF的F1和Profibus的PA都没有冗余。当然，要完全冗余，在技术上不是完全不可能的，但这样一来，在经济上往往是不允许的。

（三）调试和运行维护比预料的难。由于现场总线技术包含许多新的技术内容，尤其是像FF这样的现场总线本身相当复杂，在调试过程和运行维护中经常会遇到这样那样的困难。

四、前景展望

目前，在我国绝大部分过程工业都以DCS作为主流控制系统，电皿型仪表作为主导仪表；加上因认识上的原因和现场总线智能仪表尚为非主导产品，暂不能大量普及FCS。单从利用现有资源角度，DCS系统的消失或完全被取代，短期内也是不合理的，应立足于现有DCS，充分挖掘现有设备的潜力(如可以在DCS与FCS之间安装网关，以实现信息的传递)，使既有投资又不至于浪费。另外，DCS是一个不断发展的控制系统，它必然采用现场总线技术对自身进行改造，使DCS能与现场总线智能传感器(智能仪表)和局部FCS连接起来。目前一段时期所有这些情况造成FCS与DCS共存的局面。据估计，用10年左右的时间才能真正过渡到FCS的主导地位。

参考文献：

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2.1.3网关（Gateway）；一种特殊的节点，用于两面种不同的总线之间的信号和数据变换。

2.1.4放大器；一种用于实时（加强）信号，以精确复制原始信号。连接同一总线的两部分，解决通讯信号在通讯线上由于电气损耗而造成的衰减。当信号变弱而不变形时可以使用放大器。

2.1.5中继器（Repeater）；用于加强信号，产生不变形的新信号。连接同一总线的两端，当信号变弱或变形时可以使用中继器。

2.1.6.桥（Bgridge）；有两类桥。一种是用于连接同一种协议，不同传输速度的两个段。另一种是一种智能的中继器，当通讯的源地址和目的地址位于不同总线段时，用于重复两个段间的数据。桥必须被编程设定地址和相关的段。当桥读地址时，要有几个位的等待时间。桥可以应用于设备级总线，但应用并不普遍。

2.1.7路由器（Router）；用于广域网的高等级桥。这类产品很少应用于设备级总线。

2.1.8有源多端口分接器（Activehub）多端口中继器或放大器，以增加总线的分支能力。

2.1.9接口卡、接口模块（Interfacecard,interfacemodule）；指网关的常用术语，作为PLC或PC到设备及总线的接口。

2.2无源总线产品无源总线产品包括：

2.2.1T型分支（Tee）；用于产生总线上的一路分支。

2.2.2无源多端口分接器（Passivehub）；多端口T型分支。

2.2.3终端电阻（TerminatingResistor）；安装在总线的始端和末端的电阻，用于稳定和调整信号。

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关键词：现场总线技术特点优点

现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，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。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点:具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。

一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。

现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础，紧扣系统的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状，最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。

一、现场总线的技术特点

1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。

2、互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、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。而互用性则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。

3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程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。

4、系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

5、对现场环境的适应性。工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。

二、现场总线的优点

由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计、安装、投运到正常生产运行及其检修维护，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。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用60%以上。

3、节省维护开销。由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，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，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。

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、典型现场总线简介

1、基金会现场总线

基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF，这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-Rousemount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WordFIP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。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。

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3125Kbps,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的传输速率为1Mbps和2.5Mbps两种，其通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，从而使串行数据位流中具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。接收方既可根据跳变的极性来判断数据的“1”、“0”状态，也可根据数据的中心位置精确定位。

为满足用户需要，Honeywell、Ronan等公司已开发出可完成物理层和部分数据链路层协议的专用芯片，许多仪表公司已开发出符合FF协议的产品，1总线已通过a测试和β测试，完成了由13个不同厂商提供设备而组成的FF现场总线工厂试验系统。2总线标准也已经形成。

1996年10月，在芝加哥举行的ISA96展览会上，由现场总线基金会组织实施，向世界展示了来自40多家厂商的70多种符合FF协议的产品，并将这些分布在不同楼层展览大厅不同展台上的FF展品，用醒目的橙红色电缆，互连为七段现场总线演示系统，各展台现场设备之间可实地进行现场互操作，展现了基金会现场总线的成就与技术实力。

2、LonWorks

LonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术，它是由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。

LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的芯片中并得以实现。集成芯片中有3个8位CPU;一个用于完成开放互连模型中第1～2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理;第二个用于完成第3～6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等;第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。如Motorola公司生产的神经元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM。

LonWorks技术的不断推广促成了神经元芯片的低成本(每片价格约5～9美元)，而芯片的低成本又返过来促进了LonWorks技术的推广应用，形成了良好循环，据Ecelon公司的有关资料，到1996年7月，已生产出500万片神经元芯片。

LonWorks公司的技术策略是鼓励各OEM开发商运用LonWorks技术和神经元芯片，开发自己的应用产品，据称目前已有2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技术:1000多家公司已经推出了LonWorks产品，并进一步组织起LonWark互操作协会，开发推广LonWorks技术与产品。它被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设备、工业过程控制等行业。为了支持LonWorks与其它协议和网络之间的互连与互操作，该公司正在开发各种网关，以便将LonWorks与以太网、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互连为系统。

另外，在开发智能通信接口、智能传感器方面，LonWorks神经元芯片也具有独特的优势。LonWorks技术已经被美国暖通工程师协会ASRE定为建筑自动化协议BACnet的一个标准。根据刚刚收到的消息，美国消费电子制造商协会已经通过决议，以LonWorks技术为基础制定了EIA-709标准。

这样，LonWorks已经建立了一套从协议开发、芯片设计、芯片制造、控制模块开发制造、OEM控制产品、最终控制产品、分销、系统集成等一系列完整的开发、制造、推广、应用体系结构，吸引了数万家企业参与到这项工作中来，这对于一种技术的推广、应用有很大的促进作用。

3、Profibus

Profibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2(1)标准，可实现总线供电与本质安全防爆。

Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播(不要求应答),或有选择地向一组站点广播。

Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。

4、CAN

CAN是控制网络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。

CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps,可挂接设备最多可达110个。

CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。

CAN支持多主方式工作，网络上任何节点均在任意时刻主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。

已有多家公司开发生产了符合CAN协议的通信芯片，如Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250等。还有插在PC机上的CAN总线接口卡，具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。

5、HART

HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的缩写。最早由Rosemout公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感高速通道的开放通信协议，其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。

HART通信模型由3层组成:物理层、数据链路层和应用层。物理层采用FSK(FrequencyShiftKeying)技术在4～20mA模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用Bell202国际标准;数据传输速率为1200bps,逻辑“0”的信号频率为2200Hz，逻辑“1”的信号传输频率为1200Hz。

数据链路层用于按HART通信协议规则建立HART信息格式。其信息构成包括开头码、显示终端与现场设备地址、字节数、现场设备状态与通信状态、数据、奇偶校验等。其数据字节结构为1个起始位，8个数据位，1个奇偶校验位，1个终止位。应用层的作用在于使HART指令付诸实现，即把通信状态转换成相应的信息。它规定了一系列命令;按命令方式工作。它有3类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备理解、执行的命令;第二类称为一般行为命令，它所提供的功能可以在许多现场设备(尽管不是全部)中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库;第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时存在这3类命令。HART支持点对点主从应答方式和多点广播方式。按应答应方式工作时的数据更新速率为2～3次/s,按广播方式工作时的数据更新速率为3～4次/s,它还可支持两个通信主设备。总线上可挂设备数多达15个，每个现场设备可有256个变量，每个信息最大可包含4个变量。最大传输距离3000m，HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术，来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本安防爆要求。

6、RS-485

尽管RS-485不能称为现场总线，但是作为现场总线的鼻祖，还有许多设备继续沿用这种通讯协议。采用RS-485通讯具有设备简单、低成本等优势，仍有一定的生命力。以RS-485为基础的OPTO-22命令集等也在许多系统中得到了广泛的应用。四、现场总线技术展望与发展趋势

发展现场总线技术已成为工业自动化领域广为注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对我国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严峻的挑战。现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，涉及的内容十分广泛，笔者认为应不失时机地抓好我国现场总线技术与产品的研究与开发。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络技术日新月异，发展十分迅猛，一些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展前景的现场总线技术有:智能仪表与网络设备开发的软硬件技术;组态抗术，包括网络拓扑结构、网络设备、网段互连等;网络管理技术，包括网络管理软件、网络数据操作与传输;人机接口、软件技术;现场总线系统集成技术。现场总线属于尚在发展之中的技术，我国在这一技术领域还刚刚起步，了解国际上该项技术的现状与发展动向，对我国相关行业的发展，对自动化技术、设备的更新，无疑具有重要的作用。总体说来，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向前进，这一发展趋势是肯定的。既然是总线，就要向着趋于开放统一的方向发展，成为大家都遵守的标准规范，但由于这一技术所涉及的应用领域十分广泛，几乎覆盖了所有连续、离散工业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼半自动化、家庭自动化等等。大千世界，众多领域，需求各异，一个现场总线体系下可能不止容纳单一的标准。另外，从以上介绍也可以看出，几大技术均具有自己的特点，已在不同应用领域形成了自己的优势。加上商业利益的驱使，它们都各自正在十分激烈的市场竞争中求得发展。有理由认为:在从现在起的未来10a内，可能出现几大总线标准共存，甚至在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享的局面。在连续过程自动化领域内，今后10a内，FF基金会现场总线将成为主流发展趋势，LonWorks将成为有力的竞争对手，HART作为过渡性产品也能有一定的市场。这3种技术是从这一领域的工业需求出发，其用户层的各种功能是专业连续过程设计的，而且充分考虑到连续工业的使用环境，如支持总线供电，可满足本质安全防爆要求等。另外，FF基金会几乎集中了世界上主要自动化仪表制造商;LonWorks形成了全面的分工合作体系。这些因素对成为这一领域的主流技术是十分关键的。

