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工业控制与现场总线

基于IEC61850智能断路器IED通信接口设计

学院：电子信息学院

班级：14级研11班

姓名：张浩

学号： 2014041004

0.摘要

智能断路器是智能化变电站的重要标志之一，智能断路器是由传统断路器与智能元件组合而成，在信息化和智能化方面与传统传统断路器有本质的区别[1]。随着电力系统越来越高的可靠性要求，智能断路器在电力系统发电、输电、配电各方面都面临着更大的挑战。智能断路器的好坏直接影响到电力的安全稳定、运行。特别是在IEC61850Ed 2.0中着重对智能断路器IED信息建模和设备状态监测、分析和诊断内容做出重要的修改，对智能断路器提出更高的要求，以适应不断发展智能化变电站的需要。

本文介绍了标准版本的升级过程和Ed 2.0标准体系结构，通过与Ed 1.0进行对比，分析Ed 2.0标准对智能断路器产生的影响、对智能断路器的新要求，重点分析标准专门针对智能断路器等智能一次设备状态监测、分析与诊断内容。然后以智能断路器产品进行分析，依据IEC61850Ed 2.0的建模流程，对智能断路器状态监测的通信功能进行分解，将分析得到的逻辑节点、逻辑数据和数据属性进行归类，并根据低压智能断路器频繁操作的特点，扩展相应逻辑节点，搭建智能断路器完整信息功能模型，并对信息模型进行配置描述[2][3]。利用既可以模拟IEC61850标准的服务端，又可以模拟客户端的GF4600-IEC61850规约测试系统来获取智能断路器IED包括目录服务、读写操作、报文和日志形成等在内容，完成对智能断路器的一致性测试。测试结果表明，所建的智能断路器信息模型符合一致性测试要求。

最后，以MOXA公司提供的嵌入式工控机UC-7122CE智能通讯服

务器为硬件平台，对原本遵循IEC61850Ed 1.0标准的智能断路器规约转换器产品进行升级、改造，实现与站级的通信交互。

关键词:IEC61850Ed2.0、智能断路器、MODBUS、通信接口

1.引言

IEC61850标准是一个用于无缝通信的全球化标准，实现标准需要一个过程。另外，IEC61850标准是国外企业提出来的，由于语言和文化不同，在对标准的理解上有存在差异，IEC61850的产品研发速度有所不同，会出现支持IEC61850协议的设备与支持非IEC61850协议的设备在相当长的时间内共存的现象[4]。

在这种背景下，如何在保持原有系统结构与设备不变的情况下，将采用旧协议的变电站通信设备纳入到新的变电站通信系统中一一与符合IEC61850标准的设备或者主站进行通信实现信息共享，是目前值得我们研究的重要课题。

针对目前市场上有多种关于规约转换器产品，但均要求企业开放通信协议，提供源代码，不仅成本较高，而且之后的技术升级均受制于人。另外，随着IEC61850Ed 2. 0标准的公布，原本遵循IEC61850Ed 1. 0标准的智能断路器通信接口的产品需要对其进行升级、改造。

2.通信接口的总体设计

2.1通信接口设计思路

本文利用选用MOXA公司提供的嵌入式工控机UC-7122CE智能通讯服务器作为硬件开发平台，对原有智能断路器IED通信接口进行升级，接口将MODBUS等协议与IEC61850协议相互转换，通过以太网与上位机进行通信，与下位机进行MODBUS串行通信，实现智能断路器的状态监测信息的上传和站控层指令的操作[5][6]。如下图所示。

图2.1 通信接口连接

传统规约与IEC61850的转换工作主要在通信接口中完成，所以通信接口一方面充当非IEC61850系统中主站的角色，另一方面又是IEC61850系统中的服务器，作为客户端为调度中心提供服务[9]。具体来说，通信接口一端与智能断路器的控制器的通信接口相连接，通信

接口充当智能断路器的主站;另一端与IEC61850网络相连接，通信接口又充当基于IEC61850系统中的服务器[10][11]

通信接口的功能就是实现接口两端协议的转换，其工作流程如下图所示。协议转换的本质是一种映射，是对协议的数据模型间建立起的，用数学形式表达所对应的关系。规约转换的一般过程:首先对传入信息的协议进行解析，包括报文头、判断帧、检验帧等，再根据报文的解析结果判断进入其对应的转换子程序。转换子程序根据报文的帧格式提取出信息，再将这些信息按照目标协议的帧格式重新打包，计算校验码并储存。

图2.2 IEC61850协议转换器实现原理

2.2MODBUS与IEC61850之间的转换

IEC61850采用抽象通信服务接口(ACSI)把具体的功能和所使用的协议分离开来，不对所采用的通信协议做出具体要求，采用分层分布式结构，按照标准建模流程将设备功能分解为逻辑设备、逻辑节点等，只要满足标准的要求和传输的信息符合标准的信息模型，就可以使用标准。而MODBUS标准的体系是平面化的通信协议，通信规则

