HART现场总线技术简介

HART现场总线技术

随着自动化技术的不断发展，现场总线技术的逐渐成熟已成为21世纪自动化领域中的主导技术；随着仪表智能化和通信数字化技术的发展，现场总线已经发展成为集计算机网络、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System），FCS系统改变了传统的信息交换方式、信号制式和系统结构，改变了传统的自动化功能、概念和结构、形式，也改变了系统的设计和调试方法。根据国际电工委员会IEC的标准和现场总线基金会的定义，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结构的通信网络。

现场总线控制系统FCS与传统控制系统相比，他使用了数字化的信号传输技术，采用了分散化的系统结构，使系统具有方便的互操作性、开放的互联网络、多种信号传输介质和拓扑结构等优点，但是其相应地应用要求也很高。FCS要求现场仪表，包括变送器和执行器，是传输全数字化信号的智能装置。基于420mA的模拟设备还广泛应用于工业控制各个领域的今天，要快速实现全数字化是不现实的。为满足从模拟到全数字的过渡，我们需要一种既支持新型智能仪表的数字信号又兼容传统的模拟信号的过渡期协议，1986年Rosemount公司提出的HART协议就是最具代表性和普遍性的一种。

一、HART总线技术特点

HART （Highway Addressable Remote Transducer）协议是可寻址远程变送器数据通道协议的简称，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间双向通信的协议规程。他是在4～20mA的模拟信号上叠加FSK （Frequency Shift Keying，频移键控）数字信号，可以兼容模拟和数字两种信号。1993年成立了HART 通信基金会HCF （HART Communication Foundation），随着越来越多公司的加盟，基于HART协议产品的增多，他的重要性得到了普遍的认同。

按照现场总线的定义HART通信协议，并不完全符合现场总线技术要求。可以说它并不是真正意义上的现场总线技术，只是模拟系统和数字总线之间的一种过渡措施。但是HART 协议毕竟向现场总线迈进了一步。符合HART 协议的现场仪表，在不中断过程信号传输的情况下，在同一模拟回路上同时进行数字通信，使用户获得了诊断和维护的信息以及更多的过程数据。经过近20年的发展，HART协议技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。HART协议构成的现场总线系统HF与传统的DCS和真正意义的现场总线控制系统FCS的比较见表1。

下面我们来具体介绍一下HART协议的技术规范。

二、HART通信技术协议

1．HART协议的分层

HART现场总线使用国际标准化组织ISO规定的开放式系统互联OSI七层模型中的第1、2、3、4层和第7层，即物理层、数据链路层，网络层、传输层和应用层。

（1）物理层：HART协议的物理层规定了信号的传输方法、传输介质，HART支持模拟信号和数字信号在同一线路上传输。HART协议的物理层使用了Bell202标准的频移键控（FSK）信号，即在4 ～20mA 模拟信号上叠加了±0.5mA 的数字信号，由于数字FSK

信号相位连续，平均值为零，所以不影响4 ～20mA 模拟传输，从而使模拟信号和数字

通信同时进行，而不互相干扰。在HART 协议物理层中规定，通信传输速率为1200 波特，数字信号用两个频率表示：1200Hz 代表逻辑“1”，2200Hz 代表逻辑“0”，如图1 所示。

图1.HART 协议通信的FSK 信号

图2为HART协议的数字和模拟信号叠加后同时传输的示意图。通信介质的选择视传输距离长短而定，采用双绞线传输时最大传输距离可达1500m，线路总阻抗应在230 ～1100Ω之间。

图2.HART 数字通信信号叠加在电流环上（2）数据链路层规定了HART帧的格式，实现建立、维护、终结链路通讯功能。HART 协议的数据链路层规定了通信帧格式、通信模式、用户接口原语等。比如规定了在HART 通信中，每个字符由11 位组成，包括1 位起始位、8 位数据位、1 位奇偶校验位、1 位停止位。其数据结构长度不固定，最长25B，寻址范围0～15，当地址为0时，则处于4～20mA 的DC与数字通信兼容状态；当地址为1～15时，则处于全数字通信状态。通信模式为"问答式"或"突发式"。

HART通信基于主/从（Master / Slave）协议原理，只有在主站呼叫时，现场设备才传送信息。在一个HART总线上，可以同时存在两个主设备，第二主设备通常为手持器。在这种模式下，由于每次数据的传送都必须有主设备发起，所以数据更新速率比较低。当需要更高的数据更新速率时，可以是从设备工作在突发（Burst）模式。当从设备进入突发模式后，将不断的发送指定的HART响应信号，直到主站发送命令使其退出突发模式。当挂接多个从设备时，模拟信号作废，通信方式只能以数字信号传输。这时，从设备的轮巡地址设为非零，将使其工作在多点模式。在多点模式下，4-20mA模拟信号作废，流经从设备的回路电流固定在4mA。由于每个从设备都具有唯一的长设备地址，所以主设备可以对每一个从设备进行操作，此时通讯方式只能是主从模式。