由于HART建立在目前广泛采用的模拟系统之上，它可以充分照顾到现有设备和已有投资的效益，技术上也充分考虑连续过程使用环境的需要。目前它已经占有一定的市场份额，其技术本身还在不断完善与更新，如提高传输速率等。目前国外HART仪表的市场份额还在不断增长，呈上升趋势，但是它毕竟是过渡性产品，其生存周期不会很长。国内则由于很多项目都是新项目，所以对兼容性的考虑较少，而对先进性的考虑较多，相信HART在国内的市场份额不会很大。国内市场与国外市场会有比较大的差异。一方面国外市场上占优势的产品会不断渗透到国内;另一方面，由于国内厂商的规模相对较小，研发能力较差，更多的是依赖技术供应商的支持，比较容易受现场总线技术供应商(芯片制造商等)对国内的支持和市场推广力度的影响。国内目前仅LonWorks技术有实质性的市场活动，所以大部分国内厂商将首先将接受LonWorks技术。尽管FF号称仪器仪表行业的未来标准，但是由于没有明确的市场策略和在国内的积极的市场活动，市场份额将会受到很大影响。而且事实表明，所有的现场总线基金会(FF)会员在研制符合FF标准的同时，都同时推出采用LonWorks技术的应用，由此可见LonWorks技术的生命力十分顽强。在离散制造加工领域，由于行业应用的特点和历史原因，其主流技术会有一些差别。Profibus和CAN在这一领域具有较强的竞争力。他们已经在这一领域形成了自己的优势。

现场总线范文篇5

关键词：WorldFIP现场总线

1引言

微机化分散式变电所自动化系统所具有的自动化程度高、组态灵活、运行可靠、占地少、投资省、设计维护简单等诸多优点已成为业内的共识。在变电所自动化技术的发展中，除了单片机技术的发展，保护技术的成熟等因素外，现场总线技术的兴起和普及起到了极为重要的作用。可以说以现场总线为基础的全数字测量控制系统是21世纪自动化控制系统的主流，其中当然也包括电力系统的变电所自动化系统。正是由于传输高效、通讯可靠、接口灵活的现场总线对传统串行通讯方式(如RS232/RS485)的改进，为信息繁杂、组态灵活、运行高速的分散式变电所自动化系统提供了通讯上的保证。同时，选择不同的通讯方式、选择不同的现场总线也相应决定了整个变电所自动化系统的不同特点。

2通讯方式比较

目前，现场总线种类繁多，国际上各大集团出于对现有市场利益的追逐，统一的现场总线国际标准迟迟不能出台。2000年IEC1158国际标准中将FF的H1，FRHSE、Profibus,Interbus,P-net,Wordfip,ControlNet,Smift-Net等8种总线均列入国际标准，形成多种总线共同竞争的局面。

国内不同的自动化厂家出于不同的设计侧重点，总线的选用也不一致，虽然这些总线均以国际标准化组织(ISO)的开放系统互联(OSI)的模型为考虑基础，支持多种通信介质，但由于总线类型、具体协议各不相同，总线的选择也无统一标准。

通过对目前国内使用较多的通讯方式的比较，参见表1，并针对智能模块化变电所自动化系统的实际通讯需要，笔者认为WorldFIP现场总线是一种较为理想的现场总线。

3WorldFIP现场总线的应用

WorldFIP现场总线组织于1987年成立，其前期产品是法国的FIP(FactoryInstrumentationProtocol)，后采纳现场总线国际标准IECT158-2成为WorldFIP。1994年，WorldFIP的北美部分与ISP合并成立FF(FieldBusFoundation)，欧洲部分WorldFIP仍保持独立，但可与FF通讯连接。目前WorldFIP组织有包括一些世界著名大公司在内的100多个成员，如阿尔斯通、施耐德、霍尼韦尔等。1999年6月，中国WorldFIP技术推广中心在北京成立，因此WorldFIP在我国应有较好的应用前景。

WorldFIP选择OSI中的应用层、数据链路层和物理层，具有高速性、实时性、同步性、可靠性、安全性等特点，能较好的满足智能模块之间的通讯要求。

表1常见通讯方式的比较

特性以太网CANWorldFIP485

数据编码曼彻斯特不归零曼彻斯特不归零

通信方式全双式/半双工半双工半双工半双工

拓扑关系网络形总线形总线形总线形

传输介质同轴电缆/光纤/网缆双绞线同轴电缆、光纤屏蔽双绞线光纤双绞线光纤

介质访问CSMA/CDCSMA/CD令牌主从

检错码CRCCRCCRC无

体系结构OSI全部7层OSI1,2层OSI1，2，7层-

容量11064×432或16

容错错误检测故障点切错多级冗余

WorldFIP的传输速率可达到31.25kbit/s、1Mbit/s、2.5Mbit/s，通讯介质为工业级屏蔽双绞线，利用光纤通讯速率可达到5Mbit。每个网段可包含64个节点末端距离可达1km，通过中继器，可连接多至4个网段。这样的物理层设计完全可以满足变电所自动化系统内智能模块间通讯的要求。

WorldFIP的链路层与Ethernet网类似，使用曼彻斯特码传输。但WorldFIP在介质访问控制方式上没有使用Ethernet网及CAN网等通讯方式所采用的CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)技术，而是采用令牌访问方式。WorldFIP网络由仲裁器和若干用户站组成。以WorldFIP特有的"信息生产者"/"信息使用?quot;模式为核心实现通讯调度和数据交换，这种方式较好地满足了智能模块化设计的通讯要求。

智能模块化变电所自动化系统中的"模块"是指一组具备一定基本功能(如交流量测量、开关量测量、开关控制等)、具有统一通讯接口的智能模块，它是"组装"上一级功能单元或子系统的"基石"，因此它们之间的通讯可按其功能、时效分为几类标准通讯方式。有些信息要求周期性同步扫描，以供各模块实时，可靠的共享；有些信息属突发事件但要求及时上送。WorldFIP总线较好地满足这样的要求。

WorldFIP在网段内为每个模块设定一个IP，并在适当的时间内指定某个模块成为"信息生产者"，此时其它的模块都可以成为一个"信息消费者"。通过总线仲裁器按一定时序为每个生产者分配一个时段，逐个呼叫每个"信息生产者"向网上传送相应数据信息，从而使功能单元或小系统内的信息得以同步可靠的共享。

当然WorldFIP采用令牌式介质访问控制方式不具备CAN网等CSMA/CD方式的总线在多主通讯、报文主动上传等方面的优势，但同时它也避免了通讯冲突，避免了冲突所带来的重发及等待延时，保证了数据的实时、同步共享，这对于需要模块组态，协同工作的模块化设计是非常需要的，同时WorldFIP也为非周期突发的信息提供了较好的通信方案。

实际上WorldFIP将信息分为周期性同步数据，周期性异步数据和非周期性信息包。同步数据严格按照临界时间变量传输，临界时间的控制不受其他报文传输的影响。接下来传输对同步性要求不太高的周期性数据，数据将按事件变量的方式传输。最后呼叫那些非周期性的信息包。

下面以由多个测控模块组态成的主变测控单元为例简单介绍WorldFIP的通讯过程。断路器的状态、有载档位由入模块测量，电压、电流等信息则由模拟量模块测量，测量结果在完成诸如负荷控制、有载调压、备自投等功能时有较高的实时性要求，信息格式固定。这类信息应按临界时间变量进行传输，它们严格按设定的临界时间进行传递。遥信事件只在状态变化时进行传输，可作为周期性异步事件进行传输，而对于设置类报文、自诊断类报文，操作类报文、记录类报文等则归入非周期的信息包发送。

在典型的"令牌传递"总线中，总线全部用于传递报文，临界时间数据不能保证准确的临界时间，而WorldFIP允许周期性报文和非周期报文，同步信息和异步信息，互不干扰也在一体总线上同时传递，就好像不同类型的信息有各自的信道一样。

同时由于不同模块的各种测量结果严格按时序出现在总线上，可近似地认为总线上有一个以时序为索引，临界时间变量的同步实时数据库，从而方便地实现在功能单元或子系统内的信息共享，进而实现诸如负荷控制、有载调压、备自投、防误操作等综合功能。

WorldFIP总线除了在性能上满足智能模块化变电所自动化装置的通讯要求，针对安全可靠性方面也有着充分的考虑，WorldFIP总线包含多种冗余措施，最大限度地提高总线通讯可靠性。

(1)介质冗余，WorldFIP支持双电缆冗余，由网管控制总线的投退。

(2)误码自检，当误码退出设定值后，物理层中断链路层并通告网管。

(3)链路层自动帧同步，由链路层自行屏蔽非法应答报文。

(4)CRC帧校验可确保，低于10-12的帧错率。

(5)仲裁器冗余。仲裁器自动转移使一个总线上允许有多个仲裁器互为备用。

此外WorldFIP厂家还提供网管装置和软件及内嵌WEB服务器，可实时监控总线报文，无缝连接Internet，同时又不影响实时数据的传送。

WorldFIP总线的应用：

现场总线范文篇6

关键词：变电站综合自动化现场总线WorldFIP

0引言

随着计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化水平不断提高。大量智能设备的应用，在实现变电站无人值守或少人值守的同时，也对变电站的通信系统提出了更高的要求，寻求一种高速、实时、可靠的通信方式，已成为变电站综合自动化系统发展的核心问题之一。

现场总线是指在生产现场的测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的系统[1]，这种系统具有良好的开放性和设备间的互操作性，在变电站综合自动化系统中具有广泛的应用前景。目前IEC国际标准现场总线共有八种，本文介绍其中的WorldFIP现场总线技术及其在变电站综合自动化系统中的应用。