与传输的信息息息相关，因此，MODBUS与61850标准映射是不同体系间的映射[12]。

以基于MODBUS协议的智能断路器通过通信接口实现与基于IEC61850间隔层的报文映射为例，首先建立MODBUS协议的信息模型和IEC61850的信息模型以及两种信息模型的映射关系。

根据智能断路器的通信对象不同，可以分为两种:一类是智能断路器通过GOOSE网络与主站通信;一类是智能断路器直接与其他IED设备进行通信。其中智能断路器与主站进行通信过程如下所示：

由于过程层的断路器开断闭合等信息通过映射到GOOSE网络来通信，即MODBUS协议转换为IEC61850报文的实际过程为MODBUS报文映射为GOOSE格式报文，GOOSE格式报文映射为IEC61850报文(图2.3)。MODBUS与GOOSE的映射方法和IEC61850与GOOSE的映射方法类似，为论述方便，省略MODBUS与GOOSE

的映射过程。

GOOSE传输的是以模型为基础的数据集组成的公共数据(CDC)，映射为GOOSE的变量Variable;信息模型服务控制模块(BRCB, LCB)映射为GOOSE的GoCB, GOOSE报文的发布过程由控制模块GoCB 控制;信息模型的口志映射为GOOSE的口志，最终形成GOOSE的报文。

图2.3信息模型与GOOSE格式报文映射关系

3.硬件实现

3.1硬件试验平台简介

1)UC-7122CE平台

UC-7122/7124工业级嵌入式计算机，具有运行速度快，程序移植性好，稳定性强，适用应用于协议转换等特点。采用Cirrus Logic EP9302 ARM9 32-bit200 MHz RISC CPU。不像采用CISC架构设计的X86架构CPU, ARM9 RISC架构的设计和先进半导体技术的结合为UC-7122/7124提供了强大的计算引擎和通信功能，而发热量却很小。

[13]而且，内建16 MB NOR Flash ROM和16 MB SD RAM为在UC-7122/7124上运行程序提供了足够的空间。还可以使用SD卡插槽扩展系统存储容量，内建于ARM9的双网口使得UC-7122/7124为用户提供了丰富且灵活可靠的通信接口，足以满足简单数据采集和协议转换的需求。

图3.1 UE-7122CE产品

此外，RS-232/422/485三合一串口还可以用于连接各种串口设备。

[14][15]UC-7122/7124工业级嵌入式计算机为工业应用提供方便可靠、功能强大的运算能力，如数据采集，远程设备监控和协议转换。具体特点如下所示：

Cirrus Logic EP9302 ARM9 32-bit 200 MHz处理器

板载32MB RAM, 16 MB闪存

2/4个软件可选RS-232/422/485三合一串口

串口通信速率支持从50bps一921. 6Kbps,(支持任意波特率)

双10/100 Mbps以太网网络冗余

SD插槽方便扩展存储

内置实时时钟(RTC)，蜂鸣器，看门狗定时器(WDT)

立即可用的WinCE 5. 0操作系统

具备一40一75 0 C宽温产品

2)嵌入式操作系统

通信接口设计的实现是基于WindowsCE嵌入式操作系统，WindowsCE具有精简的模块化操作系统、多硬件平台支持、支持有线和无线网络连接、稳健的实时性支持和强大的开发工具等特点。WindowsCE由Microsoft公司推出，具有很多的优秀性能[24]。此操作系统提供了一系列的集成定制和开发工具，大大降低了开发嵌入式软件的门槛[16]。因此，本文的软件实现选择使用WinCE 5. 0操作系统。

另外，WinCE 5. 0操作系统在PC上采用Visual C/C++, VB和NET 编写的程序可以轻松导入UC-7122/7124，无需修改现有的软件代码、操作系统和设备驱动，所有的软件可以存储到UC-7122/7124的闪存当中。

3）微处理器

微处理器是通信接口通信控制器的核心，它的选择对整个装置的功能、性能起着决定性的作用。32位的微处理器功能比较强大，适合功能复杂的控制系统，能满足网络通信、人机交互和管理控制等功能实现的需求。ARM是采用RISC架构的16/32位微处理器，具有RISC的一般特点，如指令执行速度快，大多数数据操作都在寄存器中完成，寻址方式灵活简单、执行效率高，采用固定长度的指令格式等。除此之外，ARM体系采用了一些特别技术，在保证高性能的同时尽量减小芯片体积，降低芯片功耗，这些技术包括[17]

图3.2 UE-7122CE结构

a.支持Thumb (16位)/ARM (32位)双指令集，可以很好地兼容8/16位器件;同一条数据处理指令中包括算术逻辑处理和移位处理;

b.使用地址自动增加(减少)来优化程序中循环处理;

c.Loader/Store指令可以批量的传输数据，从而提高数据的传输效率;

d.所有指令可以根据前面指令执行结果决定是否执行，提高指令执行的效率。

其系列之一的ARM9是低功耗、高性能32位内核，是目前研究和使用比较广泛的32位嵌入式RISC处理器，它适合应用于嵌入式工业控制系统，适合于实时环境，对于装置的环境能够适应。其处理速度块、价格低，支持WindowsCE, Linux, Palm OS等许多主流的嵌入式操作系统。

