现场总线系统

第一章 现场总线控制系统（FCS）

第一节 概述

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继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、集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统。由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。

一、 现场总线的发展

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。

1、什么是现场总线

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。

现场总线技术及应用

课程作业（论文）

究与设计

题 目学生姓名 专业班级 学 号 院 （系）

基于现场总线技术的空调测控系统研

X X

自动化08-2班 200801010205 电气信息工程学院

目录

第一章 绪论......................................................... 2

1.1 引言....................................................... 2 1.2 现场总线技术................................................ 2

1.2.1 现场总线技术......................................... 2 1.2.2 现场总线概述.......................................... 3 1.2.3 现场总线的网络结构.................................... 3 1.2.4 现场总线的通讯协议........................

1-1 什么是现场总线？现场总线出现的历史背景是怎样的？

定义：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。它广泛应用于制造业、流程工业、楼宇、交通等领域的自动化系统中。

背景：从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是4一2OmA的模拟信号标准。20世纪70年代，数字式计算机引人到测控系统中，而此时的计算机提供的是集中式控制处理。20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌人到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。

随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。与此同时，基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通

现场总线结课论文

测控技术与测控网络系统

学科设计（论文）

题 目：现场总线技术及其应用

——CAN总线

学生姓名：

学 号：

专业班级：

指导教师：

年 月 日

现场总线结课论文

一、摘要

在当今信息化，网络化新科技时代，网络测控技术已被广泛地应用于工业产品生产、自动控制、科学研究等方面，而且在工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等领域也发挥出它的强大功能。而现场总线技术的不断进步不仅代表了测控技术的快速发展，同时也带动了各个领域向着更高一层的自动化、网络化、智能化不断前进。而控制器局域网总线CAN 的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视，它在汽车领域上的应用是最广泛的。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。

本文以控制器局域网总线CAN为例，主要介绍了当今被广泛使用的CAN总线的基本原理，并通过诸多实例加以说明。以空调为例构建了一个网络化的测控系统，为空调系统的发展提供一个实例。最后又根据CAN总线的原理和功能总结了时下CAN总线的优缺点，同时根据CAN总线在实际生产生活中

课程论文

现场总线技术

题 目： CAN总线通信系统设计 学院（系）： 信息工程学院专业班级： 学生姓名： 学号 ：

指导教师： 年 5

月 20日

2013

摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计

算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN(Controller Area Network)属于现场总线的范畴，是一种多主方式的串行通讯总线，数据通信实时性强。与其它现场总线比较而言，CAN总线具有通信速率高、容易实现、可靠性高、性价比高等诸多特点。

CAN总线是控制器局域网总线(contr01ler AreaNetwork)的简称。属于现场总线的范畴，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及独立的设计而被广泛应用于工业现场控制系

现场总线技术及应用

课程作业（论文）

究与设计

题 目学生姓名 专业班级 学 号 院 （系）

基于现场总线技术的空调测控系统研

X X

自动化08-2班 200801010205 电气信息工程学院

目录

第一章 绪论......................................................... 2

1.1 引言....................................................... 2 1.2 现场总线技术................................................ 2

1.2.1 现场总线技术......................................... 2 1.2.2 现场总线概述.......................................... 3 1.2.3 现场总线的网络结构.................................... 3 1.2.4 现场总线的通讯协议........................

作业1

2．与其他控制系统相比，现场总线控制系统有哪些优点？

（1）具有较高的性能价格比。系统综合成本及一次性安装费用减少近40%。由于导线、连接附件的大幅度减少，使原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度地减少。

（2）系统性能大幅度提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶，数据传输更可靠，数据响应更快速，抗干扰能力更强。许多总线在通信介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定，从而确保总线能够通信快速、完全可靠地进行。

（3）系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通信故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态。

（4）采用数字信号通信，有效提高了系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。

（5）采用本质（征）安全型总线，更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可能性。

3．如何理解现场总线系统的拓扑结构？ 通常有总线型、环型、星型以及混合型等

4. 现场总线控制系统由哪几部分组成？ 信息层 、 过程监控层 和 现场设备层 。

现场总线作业汇总

第一章 现场总线概述

? 作业：

1、说明现场总线的本质是什么？

2、说明现场总线的结构特点，试比较DCS结构与FCS结构。 ? 思考题：

1、计算机网络与工业控制的联系以及区别。 2、ERP的最终目的是什么？

3、目前存在多种现场总线标准，你对哪一种现场总线标准感兴趣？为什么？

第二章 数据通信与网络互连

? 作业：

1、请简述现场控制网络。 2、什么是本质安全？ ? 思考题：参考资料 1.总线操作过程的内容是什么？

总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。 2.寻址方式有几种？物理寻址 逻辑寻址 广播寻址 3.何谓现场总线的主设备、从设备？

第三章 串行通信接口技术

1、RS-232接口和RS-485接口的区别是什么？ 2、什么是Modbus 通信协议？

第四章 CAN总线

1、CAN总线的报文传送有几种不同类型的帧表示和控制？P92 2、任给CAN总线一个6位二进制序列，试画出两个互补逻辑值的序列图。

3、画图说明CAN总线位的数值表示，并说明任意两点间的最大距离。

第五章 LonWorks智能控制网络

? 作

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应―减少线束的数量‖、―通过多个LAN，进行大量数据的高速通信‖的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。 现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：

首先,

现场网络

1、CAN总线的主要技术特点、技术规范、报文帧类型、帧结构、网络控制体系以及常见的CAN通信控制器 主要技术特点:

?CAN网络上的节点不分主从

–任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活 ?CAN采用非破坏性的总线仲裁技术 -载波监听多路访问、逐位仲裁 -先听再讲

-当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。 ?CAN网络上的节点具有不同的优先级 –可满足对实时性的不同要求

–高优先级的数据可在134微秒内得到传输

?通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”

?CAN的直接通信距离

–最远可达10km（速率5kbps以下）；

–通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m）。 ?CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为 –可达110个； ?报文标识符：

–CAN2.0A为2032种

–CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制 ?CAN为短帧结构，传输时间短，受干扰概率低

?CAN节点具有良好的检错功能，出错率低–节点中均有错误检测、标定和自检能力。