1WorldFIP现场总线技术

1.1背景

WorldFIP现场总线是一种源于法国标准的现场总线，其本身是欧洲现场总线标准EN50178的组成部分之一，同时也是IEC标准现场总线之一（IEC61158），在能源、交通、运输、自动化等工业领域中得到了广泛的应用，我国的广东岭澳核电站、上海地铁、军粮城电厂等大型引进项目中使用了这种现场总线，欧洲核子研究中心耗资数十亿美元的世界上能量最高的大型强子对撞机也选定WorldFIP作为工程标准总线之一。

1.2WorldFIP现场总线的特点

1.2.1通信速率高，通信距离长

WorldFIP现场总线采用曼彻斯特编码方式,以工业屏蔽双绞线或光纤作为传输介质，由于其中双绞线方式具有31.25kbps、1Mbps及2.5Mbps三种标准速率，在三种标准速率下的最大通信距离分别为5km、1km和500m,通过网络中继器,总线可分别扩展到20km、5km和2km。

1.2.2通信效率高

现场总线的传输效率与传输报文的长度有很大关系，一般来说单帧报文长度越长，现场总线的传输效率越高。WorldFIP现场总线最长支持128字节变量报文或256字节消息报文，根据计算，其最大通信效率能达到88.99%,相比某些短报文的现场总线如CAN,其最大通信效率最多只能达到57.658%[2]。

1.2.3通信实时性强

WorldFIP现场总线对传输介质的调度使用方式类似于令牌网，各通信站的数据可以在预先确定的时间内在网络上传输。由于这种方式不存在介质使用碰撞问题,因而非常适合于对于传输时间具有严格要求的场合，如各种分散式控制系统、分散式数据采集系统等。

1.2.4误码率低

WorldFIP现场总线报文自带CRC校验功能，数据校验功能由通信控制器完成，报文不可检错概率小，据统计采用1Mbps速率，其误码在20年中不会超过一帧。

1.2.5介质冗余

介质冗余功能是WorldFIP现场总线的特色之一。通信控制器连接两路独立的传输介质，在双介质运行时，两路介质相互热备用。当某一介质发生断线、短路等故障而造成通信中断时，通信控制器会自动将通信数据无缝切换到另一条无故障介质上，并能保证数据的完整性及正确性，不需要应用程序的干预，极大地增强了通信可靠性。

1.2.6抗电磁干扰性强

WorldFIP现场总线采用曼彻斯特编码方式并利用磁性变压器隔离，具有良好的抗电磁干扰能力,根据测试,在EMCIII级干扰条件下，能保证正常通信。

1.3WorldFIP现场总线的传输机制

WorldFIP现场总线定义了物理层、数据链路层和应用层三层通信协议，结构相对简单。在数据链路层WorldFIP协议提供了变量及消息两种传输机制。

变量是指周期性地在网络上传输的数据包，每一个变量有一个唯一的16位数据标识，这种周期性报文根据预先设定的时间周期性地在网络上传输。在实际应用中通常被用于传输实时状态及控制信息，如控制现场I/O实时状态、各种现场遥测值等。

消息主要用于传输一些诸如配置信息、诊断信息及事件信息等非周期性数据，消息只有在应用程序提出传输申请后一次性地在网络上传输。

WorldFIP的传输模式称为“生产者-消费者”（PRODUCER-CONSUMER）模式，简单地说生产者指的是变量或消息报文的发送者，消费者指的是报文的接收者。一个变量或消息只能有一个生产者，但可以有一个或多个消费者。

在WorldFIP现场总线中，对传输介质的访问控制类似于“令牌”网，“令牌”是对介质的访问权，“令牌”按照预先确定的时间在多个通信子站之间传递。“令牌”的传递过程由通信控制器自动完成，不需要应用程序的干预。变量的生产者可以按照固定的时间间隔将变量在网络上广播，变量的消费者则同时接收变量内容。在变量中有一个字节的控制信息，其中一位为消息发送请求，当该通信站有消息需要发送时，则该置控制位有效，向总线申请消息发送。在固定的时间窗内当所有通信子站生产的变量数据被发送后，“令牌”被传递给提出发送消息请求的通信子站，此时得到“令牌”的通信子站将消息在网络上广播。这种介质访问控制方式使得变量与消息的传输相对独立，非周期消息的传输不影响周期变量的传输，因此WorldFIP非常适合于对于传输时间具有严格要求的场合，同时也使得某些突发数据能够尽快在网络上传输。

2WorldFIP现场总线技术在变电站综合自动化系统中的应用

2.1RCS-9700变电站综合自动化系统简介

目前变电站综合自动化系统已经由集中组屏式向分散式转变[3]，大量变电站均采用无人值守方式，各种智能设备通过通信网络相互连接，网络通信量随着智能设备数量的增加而不断增大，同时还要求综自系统对各种事件的响应时间尽可能短，这就对综自系统通信网络的通信速率提出了更高的要求。另外目前大部分保护测控单元等智能设备在开关柜就地安装，因此要求设备具有较强的抗电磁干扰能力。

WorldFIP现场总线具有通信速度快、通信距离远、介质冗余以及良好的抗电磁干扰能力，成为变电站综合自动化系统中一种十分理想的通信方式。在RCS-9700系统中，我们选用了WorldFIP现场总线并采用2.5Mbps速率，单段最大通信距离为500m。系统的结构如图1所示。

该系统从整体结构上分为三层：变电站层、通信层、间隔层。间隔层主要由保护单元、测控单元等组成，通信方式采用WorldFIP现场总线；通信层包括WorldFIP网关，保护管理机，规约转换器等组成；变电站层包括本地后台服务器，保护工程师站，五防系统等构成，通信采用100M工业以太网。

2.2WorldFIP现场总线在RCS-9700系统中的实现

2.2.1WorldFIP总线系统的构成

在整个系统中，使用WorldFIP现场总线的主要有各电压等级的测控装置以及网关设备等。测控装置将实时采集的各种测量数据发送到网关设备，并由网关设备向变电站层转发，同时接受来自变电站层的各种操作数据。为保证系统的可靠性，整个间隔层采用了介质冗余结构，采用两路独立的驱动器和通信电缆，以热备用方式运行。按照间隔分别配置独立的网关设备，如图1所示分为220kV、110kV、10kV三个间隔，这样做可以减少间隔之间的相互影响，同时可以提高整个网络的通信速率。为可靠起见，对于每个间隔的网关设备，也采用了冗余双网关结构，两个网关采取热备用方式运行，这种方式保证当主网关单元发生故障时，间隔层与变电站层通信能够保持正常。

2.2.2通信实现

在通信实现上，考虑到大型变电站综合自动化系统的需求，为保证网络数据的实时性，采用了变量机制和消息机制相结合的传输方式。对于系统的四遥数据（遥测，遥信，遥控，遥调）、SOE、联锁数据等对时性要求高的数据类型采用变量机制传送，此类数据按照一定周期向网关设备发送，并由网关设备转换成快速以太网向变电站层发送；对于某些突发性报文，例如网络诊断信息,配置信息等报文则采用了消息机制，这样既能保证现场遥测值及遥信值等周期性数据能够实时上送，也使得事件信息、诊断信息等能够及时上送。

2.2.3数据寻址

WorldFIP现场总线的变量和消息可以配置成点对点、多播和广播等多种数据寻址方式，灵活使用几种模式将有利于提高总线利用率，降低通信站的CPU开销。在RCS-9700系统中，各种测量（遥信遥测等）、SOE等信息，采用多播方式。多播对象是两个网关设备，由于测控装置没有划分在多播对象组内，此类被测控装置接受到的多播信息在WorldFIP协议的数据链路层被过滤掉，不需要应用程序的干预，减少了测控装置的软件开销；而对于间隔层联锁信息，则采用全网广播方式。联锁信息包括各个开关状态，电流电压测量值等信息，测控装置将联锁信息在网络上广播，间隔内所有测控装置同时接收到，并根据接收到的数据作出逻辑判断，确定闭锁某些遥控操作。采用广播方式既减少了网络的通信量，又可以保证联锁信息的实时性和一致性，同时这种间隔层联锁功能的实现不需要网关或变电站层的参与，因而可以大大提高变电站的安全运行水平。而诸如遥控操作、远方修改定值等远方操作信息，则采用点对点的通信方式。

3结论

在变电站综合自动化系统间隔层采用WorldFIP现场总线具有以下优点：

（1）数据可以在恶劣的工业现场高速长距离传输（2.5Mbps,500m）,实际应用中当间隔层中有64个测控装置时，所有装置发送一次数据的总时间小于30ms；

（2）通过介质冗余和网关双机热备用等多种方式,保证了系统的可靠性；

（3）所有测控装置都可以实现数据主动上送功能；

（4）高速总线使得间隔层联锁得以实现,联锁数据在间隔层内完成，不需要网关等设备的干预，因而联锁功能实时可靠；

（5）良好的抗电磁干扰性能，适合变电站等电磁干扰强的工业环境。

目前RCS-9700变电站综合自动化系统已在数十个220kV及以上变电站中投入使用，实践证明，采用WorldFIP现场总线与以往采用异步串行模式相比，整个系统的性能得到了极大的提高。

参考文献

1、阳宪惠.现场总线技术及其应用.北京：清华大学出版社,1998

2、孙雅明，毛鹏，王兆峰，苗友忠，杨庆早，李旺，王宪勤.基于现场总线强实时性控制信息传递的研究和仿真.电力系统自动化

3、邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，1996

4、沈杰，李乃湖基于现场总线技术的变电站自动化系统.电力系统自动化，2000，24（17）

5、赵天洪.现场总线与控制系统.电力系统自动化，2000，24（13）

现场总线范文篇7

关键词：建筑物自动化总线技术

中国行业标准JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第26章《建筑物自动化系统（BAS）》所规定的模拟和数字混合的集散型系统（TDS），已面临更新为全数字系统的挑战。就像工业自动化一样，建筑物自动化市场在技术接受期曲线上，通常落后于商业领域技术应用会有几年之久，因此，在商业领域已经成功运用多年的个人计算机和以太网通信，现在却成为BAS更新途径的热门话题。PC-BasedControl和以太网技术，已经开始全面进入BAS领域。2000年3月，Honewell公司推出的全数字化闭路电视监视系统DVM，就用PC-BasedVideoServer，类似于商业领域应用的个人计算机式视频服务器，取代了传统的模拟和数字混合的CCTV闭路电视矩阵切换器和磁带录象设备；DVM系统中，经过信号转换接口把所有摄像机的视频信号直接连入以太网通信，每20台摄像机使用1台VideoServer。这种第三代保安监控电视的全数字化CCTV以太网系统，已经在澳大利亚悉尼机场使用。