（3）网络层提供路由、端到端安全及传输服务。它管理与通信设备之间端到端通信的“会话”

（4）传输层可以被用来确保端到端通信的成功。

（5）应用层规定了强大的命令集。HART通讯基于命令，也就是主站发送命令，从站接受命令并作出相应的响应。

HART命令可分为3类命令:第1类是通用命令，适用于遵守HART协议的所有产品，目的是使来自不同供应商的使用HART协议的设备之间具有互操作性，并在日常工厂操作中访问数据，即读取过程测量值，上线、下限范围，和其他一些信息，诸如生产厂家、型号、位号及描述等；第2类是普通命令，用来访问那些大多数但并非全部设备所具有的功能。这些命令可选，但如果实现，必须被特殊说明，这些命令用于常用的操作如写阻尼时间常数等；第3类是特殊命令，适用于遵守HART协议的特殊设备，他不要求设备间的统一，大多数用于设备参数组态、标校等。

在每一个HART命令相应中包含设备状态信息，指出设备失效或其他问题，例如模拟输出饱和、变量超限或通讯错误等。一些HART协议兼容设备可以连续检查设备状态位，在发现问题时，发出警报或停车。HART协议是一个开放的协议，对于厂家生产的具有特

殊功能的产品，HART提供了设备描述语言DDL（DeviceDescriptionLanguage）以确保互操作性。

2． HART协议

HART协议规定了传输的物理形式、消息结构、数据格式和一系列操作命令，是一种主从协议。当通讯模式为"问答式"的时候，一个现场设备只做出被要求的应答。HART协议允许系统中存在2个主机（比如说，一个用于系统控制，另一个用于HART通信的手操仪），如果不需要模拟信号，多点系统中的一对电缆线上最多可以连接15个从设备。HART 通信采用半双工的通信方式，在HART 协议通信中, 主要的变量和控制信息由4~20mA 传送, 在需要的情况下, 另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART 协议访问。HART操作器能从带HART 协议的仪表中提取管理信息, 包括生产厂商、设备类型、设备编号、描述、量程、传感器上下限、工程单位、阻尼时间、传递函数等；能从HART 仪表中提取测量信息, 包括主变量、电流、量程百分比等；能对HART 仪表进行组态, 包括节点地址、主变量量程上下限、工程单位、阻尼时间、传递函数等。现代工业生产中存在着多种不同的主机和现场设备，要想很好地使用他们，完善的通讯协议是必须的。下面我们将对每一部分逐一进行介绍:

2.1 物理形式

物理形式，我们已经对HART分层中的物理层进行了介绍，HART就是利用BELL202标准的。FSK信号以1200b/s 加载在4～20mA的模拟信号上。他具有0平均值，不会干扰模拟信号。

2.2 消息结构

如图3所示，一条消息包括源地址、目的地址和一个校验位。每一个应答消息中包括现场设备状态，他用于确保持续通讯的顺畅进行。数据位可有可无，视具体情况而定。一般每秒种可以传输2～3条消息。

图3.HART消息结构

HART5.0以前版本的设备一般采用"短结构"，单一的现场设备如果只利用4～20mA电流信号进行测量时，从设备的地址都是0；否则，对于多设备而言，从设备的地址是从1～15，这种短结构的地址采用"随选"的方法，随机分配1～15中的一个。HART5.0版本推出了"长结构"，这种格式的从设备地址具有独一无二性，如同每个网卡中物理地址一样，全世界范围内都没有重复，一般占5个地址字节中的38位。这38位地址信息包含了生产厂家的代码、设备型号码和设备识别码。这种格式减少了误传输和误接收的可能性。现在大多数主机设备既能支持长结构又兼容短结构，当从机的应答信号中没有"惟一"标识码时，HART5.0及其以上的版本提供的0号命令，就可以用于短帧中的设备地址识别。也就是说，主机将根据应答信号中是否具有"惟一"标识码来决定结构格式为"长"还是"短"。我们从图2中可以简单地看出一般消息帧的组成，其中：

（1）PREAMBLE 导言字节，一般是5～20个FF（十六进制字节）。他实际上是同步信号，各通讯设备可以据此略做调整，保证信息的同步。在开始通讯的时候，使用的是20个FF导言，从机应答0信号时将告之主机他"希望"接收几个字节的导言，另外主机也可以