3.2模拟智能断路器串口通信报文

智能断路器的核心是其智能控制器，本实验利用单片机模拟基于

传统协议智能控制器的串口通信报文，解决通信接口试验源信号问题：对断路器的状态监视任务并根据上位机的命令执行相应的动作，并生成相应的返回帧信息发送给上位机。

信号主要传输的“四遥”数据有:(1)断路器配置信息包括铭牌、地址、额定电压/电流等;(2)三相电流、线电压、电网频率等监测数据;(3)历史操作及故障记录;(4)开合闸电流、延时时间等保护整定值数据。[18] 由于客观限制，实验模拟以下三类通信信息的发送:一类是断路器设备信息报文，二类是断路器的运行信息报文，三类是断路器设备的故障信息报文。见表3.1。

表3.1 基于MODBUS的串口通信内容

结合协议关于报文格式的规定，模拟外部晶振频率为11.0592MHz。3.3基于MODBUS的串行通信报文

MODBUS是由Modicon公司于1978年提出，是全球第一个真正用于工业现场的开放式通信协议。它起初是为PLC设计的一种适用于工业控制的主/从结构式串口通信协议，通过将设备连成工业网络，从而实现主/从结构式的集中监控。

1、基于MODBUS协议断路器的传输过程

断路器MODBUS通讯协议传输模式分为RTU ( Remote Teminal Unit，远程终端单元)模式和ASCII ( American Standard Code for Information Interchange,美国标准信息交换码)模式[21][22]，在相同波特率的情况下，RTU通信模式下能够传输更多的字符。详细过程如下:

首先MODBUS通讯协议为智能断路器的控制器和网络上的其它IED 设备的控制器定义了其能识别和使用的信息结构，协议赋予每个控制器一个设备地址。

其次主机(主站/智能控制器)向从机(智能控制器/其它IED)发送查询请求，操作命令发送至智能断路器的控制器时，控制器检查地址码，符合相应地址的控制器接收通讯命令，不对其他从机地址的请求作应答。接下来控制器去除报文中的地址码，读取报文信息，没有出错则执行相应的任务，把执行的结果返回给主站。返回的信息中包括接收报文主站的地址码、所执行动作的功能码、执行后的结果数据以及错误校验码。如果从站接收的报文有错误，从站不发送任何信息。从站(智能断路器)串口工作流程如图3.3所示。

图3.3 基于MODBUS断路器串口通信流程

2、基于MODBUS协议断路器发送的信息帧

MODBUS协议规定的通信信息帧主要由地址域、功能域、数据域和CRC校验四部分组成，每部分都有各自的定义。表给出一个典型的RTU信息帧格式。

表3.2 RTU信息帧格式

（1）信息帧的第一字节是地址码，表示由用户设置地址的智能控制器来接收由主站发送过来的信息。智能控制器具有唯一的地址码，并且只有符合相应地址码的控制器才能响应回送。当控制器返回信息时，地址码则表明该信息来自于何处。

表3.3 出错码

（2）信息帧的第二字节是功能码，如果是由主站发送的，则是主站告诉智能控制器执行什么样的功能;如果是控制器的响应，则表明智能控制器已响应主站进行操作。MODBUS协议除了定义较为完善的功能码外，另一个还定义了较为全面的出错码如上表所示。

如果智能控制器发送的功能码最高位1，则表明控制器没有响应或者信息出错，从站返回错误信息帧格式如表3.4所示：

表3.4 从站返回错误信息帧格式

(3)信息帧的第三部分为数据区，数据区包含控制器执行的动作或控制器采集的信息。这些动作或者信息可以是具体的数值，也可以是需要修改的寄存器的地址等，例如，功能码为读取控制器某些寄存器的值，则数据区必须要包含被读取寄存器的起始地址以及需要读取长度。对于不同的控制器，地址及数据代表的信息也不相同。表3.4列出设计中用到的功能码与数据类型对应的情况。

表3.4 功能码与数据类型对应表

(4)信息帧的最后一个字节是错误校码，由于噪声、信号衰减等因素的干扰，信息在传输过程中可能会出现错误。为了保证错误的信息不起作用，主站或控制器采用CRC-16校验方法产生的校验码对接收

的信息进行判别，判断其是否出错。

4.软件实现

4.1软件设计思路

通过简化程序设计，软件由初始化程序、主程序、功能子程序三部分组成，初始化程序由设备初始化程序，主程序负责功能程序的调用及优先级的协调，保证设备通信正常;功能程序包括串口数据接收程序(SerialReceive)、串口数据发送程序(SerialSend)、数据队列处理程序(MessageQueue)、设备IP地址设定(IPAddressSet)、报警(Buzzer)、重启设备(RebootDevice)等，这样可以为以后协议修改提供很大的方便。