PC机技术日新月异的进步，使BAS的中央站功能不断增强；PC机的商业软件，如ODBC、API等等，已成为BAS的标准软件；基于PC机技术的分站不断发展。信息领域的以太网技术对工业自动化和建筑物自动化各个层面的影响，从上到下。BAS管理层的以太网正在下植到自动化层和更低的现场层。BAS三层结构将会成为以太网"一网到底"的三层网络。完成这项"通体透明网络"革新的主要技术，就是以太网现场总线。以太网现场总线，也可称为以太网I/O（Input/Output），是控制技术和信息技术的完美结合，性能发挥到极致，它或许能够解决工业自动化长期争论不休的现场总线标准化问题，是商业技术影响工控技术的一个范例。

以总线为脉络，分析计算机总线、测控总线和网络总线在BAS技术发展中分别担纲的角色，可以加深对BAS未来发展的了解。

1、总线BUS

总线一词，源于计算机技术。总线是各种信号线的集合（包括地址、数据、控制、电源等），是各种信息传输的通路，有汇总的涵义。微软百科词典定义总线为：计算机系统中各部件之间用于数据传输的一组硬件连线（导线）。IBM公司将其简称为用于传输信号或功率的一根或多根导体。在建筑物自动化中，BAS总线可解释为用来连接中央站分站、现场设备或者各种系统的那些具有导电性的通路，以完成数据或信号的传输。

以应用范围来分，BAS总线可划分为计算机总线、测控总线和网络总线、。计算机总线用于上位管理计算机和中央站内部部件的连接。测控总线用于中央站与分站的连接，分站与现场设备的连接，现场设备之间的连接。网络总线则是将上位管理计算机和中央站、浏览器等视为节点而共同连接在一起的一条多分支线路，将数据置于网络总线中，数据将会经所有的节点检测后，由其指定地址的节点接收。BAS管理层的以太网就是网络总线。当以太网下植到自动化层和现场层以后，以太网又扮演着测控总线的角色，在这种背景下，我们借用"网络就是计算机"的概念，不免也可以说"网络就是控制器"，因为所有传感器、执行器、分站、中央站已经遍布以太网中，以太网被赋予完成分布式控制兼有普通信息存取的能力，人们可以随心所欲使用以太网，无论是进行实时控制还是传递管理信息。

2、标准化Standardization

作为信息传输通路的总线，追求标准化，是各种总线的共同目标；只有标准总线，才能够支持更多的性能不同的产品的连接，完成更多更好的系统的集成，实现更完善的控制和管理，因此，总经以其有汇集性能的特点，尤其需要标准化。标准总线的形成，主要有两种方法，一种是由非商业的或政府组织所产生的标准，目的在于使某一种类型总线开发和使用规范化，例如RS232C；这种正规的合法的技术标准，是在对已有方法、途径及技术开发进行仔细研究的基础上起草，并经正式批准后产生，这种标准通常包括着一些国际标准。另外一种方法，是有某一家公司先行开发出一种总线技术，由于成功，得到其它公司模仿和广泛使用，以至一偏离该总线就会产生不兼容问题，导致产品在市场中受到限制，例如现场总线LonTalkBus；这类事实上的总线技术标准，是基于市场需求产生而形成的，无需正式批准，这种标准通常包括大量流行的工业标准。

3、计算机总线ComputerBus

中国行业标准JGJ/T16-92第26章BAS，对中央站硬件、组态、系统软件的规定（26.4.26.5）非常简单，仅是基于采用计算机作为监控中心的一般原则，如应设置CPU、CIU、CRT、打印机等规定，对上位管理计算机则仅限于优化控制与管理某些功能要求。但是，近年来计算机技术发展很快，系统软件、应用软件、存储系统、处理器技术、输入输出系统和计算机结构，都是如此，其中，计算机总线技术与工业自动化、建筑物自动化关系密切，计算机总线是计算机系统信息总通道，性能优劣，对BAS上位管理计算机和工作站的影响是至关重要的。因为采用先进的计算机总线，可以提高工作站的带宽，改变工作站的兼容性和开放性，并能提高工作站的可靠性，这对控制系统无疑是最重要的性能。例如，使用PCI总线技术的PC机，每年停机时间可以小于315秒中，可靠性高达99.99%，因此，BAS用户已经开始关心工作站的计算机总线，2000年9月山西省太原市某国际贸易中心大厦BAS招标文件中，明确提出中央站应该使用计算机33MHz三总线结构PCI（外部设备互联总线），说明用户不仅关心各种功能模块设置，还要求提供工控级别的总线来保证工作站性能。随着基于PC机控制的技术进展，计算机总线对BAS的影响会更加重要。因为BAS将逐渐最终成为由一台PC机控制几条现场总线的系统。

3．1计算机总线的发展历史

1970年，DEC公司首先推出了称为Unibus的总线，把PDP11小型计算机上所有的部件、设备都连接在一起。它是一种单总线结构。

1981年，IBM公司在第1台个人计算机IBMPC/XT上推出了XT总线，也是单总线，1984年，采用16位CPU的IBMPC/AT出台，AT总线在XT总线结构上，增加了一组输入/输出总线，形成双总线结构。AT总线就是著名的工业标准总线ISA，全称是IndustrialArchitecture工业标准结构，它是通过将板卡出入IBMPC及其兼容机的标准扩展槽来添加计算机部件的总线设计规范。1989年康柏、惠普等9家公司在ISA基础上，推出EISA，扩展工业标准结构，这是一种把附加卡（例如视频卡、内置卡MODEM卡及支持其它设备的卡）联接到PC机主板的一种总线标准。EISA总线操作频率比ISA高很多，能提供很多的数据吞吐率。

为了提高PC机性能，使某些扩展板可以直接与微处理器通信，而不必经过通常使用的系统总线，Intel公司提供了PCI总线规范。这种局部总线允许在计算机上安装多至10个PCI兼容的扩展卡，PCI局部总线系统需要在某个PCI兼容插槽中安装一块PCI控制卡，每次可以以32位或64位的速度与CPU进行数据交换。PCI规范还考虑了多路复用Multiplexing。因此，PCI总线已成为今天计算机事实上的局部总线标准。由于PCI独立于处理器，不仅Intel系列可用，DEC的Alpha、Motorola的PowerPC等系列也可以用，它的向前向后兼容性，能使现有的多种计算机都能平滑过度到新标准，所以尤其受工业控制机行业的欢迎，建立了PCI工业计算机协会PCIIndustrialComputerManufacturersGroup（PCIMG），致力于在工控机行业推广PCI总线。1995年，出版了CompactPCI规范。

PCI总线在计算机中配置了3组总线，时钟33MHz，与CPU时钟频率无关，宽度32位，可扩展至64位，带宽达132Mbps至246Mbps，可以和ISA、EISA、VL-BUS等总线兼容，支持5V和3.3V两种电压，可以在芯片、软件和开发工具方面广泛利用PC机丰富资源，它具有良好的网络性能、图形视窗介面和数据存贮性能，是工业自动化和建筑物自动化中央站理想的计算机总线。

3．2标准计算机总线

国际标准

IEEE969（S-100）微机通用

IEEE488（HP-IB）测试仪器

IEEE1394（FireWire）测试仪器

EIARS232C设备总线

EIARS422/423/449/485设备总线

ANSISCSI小型计算机，设备总线

VESAVL-BUS局部总线

工业标准（流行微机总线）

ISA系统总线

EISA系统总线

PCI局部总线

3．3新一代计算机总线（正在开发中）

1998.9PCI-XCompaqIBMHP

1998.12NGIO（NextGenerationI/O）IntelDellSunNEC日立NEC西门子

1999.2FutuieI/OCompaqIBMHP

4、网络总线NetworkBus

中国标准JGJ/T16-92第26章BAS，规定"优先采用共享总线型"局域网结构作为BAS管理层、自动化层、现场层的网络拓扑，即用一条总线，把上位管理计算机、中央站、分站、现场设备各自连接在一起，形成三层局域网。因为所有节点共享一条传输通路，一次只能允许一个节点发送信息，所以需要建立信息发送的控制方式，JGJ/T96-在26.6.6条文说明中，没有明确规定是用IEEE802.3以太网的CSMA/CD波及监听多路访问/冲突检测争抢发送，还是用IEEE802.4令牌总线排队访问控制，只有指出这两种方法都是"目前流行的"，但是"并无一致的看法"。在26.6《信号传输与数据通信》中，则把现场层至自动化层之间的信息传递成为"信号传输"，把自动化层和管理层之间的信息传递，称为"数据通信"，以示区别，前者为现场设备与计算机通信，包括模拟信号，后者为计算机之间通信，全部为数字信号。

20多年来，发展极为成功的以太网技术，已经得到公认。人类进入英特网时代，以太网也迅速进入工业自动化的各层网络。电气电子工程师协会IEEE基于802.3以太网国际标准，正在积极制定现场与以太网通信的新标准，使以太网能够直接为现场层所使用，可以预见，正象个人计算机PC迅速进入工业自动化领域一样，以太网以及TCP/IP、UDP/IP协议将十分迅速进入工业自动化各个领域，包括BAS。