用59号命令告诉从机应答时应用几位导言。

（2）START 起始字节，他将告之使用的结构为"长"还是"短"、消息源、是否是"突发"模式消息。主机到从机为短结构时，起始位为02，长结构时，起始位为82。从机到主机的短结构值为06，长结构值为86。而为"突发"模式的短结构值为01，长结构为81。一般设备进行通讯接收到2个FF字节后，就将侦听起始位。

（3）ADDR 地址字节，他包含了主机地址和从机地址，如前所述，短结构中占1字节，长结构中占5字节。无论长结构还是短结构，因为HART协议中允许2个主机存在，所以我们用首字节的最高位来进行区分，值为1表示第一主机地址，第二主机用0表示。"突发"模式是特例，0，1值将交替出现，也就是说，在该模式下，赋予2个主机的机会均等。次高位为1表示为"突发"模式，短结构用首字节的0～4位表示值为0～15的从机地址，第5，6位赋0；而长结构用后6位表示从机的生产厂商的代码，第2个字节表示从机设备型号代码，后3～5个字节表示从机的设备序列号，构成"惟一"标志码。如图4和图5所示。

图4.短帧地址结构

图5.长帧地址结构

另外，长结构的低38位如果都是0的话表示的是广播地址，即消息发送给所有的设备。

（4）COM 命令字节，他的范围为253个，用HEX的0～FD表示。31，127，254，255为预留值。

（5）BCNT 数据总长度，他的值表示的是BCNT下一个字节到最后（不包括校验字节）的字节数。接收设备用他可以鉴别出校验字节，也可以知道消息的结束。因为规定数据最多为25字节，所以他的值是从0～27。

（6）STATUS 状态字节，他也叫做"响应码"顾名思义，他只存在于从机响应主机消息的时候，用2字节表示。他将报告通讯中的错误、接收命令的状态（如:设备忙、无法识别命令等）和从机的操作状态。如果我们在通讯过程中发现了错误，首字节的最高位（第7位）将置1，其余的7位将汇报出错误的细节，而第2个字节全为0。否则，当首字节的最高位为0时，表示通讯正常，其余的7位表示命令响应情况，第2个字节表示场设备状态的信息。UART发现的通讯错误一般有:奇偶校验、溢出和结构错误等。命令响应码可以有128个，表示错误和警告，他们可以是单一的意义，也可以有多种意义，我们通过特殊命令进行定义、规定。场设备状态信息用来表示故障和非正常操作模式。

（7）DATA数据字节，首先我想说明的是并非所有的命令和响应都包含数据字节，他最多不超过25字节（随着通讯速度的提高，正在要求放宽这一标准）。数据的形式可以是无符号的整数（可以是8，16，24，32b），浮点数（用IEEE754单精浮点格式）或ASCII字符串，还有预先制定的单位数据列表。具体的数据个数根据不同的命令而定。

（8）CHK奇偶校验，方式是纵向奇偶校验，从起始字节开始到奇偶校验前一个字节为止。另外，每一个字节都有1位的校验位，这两者的结合可以检测出3位的突发错误。通常情况下，在"应答模式"下1s可以2次通讯，在"突发模式"下，每秒钟可以传送3条消息。

2.3 操作命令

2.3.1 操作命令分类介绍

操作命令处于应用层，包括通用命令、普通命令和特殊命令。通用命令的范围从0～30，如表2所示。

表2.通用命令

普通命令是从32到126。他提供了大多数设备的功能命令，如表3所示。

表3.普通命令

普通命令中的123和126号命令并非"公共"的，他们专用于生产厂家在生产设备时输入的设备的特殊信息，一般用户是不会改动的，像设备识别号之类。也可以用于直接读、写存储器。特殊命令的范围是从128～253，他提供给现场设备专用的功能。早先的设备特殊命令常常将设备型号码作为数据中的第1个字节，以保证命令传输给正确的设备。在HART5.0版本之后，由于惟一标识码的使用，就省略掉了这步骤。用户若要使用不同设备的特殊命令时可以参照厂家提供的设备文档。

2.3.2 常用重要命令介绍

（1）0号和11号命令用于识别现场设备。我们知道无论采用长结构还是短结构都可以标识现场设备，应答0号命令的信息中就包含了对不同设备的标识；然后，主机建立不同的标志，为随后的长结构命令做准备。在HART4.0版本及以前，传输类型码分为2字节:一个是生产厂商代码，另一个是设备类型代码。而两个字节还可以节略。到了HART5.0版本就必须使用充扩的代码表示设备信息，还用ID号代替了最终流水线号。一个主机通常以0号命令开始通讯，赋予随选地址0，然后扫描1～15地址，看谁期待操作，显然由于HART5.0版本后的设备，主机可以使用11号命令，再带一个全0的广播地址，外加命令中的标志作为数据，等待着具有相同标志的从机响应，而应答的11号命令等同于0号命令。