图4.1 软件主体结构

通信接口软件运行的过程为:在上电后，系统完成初始化过程，建立连接，读取断路器设备型号等设备信息和通信地址;当IEC61850网络上的主站或其它符合IEC61850标准的IED设备产生报文请求[19][20]，准备发送报文，通信接口判断报文的目标地址是否为本智能断路器IED，如果是则接收报文，同时产生站控层接收中断;中断程序通过标

识符判断报文的类型，根据报文类型将数据存放在相应的接收缓冲区，接收标志置位并返回。

相反，当基于IEC61850的主站或其它IED设备需要的智能断路器的设备状态信息时，通信接口将会产生并发送相应的MODBUS或者以N请求报文给断路器。通信接口在接收到断路器的报文后，产生断路器接收中断，中断程序将得到的数据放入相应的发送缓冲区，报文请求发送标志位置位并返回。主程序在检测到发送请求标志位置位后，调用该报文的发送功能子程序，产生发送中断，清除相应的标志位。

4.2程序设计

1.初始化

系统初始化是为发送和接收报文必要的准备，包括软件初始化和硬件初始化:配置文件读取、串口数据初始化、建立连接、断路器控制寄存器初始化、站控层控制寄存器、时钟控制寄存器等。由于IEC61850标准实现“即插即用”方面的特点，在初始化过程中，通信接口通过报文获取智能断路器IED的配置信息，再向主站上传其所获取的配置信息，主站通过读取其配置文件给IED分配一个唯一的地址。如果检查到错误，则发送相应的错误响应。

2.主程序

主程序在系统初始化后，检测与断路器的通信状况，读取断路器型号及通信地址等信息，将得到的信息存入缓存区中。然后检查网络

访问状态，检查通信接口是否在线，是否能与主站进行通信。通信接口程序周期性查询接收标志位和发送标志位，当查询到标志位置1，进入到相应的中断程序，调用相应的处理程序。若检测到通信故障，重新启动机器并发出警报。

3.功能子程序

软件设计的核心是其报文接收、处理和发送过程:主程序检测到报文接收标志置位后，根据报文的类型调用不同的功能程序，对报文进行处理并提取相应数据发送出去，并清除相应的标志位。

(1)串口报文接收/发送程序

SerialReceive程序实现了数据的接收功能，SerialSend程序实现数据的发送功能。下面以发送到符合工EC61850标准的设备的信息为例，按照工EC6180协议重新组合，利用SerialSend报文发送程序实现将数据发送到其他工ED设备。定义COM3为数据发送端口，设置数据接收端口数据为10个字节，设定端口波特率为115200比特率，其中数据位为8，停止位为1，无奇偶校验码，无控制位。

int main(int argc, TCHAR* argv[])

{

BYTE pattern[20]="1234567890";//定义数据

HANDLE hSerial = NULL;//串口句柄

DCB dcb;//设置串口结构

WCHAR szPort[10]=L"COM3:";//定义COM3为数据发送端

口

unsigned int fd=mxsp_ open (3);

mxsp_ set_ interface ( fd, 0); //设置模型为RS232

mxsp_ close (fd);

//打开串口

hSerial=CreateFile(szPort,GENERIC_READ|GENERIC_ WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);

if(hSerial!=INV ALID HANDLE V ALUE)

{

GetCommState (hSerial, &dcb) ;//获取端口设置结构

dcb. BaudRate=115200;//设置端口波特

率为115200 bps

dcb.fRtsControl=RTS_CONTROL_HANDSHAKE;//设置硬件流控制位

dcb. ByteSize=8;//8个数据位

dcb. StopBits=ONESTOPBIT;//停止位为1

dcb. Parity=NOPARITY;//无奇偶检验

SetCommState (hSerial,&dcb) ;//更新端口设置结构DWORD dwReturned=0:

WriteFile(hSerial, pattern, 10/*send 10 bytes only*/，

&dwReturned, NULL);//设置发送方式

CloseHandle (hSerial)://关闭串口句柄

return 0;

}

(2)数据队列处理程序(MessageQueue)、

数据队列处理程序包括从储存器中读取数据和将数据发送到储存器储存。以从储存器中读取数据为例，程序如下:

DWORD thread main(LPVOID PPARAM)

{

MSGQUEUEOPTIONS msq;

_DATA_tm_data;

DWORD dwRead, dwflags;

DWORD dwDataRecvCount[CLIENTS];

DWORD dwDataRecvBytes[CLIENTS];

for(int i=0;i

{

dwDataRecvCount[i〕=0;

dwDataRecvBytes[i〕=0;

}

msq. dwSize=sizeof(MSGQUEUEOPTIONS);

msq.bReadAccess=TRUE;//读允许

msq.dwMaxMessages=0;//设置数据队列的最大值为INFINITE

msq.dwFlags=MSGQUEUE_NOPRECOMMIT}MSGQUEUE_ ALLOW_ BROKEN;

ms q.cbMaxMessage=sizeof仁DATA t) ;//分配能数据结构的大小HANDLE hMsq = CreateMsgQueue(QUEUE_ NAME, &msq);//创立一个只读数据列队

printf(}}Press [Enter] to leave program!!…\n;

while (TRUE)

