南阳理工学院控制仪表及装置结课论文学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器学生：梁梓鸣指导教师：**完成日期2014年12月南阳理工学院控制仪表及装置结课论文现场总线总结报告Field-bus Summary Report总计：毕业设计（论文）11 页表格：0 个插图： 10 幅南阳理工学院控制仪表及装置结课论文现场总线总结报告Fieldbus Summary Report学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器学生姓名：梁梓鸣学号：1302314011指导教师（职称）：李珍（高级工程师）评阅教师：完成日期：2014年12月南阳理工学院Nan yang Institute of Technology现场总线总结报告测控技术与仪器梁梓鸣[摘要]现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。
也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。
现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用，对国民经济的增长有着非常重要的影响。
现场总线逐渐在工业现场推广，不少设备不但具有传统仪表的功能，而且还具备现场总线的功能、在DCS中，现场总线被广泛应用。
［关键词］现场总线；网络；通讯Fieldbus Summary ReportMeasurement & Control Technology and Instruments Major LIANG Zi－mingAbstract:Fieldbus refers to the factory focuses on the digital communication between the measurement and control of the machine in the network,also called field network.Is the sensor, various operating terminal and communication between the controller and the controller communication between specialized network.Fiedbus production plays a very important role to the development of industry,have a very important impact on the growth of the national economy. Fieldbus is gradually popularized in industrial field,a lot of equipment not only has the function of the traditional instrument,but also has the function of fieldbus,in the DCS,fieldbus is widely used.Key words:Fieldbus;network;communication目录1 现场总线概述 (1)1.1 现场总线的产生与发展 (1)1.2 现场总线基本概念 (1)1.2.1 现场总线的定义 (1)1.2.2 现场总线技术的特点 (2)1.2.3 现场总线的优缺点 (2)2 Foundation Fieldbus (3)2.1 FF总线的技术特点 (3)2.1.1 适用于过程自动化的低速FF-H1 (3)2.1.2 内容广泛的用户层 (3)2.1.3 基于以太网的高速FF-HSE (4)2.2 FF总线通信模型 (4)2.2.1 FF-H1总线模型FF-H1 (4)2.2.2 FF-HSE总线通信模型 (5)2.3 FF总线的网络结构 (5)3 Profibus (6)3.1 Profibus总线的系统组成与技术特点 (6)3.1.1 系统组成 (6)3.1.2 系统主要特点 (6)3.1.3 主要应用领域 (7)3.2 Profibus技术 (7)3.2.1 Profibus DP (7)3.2.2 Profibus PA (9)3.3 Profibus总线通信模型 (9)3.4 Profibus总线的网络结构 (10)结束语 (10)参考文献 (11)致谢 (11)1 现场总线概述1.1 现场总线的产生与发展20世纪50年代前，过程控制仪表使用气动标准信号，20世纪60～70年代发展了4mA～20mA(DC)标准信号，直到现在仍在使用。
20世纪80年代中期在国际上开始出现，20世纪90年代初，用微处理器技术实现过程控制以及智能传感器的发展，导致需要用数字信号取代4mA～20mA(DC)模拟信号，这就形成了一种先进工业测控技术——现场总线(Fiedbus)。
1.2 现场总线基本概念1.2.1 现场总线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、多分支结构的计算机局域网络，其网络节点是以微处理器为基础的、具有检测、控制、通信能力的智能式仪表或控制设备。
现场总线标准实质上是一个定义了硬件接口和通信协议的通信标准。
1.2.2 现场总线技术的特点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性、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,4-20mAP.S.现场总线P.S.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。
1.2.3 现场总线的优缺点优点：现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。
缺点：网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。
2 Foundation Fieldbus基金会现场总线（FF）的前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、ABB、Siemens、Smar等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合Allen-Bradley、Bailey等150家欧洲著名公司制定的World FIP协议。
这两大集团于1994年一起成立了现场总线基金会，致力于开发国际上统一的现场总线标准。
2.1 FF总线的技术特点2.1.1 适用于过程自动化的低速FF-H1用于现场级控制的FF-H1为适应过程自动化系统在功能、环境与技术上的需求，该总线除了实现过程信号的数字通信外，还具有以下特点。
1 控制与信息处理的现场化FF现场总线仪表具有很强的功能自治性，它丰富的功能模块是其在现场就可完成对过程变量的检测、变送、控制、计算、显示、报警、故障诊断和自动保护等任务，构成完整的现场控制系统。
这种功能上的自治性和结构上的彻底分散性无疑提高了系统的可靠性和组态的灵活性，保障工业生产处于安全、稳定、经济的运行状态。
2 支持总线供电和本质安全防爆FF-H1采用了基于IEC 61158-2的双线信号传输技术，并为现场仪表提供两种供电方式：非总线供电和总线供电。
非总线供电时，仪表直接由外部电源供电；总线供电时，总线上既要传输信号，又要由总线为现场仪表提供电源能量。
根据本质防爆要求，应用于易燃、易爆场合的设备，除了应保证能完成测量、控制、通信等的正常工作外，还应在任何情况下不至于产生火花和引发燃烧、爆炸等事故。
3 令牌总线访问机制FF-H用了令牌传递的总线控制方式。
在物理上，它是一种总线结构的局域网，站点共享的传输介质为总线。
但在逻辑上，它是一种环形结构的局域网，连接到总线上的站点组成一个逻辑环，每个站点被赋予一个顺序的逻辑位置，站点只有取得令牌才能发送数据帧，该令牌在逻辑环上依次传递。
FF-H1中令牌传递是由链路活动调度器控制的，作为介质访问控制中心的链路活动调度确保了控制系统中信息传输的及时性。
2.1.2 内容广泛的用户层通信模型中增加了用户层是FF现场总线的又一重要特点。
用户层的功能块和设备描述，使仪器设备间的互操作易于实现。
1 功能块与功能块应用进程FF提供一种通用结构，把现场控制系统所需的各种功能封装为相应的功能块，使其公共特征标准化，规定它们各自的输入、输出、算法、事件、变量与块控制图，并把他们组成为可在某个现场设备中执行的应用进程，即功能块应用进程。
功能块的通用结构是实现开放系统架构的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。
2 设备描述设备描述是FF总线为实现设备间的互可操作性、支持标准功能块操作而采用的一项重要技术。
它为仪器或系统中的虚拟现场设备的每个对象提供了扩展描述，包括变量标签、工程单位、要显示的十进制数、量程与诊断菜单等。
2.1.3 基于以太网的高速FF-HSE总体结构上HSE与H1相似：在高层与H1基本一致，依然保留用户层和应用层；在底层则采用了流行的以太网+TCP/IP协议。
这种结构的优点是使HSE的开发难度相对减小，同时使成本降低。
HSE充分利用了现有的以太网技术，使其传输速率远高于H1总线，它迎合了自动化和仪器仪表最终用户对互操作性、低成本和高速现场总线解决方案的要求。
2.2 FF总线通信模型2.2.1 FF-H1总线模型FF-H1总线的物理层对应OSI的第1层，它从通信栈接收报文，并将其转换成在现场总线通信介质上传输的信号，反之亦然。