（2）2和3号命令用于读取不同形式中的测量变量。命令2和3中有以mA为单位的电流值，电流值只有在设定输出范围内才可以作为主参量PV，而在其他时候，像复用模式、

输出量可变、饱和或设备错误都不能如此使用。尽管PV和其他动态变量不受设定输出范围的限制，但是却必须受限于传感设备。

（3）6号命令用于随选地址的设定。设定为0，该设备就在点到点的模式工作，产生模拟输出信号；设定为1～15，设备就工作在多点模式中，输出电流值固定为4mA。（4）12号和19号命令用于读、写一系列设备信息。HART4.0版本及以前使用4号和5号命令实现此功能。

2.4 数据格式

如果传送的命令不成功，那么响应中就不包含数据。成功的"写"或"命令"命令的响应消息与命令消息中的变量成分、格式相同；然而响应值是从现场设备内存中取出的，是一个近似值。数据所占的字节和格式视不同的命令而定，具体的规则可以查询相关的资料。

3．看实例了解HART消息结构

3.1 例1:主机到从机

上面是主机到从机发送的一条消息。前5个字节值都为FF，显然他是导言字节。接着的82起始字节，表示主机到从机发出的长结构的消息。后5个字节“A6，06，BC，61，4E”是地址字节化为二进制表示。

可见首字节A6的最高位为1表示主机，次高位为0表示非突发模式，后面的几位表示设备的惟一标号:"100110"是生产厂家代码，值为38，是Rosemount公司的代码；后一字节06是设备型号代码，06代表的型号是3051C；后面的3个字节是设备识别号，本例中的值为12345678。再接下来的01是命令字节，表示1号命令，即读取PV值，后面的00是表示数据的长度，本例中无数据，值为0，最后是校验字节B0。

3.2 例2:从机到主机

上面表示的是从机到主机的一条消息。本例大部分与例1相似，不同的是数据字节不再为0，其中的06表示单位PSI，后面的4个字节是用浮点数表示的值，为5.5。并且由于本例是由从机到主机的应答消息，所以存在着状态位，即本例中的"0000"，表示"OK"。

3.3 例3:突发模式

似的地方我们不再介绍。注意到状态字节"0060"后的字节"413FA000"，他表示的是当前的电流值，计算后是11.9766，后面的27表示单位mA，像后面的39表示"%"一样。数据字节中"42476000"，"BF066000"，"41950000"分别表示"SV"，"TV"，"FV"表示方法与PV相同。经过解释后的消息可以表示为:"LBTXS/RdAllPv/026/0060/11.9766/mA/11.9766/%/

49.8438/psi/-0.524902/%/18.625/D4"。

三、HART协议物理层设计实现

根据HART协议物理层的要求，设计物理层电路如图6所示。其中HT2015是美国SMAR 公司新近推出的专为HART设备设计的第二代低功耗调制解调器，只需外接少量元件即可构成完整的HART信号的调制解调。HT2015内部包含5个主要模块：振荡器模块，控制逻辑模块，载波检测模块，调制及发送波形整形模块，接收滤波器及解调模块。HT2015中引脚ORXD 和ITXD 分别和CPU 的异步串行通讯口发送和接收端相连接。当主设备发送命令时，电流环上的HART信号送到HT2015 的接收滤波器进行滤波和解调为“0”、“1”数字信号，CPU 接收到有效的HART通信帧后进行命令解释，然后返回相应的通信数字信号，经HT2015 调制和波形整形后通过电容C0 加到AD421 的C3 端。OCD 为载波检测输出，当IRXA 端检测到有效的输入时，OCD 端变高，CPU 可以通过检测OCD 信号进入接收状态。INRTS 是发送请求端，当CPU 要返回命令时，INRTS 电平变低，发送数据就可进入调制及发送波形整形模块。图中的R5 和R6 将基准电压1. 235V 分压以保证VIAREF - VICDREF = 80mV。C9，R9，C20，R23，R25，C32 等阻容元件和HT2015 的内部放大器一起构成接收有源滤波器，这些阻容元件的参数选择HT2015 的数据手册中都有规定。