{

switch ( WaitForSingle0bject(hMsq, 500) )//等待数据队列收到数据

{case WAIT OBJECT 0://数据队列读取数据

if(ReadMsgQueue(hMsq, &m_ data, sizeof(m_ data)，&dwRead, INFINITE, &dwflags))

{

dwDataRecvCount[m data. id-1〕++;

dwDataRecvBytes[m_ data. id-1〕+=m-data. dwLen;

}

printf(“\r -)r;

for(int j=0;j

printf(“ID%d=%3d (%5d)“，j+1，dwDataRecvCount[j]，dwDataRecvBytes[j]);

}

break;

case W AIT TIMEOUT:

现场总线控制系统的现状和发展前景

现场总线控制系统的现状和发展前景序言随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。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(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。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。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS 发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。

现场总线技术及控制系

现场总线技术及控制系统摘要：文章介绍了现场总线的概念,回顾了其产生及发展历程，分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的特点和优点。针对当前流行的几种现场总线，简要介绍了各自的技术特色，指出控制系统的开放互连是发展的必然。关键词：现场总线，集散控制系统，分布式控制，FCS，DCS，开放式互连系统一、前言七十年代以前，控制系统中采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递，其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。七十年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系统，控制效果得到提高；但是尽管如此，还是属于集中式控制系统。随着过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术的成熟和发展，控制领域又发生了一次技术变革。这次变革使传统的控制系统（如集散控制系统）无论在结构上还是在性能上都发生了巨大的飞跃，这次变革的基础就是现场总线技术的产生。现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技术开始出现，人们要求对传统的模拟仪表和控制系统变革的呼声也越来越高，从而使现场总线成为一次世界性的技术变革浪潮。美国仪表协会(ISA)于1984年开始制订现场总线规范，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线规范陆续形成。其中主要的有：基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）、控制局域网络CAN（Controller Area Network）、局部操作网络LonWorks（Local Operating Network）、过程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus）和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。但是，总线规范的制定工作并非一帆风顺，由于行业与地域发展等历史原因，加上各公司和企业集团受自身利益的驱使，致使现场总线的国际化规范工作进展缓慢。但是不论如何，制定单一的开放国际现场总线规范是发展的必然。二、当前流行的几类现场总线 1、基金会现场总线FF 基金会现场总线FF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一种技术。其前身是以美国Fisher－Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World

现场总线郭琼习题答案

《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》机电职业技术学院电气工程系作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级；分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。

现场总线控制技术实验报告.

课程名称：现场总线实验任课教师：廉迎战学院：自动化专业班级：学号：学生姓名：

2015 年6月16日实验一频移键控法仿真实验一．实验目的初步掌握通信原理基础知识中频移键控法的基本原理。能用MATLAB仿真软件，编写并调试简单的仿真程序。二．实验主要仪器设备和材料 1. 实验用计算机 2. MATLAB仿真软件三．实验内容四．实验步骤及结果测试 1．安装部署MATLAB仿真环境，同时根据频移键控法要求，设置仿真环境。 2.在MATLAB环境下，输入频移键控法原理图。原理图如下：

方法一方法二 Repeating sequence stair:F3数字信号sine wave ：100Hz信号 Sine wave1 ：50Hz信号 Scope1：示波器

方法一：Switch1:选通开关//方法二：用乘法器product代替 3.在MATLAB中产生F1=50Hz和F2=100Hz的交流信号，以及需要发送的数字信号，数字信号为：F3=01101001方波波形。 4.加载输入信号，观察仿真原理图输出信号波形，同时记录并分析。如下图：五．思考题 1.数字信号01101001的频移键控法输出波形表示形式如下：输出的数字信号为10110101时，其频移键控波形如下的OUT：

1~6行输出信号分别为：1.数字信号10110101的输入信号；2. 50Hz 频率sine；3.100Hz频率sine；4. Product输出；5.product1输出； 6.add输出 2.如何实现幅移键控法的信号通讯技术？通过信号幅值的高低映射到数字信号的1和0从而达到载波传输信号，可利用现成的电信网，电话网等设施构成信道。