网络总线是网络通信总线的简称，在BAS中，网络总线是上位管理计算机、中央站、分站、现场设备之间的连接总线，从计算机系统结构的角度上看，它是计算机的外部总线，计算机总线则可视为内部总线。网络总线属于网络技术，计算机总线属于计算机技术，网络是多个计算机的集合系统，数据通信和资源共享是其特点。今天，已经进?quot;网络就是计算机"的时代，通信和计算机技术紧密结合、同步发展，计算机总线和网络总线是计算机一种技术的两个方面。新一代的计算机已经把网络接口集成到计算机母板上，网络功能已经嵌入到操作系统中，使得网络总线可以视为计算机总线的外部延伸，密不可分。不进入网络的工作站，是不完整的工作站。在建筑物领域，BAS是建筑物整体计算机网络的重要子网，形成建筑物管理和建筑物设备控制一体化是从网络开始的。计算机总站维系着BAS的通信子网，资源子网和通信子网的组合，就是建筑物自动化网络，就是建筑物自动化系统。

4．1以太网的发展历史

1968-1972Aloha无线电系统夏威夷大学开创争用型通信

1972-1977首台以太网2.94MMetcalf和Boggs先生建立CAMA/CD

1979-1983粗同轴以太网10MCom（DEC、Intel、Xerox）10BASE5

1980-1982细同轴以太网商品化10M3ComISA总线与10BASE2相连

1984-1987双绞线以太网1MUTPHP、AT&T1BASE5

1986-1990综合布线+双线绞线以太网10MSynOptics、HP10BASET

1990-1994交换式和全双工以太网10MKalpanaEtherSwitch

1992-1995快速以太网100MUTPGrandJunction100BASET

1996-?千兆位以太网1000MIEEE802.3z1000BASEF

4．2以太网与局域网国际标准IEEE802.3

以太网是商业市场上发展的，而802.3标准是独立的标准组织《电气与电子工程师学会》开发的802.3是基于以太网第1个版本制定，但在一定程度上改进了设计，1983年公布以后，以太网以此又作了修改，原来互不兼容的局域网，变为互相兼容（但不完全兼容）。二者主要区别是结构不同，例如，最大数据单元，802.3是1460字节，以太网是1500字节。但是，通常可以把802.3视同以太网。

以太网速率有10M和100M两种，最大1518字节，最大段长度500米（粗同轴）、185米（细同轴）、100米（UTP），中断段综合长度2500米（粗同轴）、925米（细同轴）、2500米（UTP）。

在BAS中用以太网作为网络总线时，现在BAS供应商所提供的以太网接口卡NIC（安装在中央站中），应该是10M/100M自适应型，以满足用户部署100M快速以太网的要求，例如Intel公司的PRO/100+管理适配器，适用于有PCI总线的台式机，能自动监听集线器速度，从而自动选择10M或100M，能支持最新的连接管理规范wfw2.0，支持所有的主要操作系统和网络操作系统，WinNT、95、98、2000，Nerware、UNIX，支持10BAS-TX，5类UTP，RJ-45连接器，数据路径宽度32位，可在0-55℃环境中工作。

4．3以太网介质访问控制（MAC）CSMA/CD

载波监听多址访问/冲突检测是以太网抢先式信息发送的主要技术，它包括有先听再讲、无声则讲、有空就讲、边讲边听、一人独讲、退避三舍等信息发送规则，保证所有站点都能以公平方式通过竞争来访问大家共享的以太网，虽然难免有"后到先服务"的现象，但是，由于CSMA/CD有一套完整的处理冲突的方法，大体上实现了对网络总线的公平访问。它是退避三舍的自调整功能，保证所有信息的发送都是成功的，例如常用的一种冲突退避延迟算法，称为"截断的二进制指数回退（EBE）"，它使发送信息的站点，每冲突一次，自动延迟一个以2的幂函数计算的退避时间，用这种不断扩大回退时间来适应网络流量的变化，这是一种很巧妙的方法。它规定了退避也是有限度的，即最大退避时间以210倍为限，忍让次数也是有限的，以216次为限，否则就会丢掉这个屡发屡败以太冈帧，这种情况是绝少发生的，除非以太网已经瘫痪。

以太网每帧发送之间有一个固定的间隙64字节、512位，称为时间片，用来识别由于冲突而失败的发送信息帧碎片（最小帧规定为64字节，包括48字节数据），在512位时间内，网络冈所有站点检测到载波（有信息发送）和合法的冲突、信息帧碎片，从而保证以太网能正常工作，不受非有效帧（碎片）的影响。

一般谈到以太网，主要是指802.3的CSMA/CD协议，它是以太网的主经软件（其它还帧结构软件等）此外，以太网还包括以太网接口卡NIC、收发器、中继器硬件。总之，以太网是一种局域网，是共享总线型局域网（包括集线器Hub网络），是国际标准局域网之一，应用最广泛。

4．4以太网与TCP／IP

传输控制协议／网际协议（TCP／IP）是实践中产生的解决网络互连和异构计算机之间提供可行的透明通信服务的一组协议，它是世界上最大网络因特网的基础。以其公用性和有效性，成为公认的开放系统。TCP／IP是网络数据传输事实上的标准，或者简称其为因特网通信协议。

BAS结构图中，标明以太网，是说网络采用共享总线拓扑，标明TCP／IP，是说数据传输采用因特网通信协议。

TCP／IP独立于特定的计算机软硬件、独立于特定的网络系统，即使你不接入Internet，用它也是最好的组网方案，所以，我们在本文开始，对JGJ／T16－92BAS的网络结构就标明采用TCP／IP，更何况，BAS进入Internet也是势在必行的事情。

TCP／IP协议有三个特点，首先它的开放性，可以把现行的各种局域网互联起来，其次，它统一了地址规则，这种IP地址与域名系统的唯一性，保证了因特网走向全球，最后，高层协议基本标准化，使各种用户可靠而且便利，这一特点，在工业自动化中，有很好的应用，可以把标准化的控制总线协议，包装在高层协议中，使TCP／IP成为工业控制通信协议。

TCP／IP分成4个层次：

应用层--常用的应用程序有SMTP（邮件传送）、NFS（网络文件）、NIS（网络信息）、SNMNP（网络管理）、FTP（文件传输）、DNS（域名系统）等，以及工业自动化通信协议，也可在本层打包，如Moddbus、HoneywellC-Bus等。

传输层--提供端到端（即应用程序之间）的通信，主要功能是信息格式化、数据确认和丢失重传等，主要有（TCP传输控制协议）和UDP（用户数据报协议UserDataprogramProtocol，它在工业自动化应用中看好，它把数据先打包，后经IP发送，效率高于TCP）

网络接口层--不同网或同网中计算机之间的通信，处理数据报和路由，主要是IP（网际互连协议）

网络接口层--提供与物理网络的连接，它包括所有现行的网络访问标准，最重要的是以太网（802.3系列）。

5、测控总线MeasureandControlBus

BAS现场层和自动层的总线，可视为测控总线。JGJ／T16－92第26章BAS26.6.l节规定"从现场到计算机系统的信号传输，需综合考虑""（1）简化传输控制的硬件结构；（2）减少传输导线的根数；（3）弱化维修的技术难度"，还进一步指出了采用的方法"可选用一对一的传输方式、矩阵选码一公用线传输方式或多路复用技术的一路通道多方使用的传输方式（阵列式传输方式）""首先考虑时分制"等等。反映中国行业标准对测控信号传输的重视以及要求采用最新技术的愿望。在当时的历史条件下，已经把测控总线阐述得淋漓尽致。

自从HGH／TI6颁布近十年来，测控信号传输领域发生了重大的变化，这就是现场总线技术所带来的深刻变革，对BAS的影响当然也是非常深远的。只有现场总线技术才能符合JGJ/T1-92第26.6.1节规定的三项要求：最简单的传输控制，最少的导线根数，最方便的维修技术；而且，最重要的是，现场总线带来了工业自动化开放系统的新局面，减少了自控系统寿命周期成本LifeCycleCost。

因此，测控总线的讨论，可以归纳为现场总线的讨论。

国际电工委员会IEC定义现场总线是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的数字式、串行、多点通信的数据总线。

安装在控制室内的BAS中央站与现场的分站，分站与现场的传感器，它们之间的信号传输均适用现场总线技术。换言之，自动化层和现场层，采用现场总线技术是历史发展的必然。当有人提?quot;现场总线是管理控制一体化方案的催化剂"时（美国Fisher公司Martin先生），我们深刻体会这一隽语的丰富内涵。

5．1现场总线发展历史

1983年，Honeywell公司推出的差分信号驱动器，成功地在4-20mA直流信号上叠加了数字信号，随即投入市场的智能化仪表Smart变送器，是现场总线产品的前驱，这些带有微处理器芯片的仪表，除了在原由模拟信号仪表的基础上增加了复杂的计算功能外，还在4-20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接，从模拟信号过渡到了数字信号。这种工作机制，成为美国fisher-Rosemount公司著名的现场总线HART通信协议的基础。

1984年，美国仪表协会ISA／SO50工作组，开始制定现场总线标准。IEC也成立现场总线工作组IEC／TC65／SC65C／WG6，开始研究现场总线标准。

1985年，国际电工委员会决定由ProwayWorkingGroup负责研究现场总线体系结构和制定标准。

1986年，德国推出Profibus过程现场总线标准。

1990年，美国Echelon公司推出LonWorks现场总线产品。

1992年，Siemens、Rosemount、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司联合，成立ISP协会，着手在Profibus基础上制定标准。

1993年，Honewell、Bailey等公司成立WorldFIP协会，有120家公司参加，准备以法国标准FIP（FactorInsrtumentationProtocol）为基础制定标准。