AD421是美国模拟器件公司生产的16 位Σ- Δ数模转换器，可将输入锁存器中的数字量转换为4 ～20mA 电流信号，故称为电流环数模转换器，和HART完全兼容。Σ-Δ结构在高分辨率下保证0.01%的线性度，在工业控制环境相对较低的带宽下特别实用。AD421 在时钟（AD421CLK）的控制下，输入移位寄存器把DATA引脚上的数据逐次读入，LATCH 锁存脉冲把寄存器的数据锁存到DAC中，转换为相应的电流，然后经过三级阻容滤波。三只电阻已集成在芯片上，三只电容必须外接在C1，C2，C3 引脚上。为满足HART 截止频率25Hz的双极点低通滤波特性，电容C1，C2，C3 应分别取0.01μF，0.5μF，0.16μF。如图6所示。DAC输出的电流送入精密电流放大器放大。精密电流放大器由运算放大器和NPN 型三极管构成（芯片内部电路），控制LOOPRTN引脚电流。HART输出信号在电流环路中应有1mA的峰- 峰值，这可以通过在C3引脚上施加适合的电压来实现。HART 应用提供了模拟和数字通信功能，因此，HART信号注入环路而不干扰模拟环路电流值是很重要的问题。C3和C0将从HT2015送来的HART调制信号进行衰减，确保HART传送期间环路中产生1mA的峰- 峰值信号。根据AD421的内部电路，C3引脚上的信号幅值应为20mV 才能在环路中产生符合要求的1mA电流。根据HT2015的调制输出幅度，可算出C0值约为6.2nF。

图6.H

AR

T协

议

物

理

层

电

路

图

四、基于HART协议的智能仪表的组成

对于一个典型的HART智能仪表，其电路组成一般包括电源模块、传感器接口电路、

A/D转换电路、MCU、D/A输出电路和HART通信电路等，如图7所示。

图7.HART智能仪表电路结构示意图

具体来说，电源模块的功能是将环路24V电压转换为+3V或者+5V供电电压，供仪表

使用；传感器接口用于向传感器提供激励，例如恒压或者恒流驱动，并且将传感器的输出

电压经适当的滤波后引入到A/D转换器的模拟输入接口；A/D转换部分对传感器输出的信

号放大后，转换为数字量供MCU使用；存储器中可以存放各种组态信息、校准参数等；D/A 输出部分完成电压到环路电流的转换；HART通信模块用于实现HART协议物理层的实现；单片机（MCU）则是整个智能仪器的核心，协调其余部分的运行，完成运算、通信等功能。HART 通信部分由HT2012、带通滤波器和输出波形整形电路等组成。A/D及电压调整电路, 将MCU输出的数字信号转换为4~20mA DC 电流信号, 作为整机输出, 实现D /A 转换。另外, 由HART 通信模块输出的经过整形后的FSK 信号,也经A/D 一起叠加输出,实现数字信号和模拟信号同时输出。A/D 自带的电压调整电路可将变送器的24V 供电电压转换成稳定的5V 电压, 给MCU、A/D、D/A 等芯片供电。

在HART协议智能仪表的设计中，关键性的问题是必须解决低功耗的问题。由于HART 通讯协议规定，有±0.5mA的电流叠加在环路4-20mA上，并且在许多智能仪表中，都要求报警电流至少可以低至3.9mA，所以整个仪表的工作电流必须限制在3.4mA以下。因此在电路设计中，各个部分均要选用高集成度、低功耗器件。

五、结束语

HART 通信协议控制系统的最大特点是同时具有模拟和数字两种信号的传输功能。用户在控制系统中可以将具有HART 协议的智能仪表与常规模拟仪表一起混合使用并逐步实现控制系统的数字化，是目前最有效的过渡方式。尽管从发展趋势看HART协议技术最终会被全数字化的现场总线通信协议所替代，但这仍然是一个漫长的阶段。因此在今后很长一段时期内，HART协议产品在国内外仍然具有十分广阔的市场。

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场总线的两种有代表性的定义。 (l)ISA SP50中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即场地级设备)之间以及与更高层次自动控制领域的自动 化控制设备(即车间级设备)之间的联系。 这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备，包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。 (2)根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：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、多分支结构的通讯网路。现场总线的本质含义表现在以下6个方面： a)现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。 b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。 c)互操作性：现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力，而希望选用各制造商性能价格比最优的产品，并将其集成在一起，实现“即接即用；用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成他所需要的控制回路。这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。 d)分散功能块：FCS废弃了DCS的输入／输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如，流量变送器不仅具有流量信号变换、

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层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。 现场总线就是 在这种实际需求的驱动下应运产生的。 它作为过程自动化、 制造 自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络， 沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络 之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。 由于标准实质上并未统一， 所以对现场总线的定义也是各有 各的定义。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。 (l) ISA SP50 中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的 数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备(即 场地级设备)之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设 备(即车间级设备)之间的联系。 这里的现场设备指最底层的控制监测、 执行和计算设备， 包 括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪 表产品。 (2)根据国际电工委员会 IEC 标准和现场总线基金会 FF 的 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、 多分支结构的通讯网路。 现场总线的本质含义表现在以 下 6 个方面： a)现场通讯网路： 用于过程以及制造自动化的现场设备或现 场仪表互连的通讯网路。 b)现场设备互连：现场设备或现场仪表是指传感器、变送器