集散控制系统与现场总线复习题

*1.集散控制系统是计算机、通信、CRT显示和控制技术（简称4C技术）发展起来的产物。它采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，以及分层、分级和合作自治的结构形式，适应现代峨工业生产和管理要求。 *2. 集散控制系统通常由过程控制单元、过程接口单元、CRT显示操作站、管理计算机以及高速数据通道等五个主要部分组成。 *3. 集散控制系统四层结构模式（倒三角形的）：连续控制、批量控制、监测开关控制（在最下层）；过程控制级；控制管理级；生产管理级；经营管理级。 *4.DCS的基本功能：1）输入数据处理；2）输出处理；通过组态，数字输出可有三种不同形式：a、瞬时输出式；b、延时输出式；c、锁定输出式。3）控制功能；4）人-机接口功能；5）通信功能；6）自诊断功能；7）冗余技术。 *5.DCS的现状及发展形势：1）开放化2）小型化3）智能化4）基于现场总线的PLC；5）新一代智能变送器6）管控一体综合集成系统CIMS。 *6.通信介质主要有：双绞线、同轴电缆和光缆三种。 *7网络结构通常有：星形、环形、总线型、树形、组合型等五种网络结构。 *8.通信控制方式有广播式（又分为：自由竞争式、通行标志式、时间分槽式）、存储转发式等。 *9.组态步骤：（1）画出控制系统框图；（2）确定各槽路的有关特性：a要执行的标准算法；bX、Y输入所对应的存储块号及槽路之间的相互关系；c、显示特性；d、选择PV跟踪和预置功能；e、报警类型和高、低极限；f、控制作用及其他的控制要求。（3）填写组态字；（4）输出组态字。 10.集散系统从结构总体上看，都有三大部分：现场控制站、操作站和通信系统部分。现场控制站一般由各类多回路控制器、多功能控制器及数据采集站等组成，是集散控制系统与生产过程的接口界面。系统操作站是系统人机接口，是系统的操作、管理界面。通信系统是集散系统各单元的连接网络。 *11.多功能控制站MC由控制器文件夹（CCFA）、点卡文件夹（PCFA）、端子板和连接电缆等组成。 12. 点卡文件夹（PCFA）的主要功能是把来自端子板的模拟、数字或计数信号转换成适用于控制器文件夹内部总线的信号电平，也把来自控制器的信号转换成模拟或数字信号进行输出，同时还支持9-16号控制SLOT的输出。 *13.变量代码的字符部分：AI：模拟量输入；DI：数字量输入；DO：数字量输出；LB：逻辑块；CI：计数输入；FL：旗标变量；TM：计数器；LP：控制。 *14.SOPL顺控程序结构：主要包括定义和执行两大部分。（1）定义部分：用SOPL语句指出用户定义的变量名称和常数。（2）执行部分：执行SOPL语句，以产规定的控制作用。执行部分一般有三种形式的顺序：正常顺序（主顺序），子顺序和非正常顺序。为了生产需要，一般8个顺序SLOT构成一个单元，若干个单元完成一个批量生产，生产一种产品。通常主程序被排到单元的第一个顺序SLOT中去。 *15.MC无中断自动控制系统UAC的工作原理：在正常情况下，每个主控制器的监视定时器（WDT）都发出一个正常的信号给备用控制器指挥旗器，因而系统不发生切换动作。当某一主MC发生故障时，WDT停工，故障被RMCD的控制卡识别，并发送到CPU。CPU发出警告指令，通过译码卡接通汇线板上相应的报警端子。CPU发出·一选通脉冲，让故障主MC的测点数据经控制卡转移到RMC的存储器CMOS卡上，同时驱动开关上相应的继电器动作，使该

现场总线控制系统学习心得

现场总线控制系统学习心得班级：电技131 姓名：杨秋学号：20XX301030103 六个星期的现场总线控制系统课程已经结束，通过这段时间的学习和老师的耐心讲解，我初步了解到了这门课程的基本内容。目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。我们已经在以往的学习中了解到了PLC和DCS这两大系统的基本知识，而FCS就是我们这段时间学习的现场总线控制系统。老师分别从以下几个方面详细地向我们讲解了这门课程。 1现场总线和现场总线控制系统的概念根据国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指应用在制造过程区域现场装置和控制室内自动控制装置之间的包括数字式、多点、串行通信的数据总线，即工业数据总线。是开放式、数字化、多点通信的底层通信网络。以现场总线为技术核心的工业控制系统，称为现场总线控制系统FCS，它是自20世纪80年代末发展起来的新型网络集成式全分布控制系统。其中，现场总线系统一般被称为第五代控制系统。第一代控制系统为50年代前的气动信号控制系统PCS，第二代为

4~20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统，第四代为70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS。 2 现场总线技术现场总线技术将专用的微处理器置入了传统的测量控制仪表，使其各自都具有了多多少少的数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。它们通过普通双绞线、光纤、同轴电缆等多种途径进行信息传输，这样就能够形成以多个测量控制仪表、计算机等作为节点连接成的网络系统。该网络系统按照规范和公开的通信协议，在位于生产现场的多个微机化自控设备之间，以及现场仪表与用作管理、监控的远程计算机之间，实现数据传输与信息共享，进一步构成了各种适应实际需要的自动控制系统 3 现场总线的分类老师重点讲述了现场总线的几种类别，典型的现场总线技术包括了基金会现场总线FF，LonWork现场总线，Profibu 现场总线，CAN现场总线以及HART现场总线。其中FF总线尤为重要，按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为