1994年，ISP和WorldFIP北美部份合并，成立FF现场总线基金会（FieldbusFoundation）。推动现场总线国际标准的开发。

1996年，FF公布了低速总线H1标准。

2000年1月4日，IEC宣布现场总线国际标准以86%赞成、12%反对通过，IEC-61158面世。

5．2现场总线国际标准IEC-61158

8种现有的现场总线纳入国际标准，如果考虑到世界上已有30多种现场总线，这也还是在统一的路程上，前进了一大步。

从上表可以看出，8种现场，有8种通信协议，互不兼容，距离统一标准的现场总线，还有很大距离，虽然这些现场总线在功能上可以互补。

为了解决现场总线统一问题，借鉴IT行业的统一网络通信标准，就是第5种类型，即以太网现场总线。1998年，在美国休斯敦召开的ISA展览会期间，成正了工业自动化开放式网络联盟IAONA，建议把FF的H2高速现场总线，改成高速以太网HSE，有Honeywell参加的18个公司31位工程师正在Foxboro公司积极进行开发，希望HSE能成为众望所归的现场总线。

HSE的特点是速度高（100Mbps），数据通过量大，与计算机联接容易，价格低。有两类用途，一类是完成由于计算量过大而不适合在现场仪表中进行的运算，另一类是作为多条低速H1总线或其他网络的网关设备。

HSE是否适用干BAS，是有待研究的事情。

在IEC61158国际标准中，有欧洲标准建筑物自动化系统MBS－TC247推荐的ProfibusFMS总线和WorldFIP总线，但是没有欧洲推荐的LonWorks总线和欧洲设备总线EIB。

5．3现场总线的三层结构

从IEC61158标准中的8类总线，可以看出现场总线并不需要保持与ISO／OS17层结构一致，只需物理层、数据链路层、应用层等三层就可以了。因为面向控制的信息比较简单，但需要快速而可靠地到达目的地，七层模式使数据转换变慢，会滞后实时控制的时间要求，七层有关的网络接口成本也较高，同时，现场设备也不需要OSI地址。

IEC61158还规定，所有2至8类现场总线，均需对类型1的FF总线提供接口，但2至8类总线之间，不要求提供接口。

5．4以太网作为现场总线的主要问题及其解决方法

由于以太网802.3采用随机式的CSMA/CD信息发送方式，对事实控制来说，就带来一?quot;不确定性"问题，不能事先预言测控信息传送的时间，存在着"后到先服务"现象。而令牌式"排队发言"信息传送是可以预言的。要克服这个缺点，就要提高以太网的传输能力。由于10／100BASE－T全双工交换式以太网技术发展，基本上解决了CSMA／CD随即发送带来的"不确定性"问题。1990年，智能交换机的出现，基本上淘汰了信息发送时的冲突，而且，智能交换机的成本不断下降，为工业控制实际应用提供了可能。智能交换机（网络开关EtherSwitch），能同时提供多条数据传输途径，功能和电话交换机相似，使整体吞吐量显著提高，同时智能交换机还使用一种名为"切入法"（CutThrough）的新桥接技术（常规桥接是使用存储转发技术），是延迟时间又降低了一个数量级。1993全双工技术是以太网可以同时发送和接收数据，理论上又可以使传输速度翻上一番，再加上快速以太网的出现，以太网在处理事实控制方面，已经可以做到测控信息的传输不再是"不确定"的，而是有着"良好概率GoodProbability"的表现，能够适应事实控制的需要。

以太网传送测控信息的另一个问题是线路"利用率"，线路效率。利用率是指线路用来成功地传输帧的时间部分。每个以太网数据包中那些不代表实际数据部分（同步、地址、字段长度、错误检验）较大，共26个字节，这种"开销"使线路利用率下降。在测控领域，实际数据很短，例如，DI20个字节、DO16个字凇IAO200个字节、通信接口500字节、PID运算500字节、计数器4个字节等，这样，当使用以太网信息包包装时，大量信号还需要加上填充符才能满足最小48个字节数据段的长度要求，如DI、DO、计数器，因此，效率较低。

但是，实际上，由于争先式发送，会改变效率，计算指出，如果连续发送两个64字节的以太网信息包，效率可以提高到54％。尽管如此，在工业自动化领域，仍然重视如何减少"开销"，提高通信效率，例如，在通信协议中，想已用户数据报协议UDP来取代最常用的传输控制协议TCP，因为UDP信息包的包装比TCP简单，只有4个字节，而TCP，则是26个字节。IEC61158国际标准现场总线HSE高速以太网就考虑采用UDP／IP来代替TCP／IP。

不过，以太网的高速度，已经把这些问题全部覆盖了，就算是以最低速3Mbps有效速率运行，一个100个字节的实时控制信息，在以太网的传输时间，只有0.336毫秒（[100＋26]×8/3M），对BAS，已是很理想的数据了。

5．5TCP／IP作为现场总线的通信协议的讨论

TCP／IP协议是一组协议，采用四层结构，与现场总路线三层结构很相似，因此，适用于现场总线。

采用TCP／IP的以太网现场总线，由于数据链路层的CSMA／CD，使得数据传输时间是建立?quot;概率"基础上，但由于以太网线路的改进，情况大为改善。

TCP／IP是非常流行的技术，移植到现场总线是顺理成章的事，问题之一是TCP／IP是为因特网设计的，TCP是要处理面对成千上万的网站，它要处理好这么多路由的连接，只能采取在TCP层，设置发送机和接收机，提供端到端的可靠的进程间的通信，使数据报在传输过程中始终保持连接状态，只有双向通信。TCP才去发送数据报（双向通信不是指两机器独占式通过网络对话，而是说两台机器间有一交互信息流），TCP发出信号后，必须等待对方应答信号，否则会重发，这种定向连接协议，使两个端机经常以适当的速度相互通话，TCP传输控制在两个机器问来回发送状态信息。而UDP用户数据表协议却比TCP简单得多。对于自动控制的应用程序来说，并不需要时时保持个连接，以节约开销和网络通信量，而UDP是一个无连接系统，从TCP到UDP放弃了许多功能，简单了许多，只是作为一个数据报的发端机和收端机操作，而不理会二者之间的连接。帧的结构简化为源端口2字节，目的端口2字节，长度2字节，校验2字节。UDP传递服务不建立通信双方的连接，发完数据就完事大吉，所以，比较灵活，效率高，非常适合测控数据的发送，因为这类数据非常短，还有，在控制网络中，通行的站点比起因特网来，少之又少，非常强调二者之间的连接管理，就显得多余，比起TCP的大文件来，测控程度只是"发出一个请求"或者"等待一个响应"，三言两语，传递本身就会很可靠。此外，在实时控制中，有时强调一种完全控制，即使在信号传输过程中发生错误，控制器业能够自行处理作出决策，而不需要让TCP一遍又一遍重复发送数据，因为自控系统控制器的自制能力都极强。

无论TCP还是UDP，应用程序都是驻留在通信协议顶层的应用中，包括控制和人机接口等一系列应用程序以及用于系统集成的OPC，都藉信息传输，获取其中的数据。

5．6以太网在工业自动化中的应用

美国Foxboro公司在1995年就推出了采用以太网10BASE－5粗同轴电缆I／AnodeBus用于现场总线控制系统，近年来，新I／A现场总线系统已经改为双绞线BASE－T，室内及机柜内，都使用RJ-45接插件，对室外及振动严重的场所，则按防护等级IP-67生产了密封式RJ-45的连接器，Hirschman公司也能提供现场总线中作为以太网连接的接插件，抗震密封，适用于工业环境。

1997年，Schneider公司为其著名现场总线ModbusTCP通信协议产品，它的PLC产品中的I／O模块，Momentum系列，均可以设置以太网端口。这些I／O模块通过这些端口直接连入以太网中。Schneider公司把Modbus通信协议变址为TCP／IP通信协议，这是世界上较早的以太网I／O产品。TCP／IP和UDP／IP的一个重要的优点是在同一个以太网中，可以运行许多不同的通信协议，它们都变址在TCP／IP或UDP／IP中。

Honeywell公司几年前就已经开始着手把以太网用于建筑物自动化系统自动化层总线通信的应用工作，目前，第一步已经实现，即，把所有测控总线通过TCP／IP接口连入以太网中，通过以太网得数据通信，进行实时控制。以太网成为BA、FA、SA集成的通信平台，进而与管理系统在此平台上完成管理控制一体化集成。

随着以太网应用技术的进一步发展，把以太网芯片内嵌与现场设备的一天，也许会很快来临，意味着因特网内置与现场设备的时代终会来到，其意义在于因特网与控制网融为一体，因特网无处不在，会进一步改变工业自动化和建筑物自动化的面貌。

5．7建筑物自动化的现场总线

现场总线这个技术热点，长期争论不休，虽然出台了IEC61158所推荐的8种国际标准总线，但是仍然没有一种统一的标准现场总线能够满足各种行业有要求。在这纷争的局面中，以太网的确受到了许多厂商的重视，在管理层（工厂级）采用以太网已经成了共识，而在低层次上的应用，还要假以时日，许多厂商正在积极研究和开发。

目前，LonWorks现场总线在BAS行业中的地位，是很重要的，尤其LonMark产品给用户带来产品互换互操的巨大利益（大幅度下降系统的寿命周期成本），所以受到用户的重视。Honeywell公司在2000年6月推出了全LonWorks现场总线系统，原来的C-BUS已经可以换用LonTalk现场总线，所有其它生产厂商的LonWorks现场总线，可以直接联入Honeywell中央站。

现场总线范文篇8

关键词：Lonworks技术智能节点分散控制系统网络集成

1、引言

1991年美国Echelon公司成功推出了lonworks网络控制系统，与当前已有的几种现场总线技术相比，lonworks总线以其特有的突出特点：统一性、开发性以及互操作性，成为实际上的现场总线推荐标准。Lonworks总线技术的核心是neuron（神经元）芯片及其内部固件lontalk协议，它既能管理通信，又具有输入/输出及控制能力。此外，Echelon公司还为网络的开发提供了强有力的开发工具，控制模板和网络服务工具等，可以很方便地组成智能节点，并将这些节点应用于lonworks网络中形成网络系统。因此，该总线常被作为工业生产中检测与控制中较为流行的总线之一。