工业现场总线协议解析

工业现场总线协议解析 工业网络通常采用现场总线协议，通过实时和可靠的分布式控制功能来连接生产车间中的仪器仪表和机械设备，比较容易并且可靠的控制所实现的系统。现场总线标准应用非常广泛，大量已经安装的设备都采用了现场总线。但是，大部分这些现场总线标准都是基于(已有的)串行通信协议标准(与RS485或者RS232相似)，没有充分发挥应用广泛的以太网技术的优势。 随着系统复杂程度的增加，大部分现场总线难以满足平台通用性和系统性能的要求。这促使设备生产商转向采用基于以太网的通信技术，实现高性能、低成本和很好的通用性。很多现场总线标准都已经集成到工业以太网协议中，采用很少的控制功能，实现实时通信和工业互联，同时保护了在现场总线软件和已有设备上的投入。 控制区域网(CAN)是一种广播、差分串行总线标准，工作在干扰较大的电力机械(噪声)环境中。CANopen建立在自动化应用CAN (例如，数据链路层和物理层)基础上，能够实现百分之百的数据完整性，而采用以太网无法满足这一要求。 DeviceNet是设备级网络，为工业自动化提供可靠、高效的数据处理功能。ControlNet是一种实时、确定性、可重

构的控制层网络，适用于数据和消息的高速传送。DeviceNet 和ControlNet的应用层基于公共工业协议(CIP)层，它也用于Ethernet/IP中。这些协议目前由独立开放设备供应商协会(ODV A)管理。 LonWorks是用于开发照明和HV AC等自动化/控制应用的流行协议标准。LonWorks网络设备可使用各种介质，包括双绞线、电源线、以太网、光纤和RF等。 Modbus是为可编程逻辑控制器(PLC)应用开发的免版税开放串行通信协议。Modbus支持很多设备连接在同一网络上，例如监控以及数据采集(SCADA)系统中管理计算机和远端单元(RTU)的连接等。Modbus基本结构由Modbus/IDA进行管理，这一自动设备独立用户和供应商组织希望能够推动这一协议标准的广泛应用。 过程现场总线(PROFIBUS)是一种现场总线协议。对于分散外围设备和过程自动化(DP和PA)这两种PROFIBUS，在分散生产和过程控制中，PROFIBUS DP一般通过中央控制器对传感器和激励器进行控制。应用较少的PA主要用于监视测量设备。经过多年的应用，PROFIBUS在生产和过程自动化方面都得到了广泛认可。Profibus国际组织(PI)不断完善并推进PROFIBUS技术的应用。 串行实时通信系统(SERCOS)接口为运动控制、数字伺服驱动和输入/输出(I/O)设备提供标准、实时、高性能通信链接。

现场总线技术及其应用研究论文

现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势

第一章绪论 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。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、

工业自动化领域各种总线+协议+规范+接口

工业自动化领域各种总线+协议+规范+接口 用于下位控制级的传感器 AS-interface 至上位控制层，布线简单、经济。 interface 62026-2 AS-Interface 是用于连接执行器和传感器的现场总线通 讯方案。 Building Automation Control Network

用于执行器 对总线带宽的有效利用使得 够在数据传输速率相对较低的情况下实 较短的系统响应时间。 点有：数据安全性高，能够保留多 力。 主要针对亚洲市场的现场总线 CC-Link 控制与通信链路）是一种开放式总线系统，用于控制级和现场总线级之间的通讯， 范围主要为亚洲地区。 标准化现场总线 ControlNet 统。 同时通过总线进行交换， 响。

楼宇自动化领域的通讯标准 DALI 协议， 器的互用性。 光器接口。 数字可寻址照明接口（ Addressable Lighting Interface 宇自动 制。 百叶帘或温度控制，可直接与楼宇管理统进行通讯。 采用 DeviceNet 统， 区也得到越来越多的应用。 CAN 总线。

楼宇自动化领域的通讯标准 EIB 总线） 主要在欧洲地区广泛应用。 免维护、无需电池、无需接线 是一种无线技术。 主要用于楼宇自动化： 不同的设备模块（比如一个灯的开关）内嵌了 制该设备。 EtherCAT Technology 网）是用于工业自动化的以太网解决方 具有性能优异和操作简单等特点。

来自 Ethernet/IP Vendor Association 商协会）制定的工业以太网标准，它以Ethernet TCP/IP 网络总线 以太网是办公领域的一项重要标准， 所具备的很多优点，如传输速率高、与现有网络的集成简单、 多等，在 充分体现。 符合

Lonworks总线及其应用

Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 现场总线是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的。 随着微处理器与计算机功能的不断增强和价 格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自 动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产 现场与外界的信息交换。现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点 数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.wendangku.net/doc/6b1469000.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求， 设备一对一的分别进行连线的结构 形式。把原先 DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有 通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底 的分散控制。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产 品组成开放互连的系统。 系统间、 设备间可以进行信息交换， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、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，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、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 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通

现场总线综述及应用实例.