控制网络与现场总线

控制网络与现场总线第一章绪论现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统，也称为开放式、全数字化、多点通信的底层控制网络CAN 总线是一种现场总线，它在工业控制领域中占有重要的地位，并已经广泛应用于汽车制造、自动化监控、三表系统及楼宇自控系统等领域。而以太网具有结构简单，工作可靠，传输速率高等特点，目前以它作企业的为上层管理网络能够很好的发挥信息交换及共享的需求。这样就形成了以CAN 为低层控制网络，由以太网组成上层管理网络的局面。然而企业生产需要下层与上层的信息交换，而异构网络是不能直接进行信息交换的，如何有效的实现这种信息交换，成为目前的一个热点问题。 1.1 研究背景及意义 1.1.1 现场总线控制系统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、多点和双向通信的数据总线。现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。现场总线的出现正符合了现代工业生产领域中的测控系统的需求，即通过测控仪器或系统从生产现场获得各种参数，通过自控手段，使生产各环节得到优化。 1.1.2 以太网技术近年来，以太网在工业控制领域的应用逐渐的广泛起来，它具有通信速率高、软硬件产品丰富和应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了一定程度的应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。但是由于普通以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等均是为商用领域设计的，而未针对较恶劣的工业现场环境来设计（如

现场总线控制系统

现场总线控制系统Newly compiled on November 23, 2020

南阳理工学院自动控制仪表课程报告学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器（升）学生： *** 指导教师： * * 完成日期2015年 12 月

自动控制仪表课程报告现场总线控制系统 Fieldbus control system 总计：自动控制仪表课程报告 20 页插图： 14 幅

自动控制仪表课程报告现场总线控制系统 Fieldbus control system 学院（系）：机械与汽车工程学院专业：测控技术与仪器（升）学生姓名： *** 学号：1%%%%%%% 指导教师（职称）：（高级工程师）评阅教师：完成日期： 2015年12月南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology

现场总线控制系统测控技术与仪器（升） *** [摘要]技术自推广以来，已经在世界范围内应用于工业控制的各个领域。现场总线的技术推广有了三、四年的时间，已经或正在应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。应用的总线协议主要包括、、Foundation、、Interbus_S 等。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统已应用很广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。而国内的应用仍大多集中中生产线的输送系统、随着技术的不断发展和观念的更新必然会逐步扩展其应用领域。 [关键词] 现场总线；工业控制；应用广泛 Fieldbus control system Measurement & Control Technology and Instruments Major（l） *** Abstract：Field bus technology, since the promotion has been all over the world should be used in industrial control fields. Fieldbus technology popularization has three or four years, has been or are being used in metallurgy, automobile manufacturing, tobacco machinery, environmental protection, petrochemical, electric power, textile machinery and other industries. Application of bus protocol mainly includes the PROFIBUS, DeviceNet, Foundation, Fieldbus, Interbus_S, etc. In the automotive industry, the field bus control technology application is very common, in the past two years the domestic new and the old production line of auto production line transformation, mostly using the field bus control technology. Design of field bus control system has been applied abroad is very broad, from the single device to the transmission system of the whole production line, adopts the control method of the field bus. And domestic applications are mostly concentrated in the production line of

工业控制组态与现场总线设计课程简介

工业控制组态与现场总线设计（Industrial Control HMI and Field Bus Design）课程编号：01115050 课程性质：专业方向任选课开设学期及学时分配：第七学期；32学时适用专业及层次：机械设计制造及其自动化本科先行课程：无后继课程：***** 课程目的、内容与要求：通过本课程的学习，让学生明确现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理；了解现场总线网络准入测试、FF的发展及准入测试、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS 的主要技术特点、LonWorks的收发器技术、结点技术等相关知识；掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态、PROFIBUS 总线存取协议、PROFIBUS行规、LonWorks技术特点、LonTalk协议等相关内容；能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。教材：雷霖：《现场总线控制网络技术（第2版）》，电子工业出版社，2008 推荐参考书： 1.杨卫华，《现场总路线网络》，高等教育出版社，2006 2.甘永梅，《现场总线技术及其应用》，机械工业出版社，2005 3.高安邦，《LonWorks技术开发和应用》，机械工业出版社，2009 4.陈在平，《现场总线及工业控制网络技术》，电子工业出版社，2008 授课教师： 1.主讲教师要具有中级及以上专业技术职称和硕士研究生及以上学历。 2.能履行教师职责，爱岗敬业，为人师表，具有良好的师德教风和较高的业务水平。 3.本课程要求教师应具备现场总线的特点、系统构成、监控组态软件原理，掌握工业网络传输控制方式、常用工业网络互连设备、FF通信模型及主要技术、FF功能块及FF的工业组态，能够根据实际需要对现场总线进行选型；能够设计基于现场总线的一般控制系统。教学与实验设施：本课程在多媒体教室开展，多媒体要满足课程教学需要，能同时运行office的课件和相关的仿真软件。教学方法与手段：本课程教学方法要灵活，可用多媒体课件与板书相结合的教学形式，有些内容可以通过实物或图片演示。教学要充分发挥学生主体性，与学生建立起平等、民主和对话的师生关系，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和探究意识，使学生掌握本课程的核心内容外，指导学生对相关外延知识的获取能力。课程考核与评价：本课程的考核应该包括平时成绩、期末考试和期中成绩3个部分，实行百分制。其中平时成绩可以通过个人作业、学习态度、到课率及小组讨论等方式进行评定，期末考试可以采用开卷或闭卷形式，重点考查学生对工业控制组态与现场总线设计基本概念、基本理论、基本方法的理解和掌握程度。