输煤系统是火电厂的重要组成部分，其安全可靠运行是保证电厂实现安全、高效不可缺少的环节。输煤系统的工艺流程随锅炉容量、燃料品种、运输方式的不同而差别较大，并且使用设备多，分布范围广。作为一种具有本安性且远距离传输能力强的分布式智能总线网络，lonworks总线能将监测点做到彻底的分散（在一个网络内可带32000多个节点），提高了系统的可靠性，可以满足输煤系统监控的要求。火电厂输煤系统一般都采用顺序控制和报警方式，为相对独立的控制单元系统，系统配备了各种性能可靠的测量变送器。通过运用Lonworks现场总线技术将各种测量变送器的输出信号接入对应的智能节点组成多个检测单元，然后挂接在Lonworks总线上，再通过Lonworks总线与已有的DCS系统集成，实现了对输煤系统更加有效便捷的监控。

2、基于Lonworks总线火电厂输煤系统的基本结构

在输煤系统中，常用的测量变送器一般有以下几种：（1）开关量皮带速度变送器（2）皮带跑偏开关（3）煤流开关（4）皮带张力开关（5）煤量信号（6）金属探测器（7）皮带划破探测（8）落煤管堵煤开关（9）煤仓煤位开关。

每一种测量变送器和其相对应节点共同组成智能监测单元，对需要监测的工况参数进行实时的监控。监测单元通过收发器接入Lonworks总线网络进行通信，可根据监测到的参数进行控制和发出报警信号，系统的结构如图1所示。

3、Lonworks总线智能节点的一般设计

智能节点是总线网络中分布在现场级的基本单元，其设计开发分为两种：一种是基于neuron芯片的设计，即节点中不再包含其它处理器，所有工作均由neuron芯片完成。另一种是基于主机的节点设计，即neuron芯片只完成通信的工作，用户应用程序由其它处理器完成。前者适合设计相对简单的场合，后者适应于设计相对复杂的场合。一般情况下，多采用基于芯片的设计。由于智能节点不外乎输入/输出模拟量和输入/输出开关量四种形式，节点的设计也大同小异，对此本文只给出了节点设计的一般方法。

基于芯片的智能节点的硬件结构包括控制电路、通信电路和其它附加电路组成，其基本结构如图2所示。

Fig2BasicStructureOfNodeBasedOnTheNeuronChip

控制电路

①神经元芯片：采用Toshiba公司生产的3150芯片，主要用于提供对节点的控制，实施与Lon网的通信，支持对现场信息的输入输出等应用服务。

②片外存储器：采用Atmel公司生产的AT29C256（Flash存储器）。AT29C256共有32KB的地址空间，其中低16KB空间用来存放神经元芯片的固件（包括LonTalk协议等）。高16KB空间作为节点应用程序的存储区。采用ISSI公司生产的IS61C256作为神经元芯片的外部RAM。

③I/O接口：是neuron芯片上可编程的11个I/O引脚，可直接与外部接口电路连接，其功能和应用由编程方式决定。

通信电路

通信电路的核心收发器是智能节点与Lon网之间的接口。目前，Echelon公司和其他开发商均提供了用于多种通信介质的收发器模块。通常采用Echelon公司生产的适用于双绞线传输介质的FTT-10A收发器模块。

附加电路

附加电路主要包括晶振电路、复位电路和Service电路等。

①晶振电路：为3150神经元芯片提供工作时钟。

②复位电路：用于在智能节点上电时产生复位操作。另外，节点还将一个低压中断设备与3150的Reset引脚相连，构成对神经元芯片的低压保护设计，提高节点的可靠性稳定性。

③Service电路：专为下载应用程序设计。Service指示灯对诊断神经元芯片固件状态有指示作用

节点的软件设计采用NeuronC编程语言设计。NeuronC是为neuron芯片设计的编程语言，可直接支持neuron芯片的固化，并定义了34种I/O对象类型。节点开发的软件设计分为以下几步：

（1）定义I/O对象：定义何种I/O对象与硬件设计有关。在定义I/O对象时，还可设置I/O对象的工作参数及对I/O对象进行初始化。

（2）定义定时器对象：在一个应用程序中最多可以定义15个定时器对象（包括秒定时器和毫秒定时器），主要用于周期性执行某种操作情况，或引进必要的延时情况。

（3）定义网络变量和显示报警：既可以采用网络变量又可以采用显示报警形式传输信息，一般情况采用网络变量形式。

（4）定义任务：任务是neuronC实现事件驱动的途径，是对事件的反应，即当某事件发生时，应用程序应执行何种操作。

（5）定义用户自定义的其它函数：可以在neuronC程序中编写自定义的函数，以完成一些经常性功能，也将一些常用的函数放到头文件中，以供程序调用。

4、基于Lonworks总线的火电厂输煤系统与DCS的网络集成

现场总线技术与传统的系统DCS系统实现网络集成并协同工作的情况目前在火电厂中尚为数不多。进一步推动火电厂数字化和信息化的发展，逐步推行现场总线技术与DCS系统的集成是火电厂工业控制及自动化水平发展的趋势。就目前来讲，现场总线技术与DCS集成方式有多种，且组态灵活。根据现场的实际情况，我们知道不少大型火电厂都已装有DCS系统并稳定运行，而现场总线很少或首次引入系统，因此可采用将现场总线层与DCS系统I/O层连接的集成，该方案结构简便易行，其原理如图3所示。从图中可以看出现场总线层通过一个接口卡挂在DCS的I/O层上,将现场总线系统中的数据信息映射成与DCS的I/O总线上的数据信息，使得在DCS控制器所看到的从现场总线开来的信息如同来自一个传统的DCS设备卡一样。这样便实现了在I/O总线上的现场总线技术集成。火电厂输煤系统无论是在规模上，还是在利用已有生产资源的基础上，采用该方案都是可行的，同时也体现了把火电厂某些相对独立控制系统通过现场总线技术纳入DCS系统的合理性。由此可见，现阶段现场总线与系统的并存不仅会给生产用户带来大量收益，而且使用户拥有更多的选择，以实现更合理的监测与控制。

参考文献：

[1]凌志浩.从神经元芯片到控制网络[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002

[2]李江等.火电厂开关量控制技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2000

[3]邬宽明.现场总线技术应用选编（上）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003

现场总线范文篇9

关键词：楼宇自动化控制网络现场总线控制系统以太网楼宇自动化系统

目前日益流行的智能建筑(InteUigentBuidings)是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(BuidingAutomationsystem，缩写为BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其进行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安防设备等等。它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能的要求。

一、现场控制系统FCS的出现以及在楼宇自控中的应用

上个世纪七八十年代，伴随着计算机可靠性提高，价格大幅下降，出现了由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的分布式控制系统(DistributedControlSystem，简称DCS)。DCS是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量变送仪表一般是模拟仪表，因此它属于一种模拟数字混合控制系统，这种系统较以前的各种控制系统有了较大的进步。DCS在工业自动化控制领域获得了广泛的应用，也开始应用到楼宇自动化控制领域。但是DCS存在如下一些缺点：

(1)安装费用高。采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难；

(2)可靠性差。模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差；

(3)系统封闭。各厂家的产品自成系统，系统封闭、不开放，难以实现产品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。

上个世纪90年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统(FCS)，FCS克服了DCS的缺点，它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。目前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。FCS极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。与传统的DCS(分布式控制系统)相比，FCS具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线的出现，为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于FCS的许多优点，控制专家们纷纷预言“FCS将取代DCS成为2l世纪控制系统的主流。”现在，FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。

1．1应用于楼字自动化领域的几种现场总线

由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在，世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互连系统的OSI参考模型来制定的。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。在这些现场总线中不乏优异的现场总线，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广泛的应用。尽管基于现场总线的Fcs克服了DCS的许多缺点，但还是有一些不如人意的地方，最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容，导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点做进一步说明。

(1)LonWorks

美国Echelon公司1991年推出了LON(Local0penationNetworks)技术，又称Lonworks技术。

它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点：

①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；

②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25Mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个；

③完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURONC语言，它是ANSIC语言的扩展；

④无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；

⑤开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。

同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CENTC205的一部分。自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。

(2)BACnet

BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BAcnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARC-->、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，BACnet标准最大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。

(3)CAN

CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点：

①采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：

②具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；

③采用无损坏的仲裁技术；

(4)CAN芯片不但价格低而且供应商多。

CAN缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。

(5)EIB

EIB是欧洲安装总线(EuropeanInstallationBus)的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。

二、以太网开始进入楼宇自控领域

以太网发展至今已有20年历程，作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。近年来，以太网技术获得了快速地发展。交换型和全双功以太网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据，也减少了网络上的数据碰撞。以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在物理层(包括拓扑结构、传输速率、传输媒体)，并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成20余个。现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展，同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新的IEEE802．3af标准开始对以太网供电作出了规定，它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。目前，3Com、华为、DLINK等公司开始提供符合IEEE802．3af标准的交换机产品。另外，一些现场总线的协会或组织也开始提出基于其现场总线的开放式以太网标准，即工业以太网标准，如ODVA(开放DeviceNet供货商协会)和CI(ContolNet国际组织)的EtherNet／IP标准、FF(现场总线基金会)的HSE(Hig}lSpeedEthemet，高速以太网)、Profibus国际组织的ProfiNet。支持这些工业以太网标准的交换机、网卡等产品也开始出现，如MOXA公司的EDS-508系列工业以太网交换机(支持EtherNet／IP)、北京航天华辉自动化技术有限公司的AnyBus-SIO／100M(支持Ethemet／IP和Modbus／TCP)等。美国VDC(VentureDevelopmentCorp．)调查报告指出，Ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛，市场占有率将从2000年的ll％增加到2009年的23％。

伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用，以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网(如图l所示)，在一些新开发的楼宇自控系统中，以太网直接进入了控制层，如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的ENC-2001IP智能建筑测控系统。ENC-200liP控制系统的结构如图2所示。一般的空调、照明等系统通过ENC参量控制模块集成到以太网上；带有RS232或RS485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上；IP电话以及IP摄像机直接连接到以太网上。公务员之家

在楼宇自控网络中采用基于现场总线的FCS的优点是：

①可靠性、实时性好。现场总线为工业控制设计

楼宇自控网络集成到信息网的，有屏蔽、接地与防爆等措施，同时其实时性也比采用CSMA／CD的以太网的时实性好；

②用户的投资成本低。现在，开放的现场总线技术已经比较成熟，有很多公司提供的相关产品可供选择。其缺点是：实现现场总线无缝接人以太网复杂，当多种现场总线共存在一个系统中时，集成起来更复杂，系统的扩展性差。

在楼宇自控网络中采用以太网的优点是：实现了从管理层(信息网)到现场设备控制层(控制网)的“一网到底”，即实现人们期望的通信协议的兼容和统一；这样系统扩展起来也比较方便；与智能建筑中其它系统(信息网通信自动化系统和办公自动化系统)集成起来更加容易。其缺点是：首先，目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对还是较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高。其次，以太网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。

三、结束语

就目前而言，不管是应用在楼宇自控网络中的基于现场总线的FCS还是以太网，都有其优点和缺点。随着时间的推移和技术的进步，它们也必将会被进一步完善。据统计，我国目前有从事楼宇自动化业务的企业3000家以上，产品供应商约3000家。另外，随着我国绍济的快速发展和人们生活水平的不断提高，建筑和社区的数字化建设正在兴起，FCS和以太网都必将在楼宇自控领域中获得更广泛的应用，在今后相当长的时间内，两者在竞争的同时也将继续并存。

参考文献

1郭维均．俞洪．《智能建筑基础》中国计量出版社．2001：6

2陈秋良．自动控制技术．《现场总线控制系统综述》2001；20

3李光辉．缪希仁．现场总线技术及在低压电器领域中的应用．电工技术杂志，2002

4郝晓弘．马向华．现场总线控制系统一新一代控制系统．《工业控制计算机》2001；14

5阳宪惠．《现场总线技术及其应用》清华大学出版社,1999

6张振昭．许锦标．万频．《楼宇智能化技术》北京机械工业出版社。1999

7董春桥．BACnet标准在我国推广和应用的思考．《智能建筑与城市信息>。2003

现场总线范文篇10

工业自动化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化，而现场总线的崛起正是这一发展趋势的标志。

1.1现场总线的崛起

半个多世纪以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统等4代过程控制系统，当前我国水工业自动化的主流水平即处于以PLC为基础的DCS系统阶段。这里要说明一点，DCS既是一个过程控制体系的名称，有时也表示为由制造厂商出售的一个起完整作用而集成的集散控制系统产品，这种DCS系统相对较为封闭，而目前水工业自动化的DCS系统多数是由用户集成的，因此相对较为开放。

与早期的一些控制系统相比，DCS系统在功能和性能上有了很大进步，可以在此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种模拟数字混合系统，从现场到PLC或计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递，仍然依靠大量的一对一的布线来实现。这种信号传递关系称之为信号传输，而不是数据通信，难以实现仪表之间的信息交换，因而呼唤着具备通信功能的、传输信号全数字化的仪表与系统的出现，从而由集散控制过渡到彻底的分散控制，正是在这种需求的驱动下，自20世纪80年代中期起，现场总线便应运而生，并通过激烈的市场竞争而不断崛起。

现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的CPU置入传统的测控仪表，使它们各自都具有了数字计算和通信能力，即所谓“智能化”；采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络，并按公开、规范的通信协议，使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓“网络化”；由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品，因而它所需要的控制信息不采取向PLC或计算机存取的方式，而可直接从处于同等层上的另一个节点上获取，在现场总线控制系统的环境下，借助其计算和通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了系统的自治性和可靠性。

FCS成为发展的趋势之一，是它改变了传统控制系统的结构，形成了新型的网络集成全分布系统，采用全数字通信，具有开放式、全分布、可互操作性及现场环境适应性等特点，形成了从测控设备到监控计算机的全数字通信网络，顺应了控制网络的发展要求。

1.2现场总线的现状和标准化问题

目前，国内、外的现场总线有60几种之多，由于这一新技术所具有的潜在而巨大的市场前景，在商业利益的驱动下，导致了近年来制订现场总线国际标准大战。在市场和技术发展需要统一的国际标准的呼声下，修改后的IEC61158.3～6标准最终于2000年1月4日获得通过。该标准包括了8种类型的现场总线子集，它们分别是：①基金会现场总线FF；②ControlNet；③Profibus；④P—Net；⑤FFHSE；⑥SwiftNet；⑦WordFIP；⑧Intferbus。这8种现场总线中，④、⑥是用于有限领域的专用现场总线；②、③、⑦、⑧是由PLC为基础的控制系统发展而来，本质上以远程I/O总线技术为基础，通常不具备通过总线向现场设备供电和本征安全性能；①、⑤则由传统DCS控制系统发展而来，具有总线供电和本征安全功能；①、⑧属于现场设备级总线，②、⑤属于监控级现场总线；③、⑦则是包括两个层次的现场总线。

以上8种类型的现场总线采用完全不同的通信协议，例如：Profibus采用的是令牌环和主/从站方式；FFHSE是CSMA/CD方式；WordFIP是总线裁决方式。因此，要这8种现场总线实现相互兼容和互操作几无可能。面对这种多总线并存的局面，系统集成将面临更为复杂的任务，系统集成技术也将会有很大的发展。

1.3现场总线的新动向—工业以太网

长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛的网络技术，在IT领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来。为了促进Ethernet在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。此外，开发设备网供给商协会已经了在工厂现场使用以太网的全球性标准——以太网/IP标准。该标准使用户在采用开放的工业应用层网络的同时，能利用可买到的现成的以太网物理介质和组件，也即由多个供给商所提供的可互操作的以太网产品。随着网络技术的发展，以太网应用于工业领域所要面对的网络可确定性问题、环境适应性问题、包括总线供电和本征安全问题都会迅速得到解决。

2治理控制一体化

工业自动化领域的另一个发展趋势是治理控制系统的一体化。

2.1何谓管控一体化

在市场经济与信息时代的飞速发展中，企业内部之间以及与外部交换信息的需求不断扩大，现代工业企业对生产的治理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和治理信息结合起来。管控一体化就是建立全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，把企业的横向通信和纵向通信紧密联系在一起，通过对经营决策、治理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合治理系统。

2.2现场总线为管控一体化铺平了道路

企业信息网络是管控信息集成的基本条件，没有信息网络就不可能实现企业横向和纵向信息的沟通和汇集，建网的目标在于实现全企业范围内的信息资源共享，以及与外部世界的信息沟通。

水工业和一般企业网络大致可分为3层，即企业治理层，过程监控层和现场控制层。

管控一体化解决方案中的现场控制层由现场总线设备和控制网段构成，把传统的集散系统控制站的功能分散到了现场总线设备，此时的控制站实际是一个虚拟的控制站。现场总线技术与产品所形成的底层网络，充分发挥其使测控设备具有通信能力的特点，为控制网络与通用数据网络的连接提供了方便。企业信息网络是管控一体化的基础，现场总线则为构建管控一体化网络铺平了道路；过程监控层由局域网段以及连接在局域网段的担任监控任务的工作站或控制器组成，现场总线网络通过现场总线接口与过程监控层相连，或者监控层直接由现场总线来担当；监控站可以完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监控、报警、维护及人机交互等功能；企业治理层由各种服务器和客户机等组成，用于集成企业的各种信息，实现与Internet的连接，完成治理、决策和商务应用的各种功能。

2.3管控一体化的支持环境与系统集成

基于系统之间横向数据交换及控制系统与治理层和现场仪表间纵向数据交换日益增加，现场总线的应用越来越广泛，制造厂商的产品也日益开放。由于多种总线并存已成定局，管控系统建立统一的数据治理、统一的通信、统一的组态和编程软件的一体化解决方案受到了各厂家的重视。同时，采用分布式网络系统，采用C/S或B/S结构，可以在实现企业各层次功能模型的同时，实现网络连接在结构上的简化，从而形成以实时和关系数据库为中心的数据集成环境，为实现数据资源共享的目标奠定了基础。

如前所述，在多总线并存的局面下，系统集成成为实现管控一体化信息系统的中心任务。系统集成是要按照一定的方法和策略将相同或不相同厂商的现场总线产品相互连接，并使上层应用与下层现场设备之间完成双向数据沟通，使之成为一个可以满足用户需求的整体。因此，系统集成既包括硬件产品的集成，也包括软件产品的集成。对硬件集成来说，需要借助网桥、网关沟通总线接口。一般同种总线的网段采用中继器实现网段的延伸，采用网桥实现不同速率网段之间的连接；不同类型的总线网段之间以及现场总线与以太网等异构网络之间采用网关实现互连，如公司与生产厂或其他部门距离较远时，采用公共数据网或电话网来实现局域网的连接，这在水工业的城市污水处理和截流系统、自来水厂站之间及供水管网调度系统等方面也是经常会碰到的问题。因此可以预计，今后这类通信接口产品将会变得很热门，从软件集成来说，通过OPC、ODBC等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现，能将实时控制、可视化操作、信息分析、系统诊断等功能集成到一个紧凑的软件包中，具有很大的硬件灵活性，并且可以提供与多种治理软件的连通性，从而可较为经济地解决管控系统之间的连接。

目前各个国家都在竞相开发自己的现场总线技术与产品，形成以现场总线为基础的一体化解决方案下的企业信息系统。现在已经推出产品的如西门子公司以Profibus总线为基础的PCS7、罗斯蒙特公司的基于FF总线的Plantweb等，管控一体化软件则有美国信肯通公司的ThinkDO、Lntellntion公司的iFIX等。

3对水工业自动化发展的思考