现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统技术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。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，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以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。

二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）

现场总线技术论文

总线技术论文 1．引言 1.1 计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS 现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。 现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.2 现场总线结构模型 现场总线的模型结构在低层(1、2层)是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。 IEC定义为3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。 ISA/ SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。 1.3 现场总线主要特点 1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络； 3) 安装与接线费用低； 4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。 1.4现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推广更加容易。

现场总线及通讯协议

现场总线及通讯协议 现场总线的现状和未来发展 一、引言 计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。现场总线(field bus)是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。 二、现场总线的产生 纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。 1、模拟仪表控制系统 模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。 2、集中式数字控制系统 集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。采用单片机、PLC、SLC 或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。 3、集散控制系统（DCS） 集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技

现场总线技术在电力自动化中的应用

现场总线技术在电力自动化中的应用 1、概述 现场总线（Fieldbus）是当前自动化领域的热门话题，被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。 2、现场总线 现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的，用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线系统FCS称为第五代控制系统，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DSC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。

2.1 特点 现场总线技术是计算机，网络通讯、超大规模集成电路、仪表和测试、过程控制和生产管理等现代高科技迅猛发展的综合产物，因此现场总线的内涵现在已远远不是指这一根通讯线或一种通讯标准。现场总线的控制系统在精度、可靠性、经济性等许多方面都要比传统的控制系统要优越得多，其主要特点如下。 A 系统的开放性。 传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通讯。在ＦＣＳ中, 工作站同时靠挂于现场总线和局域网两层网络，通过后者可以与其它计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，没有专利许可要求，实行技术共享。它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。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。 B 可操作性与互用性 不同厂家生产的DCS产品不能互换，要想更新技术和设备，只能全部更换。FCS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。不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

fieldbus协议

竭诚为您提供优质文档/双击可除 fieldbus协议 篇一：几种主要现场总线协议的特点 几种主要现场总线协议的特点 绿洲驿站20xx-3-119:36:35 现场总线在发展的最初，各个公司都提出自己的现场总线的协议，如ab公司的 devicenet,tuRck公司的sensoplex,honeywell公司的sds，phoenix公司的interbus-s，以及seriplex,asi等。经过十几年的发展，现场总线的协议逐渐趋于统一，针对制造业自动化，devicenet在北美和日本用的比较普遍，pRoFibus-dp在欧洲用的比较普遍。针对过程自动化，pRoFibus-pa和FoundationFieldbus占据大部分市场。其他的总线协议如asi、interbus-s、sensoplex在某些特殊的领域也有一些市场，下面分别介绍各种总线的一些特点。 1、pRoFibus，最快的总线，世界范围的标准。 pRoFibus是在1987年，由德国科技部集中了13家公司和5家科研机构的力量，按照iso/osi参照模型制订的现场总线的德国国家标准。最近，在欧洲通过投票，成为欧洲的

标准en50170。主要由拥有400多个公司成员的pRoFibus用户组织（pno）进行管理。 pRoFibus由三部分组成，即pRoFibus-Fms，pRoFibus-dp 及pRoFibus-pa。其中，Fms主要用于非控制信息的传输，pa主要用于过程自动化的信号采集及控制。pRoFibus-dp是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通讯的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个i/o点的时间少于1ms。 pRoFibus是世界范围的标准，取得了很大的成功：至少1，000，000套设备投入运行，超过600家成员公司，超过1100种pRoFibus产品。 2、devicenet通用型、低价位的总线 devicenet（设备网）是一种低价位的总线，它可连接自动化生产系统中广泛的工业设备。在制造业领域，设备网遍及全球，尤其是北美和日本。最初是由ab公司设计，现在已经发展成为一种开放式的现场总线的协议，其管理组织odVa由全球多家公司组成，提供设备网的产品，支持设备网规范的进一步开发。devicenet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、插件、站等产品进行长距离通讯。并且能够提高设备级的诊断能力。相对于pRoFibus-dp，devicenet具有更强大的通讯功能，支持除了主-从方式之外的，多种通讯方式，

工业自动化领域各种总线协议规范接口.doc

工业自动化领域各种总线+协议 +规范 +接口 工业自动化总标识特点简介说明线/ 协议 / 接 口的名称 ASI 用于下位控制级的传感器/ 执行器总线 ? AS-interface用于将传感器和执行器连接至上位控制层，布 线简单、经济。 AS interface符合国际标准EN 50295和IEC 62026-2 标准。 ? 【整理】ASI 接口 / 协议/ 规范 AS-Interface（AS-i =执行器/传感器接口）? 是用于连接执行器和传感器的现场总线通讯方案。 BACnet==楼宇自动控制网络数据通讯协议Building Automation Control Network 【整理】工业自动化之 楼宇自动化之通讯协 议： BACnet ? CANopen 用于执行器/ 传感器领域的多主站总线? 对总线带宽的有效利用使得 CANopen能够在数据传输速率相

对较低的情况下实现较短的系统响应时间。CAN 总线的主要 优点有：数据安全性高，能够保留多主站能力。 ? CC-Link主要针对亚洲市场的现场总线 CC-Link （ Control & Communication Link，控制与通信链路） 是一种开放式总线系统，用于控制级和现场总线级之间的通讯， 应用范围主要为亚洲地区。 ? ControlNet标准化现场总线 ControlNet是一种开放式标准现场总线系统。该总线协议允许 循环数据和非循环数据同时通过总线进行交换，而两者之间互 不影响。 DALI 楼宇自动化领域的通讯标准? DALI 标准（ IEC60929）是一种跨越厂商的协议，其目的是在照 明应用中确保电子镇流器的互用性。这个新标准用于替代1-10V 调光器接口。 ? 数字可寻址照明接口（ DALI，Digital Addressable Lighting Interface）是一种楼宇自动化标准，用于电子镇流器的数字【整理】工业自动化总线之楼宇自动化之照明接口： DALI

现场总线技术的现状及其发展前景

现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：+++ 班级：电气112 班 学号：11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年11 月17 日

现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。 1.2现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时

(完整版)DeviceNet现场总线协议讲解

DeviceNet 现场总线协议讲解 Devicenet 简介: DeviceNet 是由美国Rockwell 公司在CAN 基础上推出的一种低成本的通信链接，是一种低端网络系统。它将基本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。DeviceNet 是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同量，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。现场总线系统的结构和技术特点 1. 现场总线的历史和发展 现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧下降，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底层的测控自动化系统，采用一对一联机，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就

必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通讯系统，形成工

厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通讯，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运产生的。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间的互连通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。 由于标准实质上并未统一，所以对现场总线的定义也是各有各的定义。下面给出的是现场总线的两种有代表性的定义。 （l） ISA SP50 中对现场总线的定义。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了过程控制领域的基本控制设备（即场地级设备）之间以及与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。 这里的现场设备指最底层的控制监测、执行和计算设备， 包括传感器、控制器、智能阀门、微处理器和内存等各种类型的仪表产品。 （2）根据国际电工委员会IEC 标准和现场总线基金会FF 的定义：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、多分支结构的通讯网路。现场总线的本质含义表现在以下6 个方面： a）现场通讯网路：用于过程以及制造自动化的现场设备或

现场总线协议及应用

常熟理工学院电气与自动化工程学院 《现场总线技术》课程论文题目：现场总线协议及应用 姓名： 学号： 班级： 指导教师： 日期：

1.现场总线的概念 根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）的定义，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、多分支结构的通信网络，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。现场总线技术以其鲜明的特点和优点很快进入各个领域 2.现场总线控制系统的结构及其特点 国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取，它是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。现场总线控制模式具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点，是工业自动化发展的趋势。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，较著名的有基金年现场总线FF、CAN现场总线、PROFIBUS现场总线、HART现场总线、LONWORKS现场总线等。 3.现场总线协议 （1）基金会总线（FF) FF现场总线基金会是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。 石油、天然气、石油化工、化工领域的项目数占FF总线全部项目数的44.9%，说明石化领域目前是FF总线最主要的应用领域。

现场总线技术的发展与应用

现场总线技术的发展与应用 摘要：现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用。为此本文阐述了现场总线的发展和多现场总线技术的应用。关键字：现场总线自动化控制系统 1概述 在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场， 发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。 现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的 有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS 现场总线、MODBUS、PHEONIG 公司的INTERBUS、AS —INTERFACE 总线等。 自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。

从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线，整个系统构造比较单一。 现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.1现场总线是一个巨大的商业机会 一项权威报告声称现场总线的应用将使控制系统的成本下降67 %;巨大的商业利益直接导致产生一个巨大的市场，并且促使传统市场萎缩，从而引发技术进步。这些对于我们行业来说都很重要，因为我们正处在新旧市场交替的关口。 1.2.现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优， 而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的