2016级《工业控制组网与组态技术》

《工业控制组网与组态技术》教学大纲课程代码：01ANN803 适用专业：自动化专业教学时数：56 学时其中实践56 学时一、课程简介及基本要求本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。二、课程实验目的要求通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。三、主要仪器设备 I／A S小型集散控制系统、过程控制实验装置四、实验方式与基本要求 1、试验方式：综合设计 2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法五、考核与报告（小四号黑体字） 1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试(大作业)相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩 2、成绩评定：平时成绩（20%）+实训操作成绩（30%）+期末成绩（50%） 3、报告填写要求：不少于6次六、实验项目设置与内容（小四号黑体字）序号实验名称内容提要实验学时每组人数实验属性开出要求备注 1 集散控制系统的组态 1、掌握软件组态 2、学习集散控制方法 8 6 验证必做 2 基于DCS的温度控制系统的设计与实施 1、系统设计、硬件连接 2、组态和实现控制 8 6 综合必做 3 基于DCS的液位控制系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合选做 4 基于FCS的温度控制系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合必做 5 基于FCS的液位控制系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合必做 6 PROFIBUS-DP应用1、掌握网络系统故障及诊断 2、掌握STEP7使用方法 8 6 综合选做 7 HMI组态软件 1、掌握HMI的使用 2、完成基本PLC功能 8 6 综合选做七、教材及实践指导书 1、使用教材：陈在平．《工业控制网络与现场总线技术》第三版．机械工业出版社．2006年． 2、参考教材：杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008．何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002年.

现场总线技术综述

现场总线技术综述
2008-3-3 15:51:00 来源：中国自动化网
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 现场总线的发展
计算机控制系统的早期，采用一台小型机控制几十条控制回路，目的是降低每条回路的成本。但由于计算机的故障将导致所有控制回路失效，所以后来发展成分布式控制（DCS），即由多台微机进行数据采集和控制，微机间用局域网（LAN）连接起来成为一个统一系统。DCS 沿用了二十多年，其优点和缺点均充分显露。最主要的问题仍然是可靠性：一台微机坏了，该微机管辖下的所有功能都失效；一块 AD 板上的模/数转换器坏了，该板上的所有通道（8 或 16 个）全部失效。曾有过采用双机双 I/O 等冗余设计，但这又增加了成本，增加了系统的复杂性。为了克服系统可靠性、成本和复杂性之间的矛盾，更为了适应广大用户要求的系统开放性、互操作性要求，实现控制系统的网络化，一种新型控制技术──现场总线控制系统（FCS）正迅速发展起来。 1.1 什么是现场总线从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室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。

现场总线技术及其应用研究论文设计

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容的综合技术，已经受到世界围的关注，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

级工业控制组网与组态技术

级工业控制组网与组态技术 The latest revision on November 22, 2020

《工业控制组网与组态技术》教学大纲课程代码：01ANN803适用专业：自动化专业 56学时其中实践56学时教学时数：一、课程简介及基本要求本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（HumanMachineInterface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。二、课程实验目的要求通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300PLC工程实例，达到一定运用能力。三、主要仪器设备 I／AS小型集散控制系统、过程控制实验装置四、实验方式与基本要求 1、试验方式：综合设计 2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法五、考核与报告（小四号黑体字） 1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试(大作业)相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩 2、成绩评定：平时成绩（20%）+实训操作成绩（30%）+期末成绩（50%） 3、报告填写要求：不少于6次七、教材及实践指导书

1、使用教材：陈在平．《工业控制网络与现场总线技术》第三版．机械工业出版社．2006年． 2、参考教材：杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008．何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002年.

现场总线的发展历程及趋势

《工业计算机网络》课程研究报告姓名：刘耀学号：0810211103 班级：08电气一班专业：电气工程及其自动化学院：电气与电子工程学院时间：2011年6月4日

现场总线的发展历程及趋势 08电气一班刘耀（0810211103）目录 1 现场总线的概念 ................................................................. . (3) 2.现场总线的发展历程..................................................... .. (5) 3现场总线的发展趋势..................................................... .. (7)

4参考文献..................................................... (11) 摘要;: 本文重点对现场总线的发展过程、现状及方向进行了较深入的分析，就如何发展本国现场总线提出了些许个人看法。关键词：现场总线技术实时性发电厂组态傻瓜化无缝连接 1 现场总线的概念从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室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。

工控组态与现场总线技术题库

一、单项选择题项目一二次供水系统 1. MCGS 组态软件是哪个公司的产品（ b ） A、欧姆龙公司 B、北京昆仑通态科技有限公司 C、西门子公司 D、三菱公司软件安装时，其默认文件目录为（ B ） A、C:\MCGS B、D:\MCGS C、E:\MCGS D、F:\MCGS 运行环境文件名为（ A ） A、B、 C、D、LOAD 4.在二次供水系统参数定义时表示水泵开停状态的参量其数据类型为：（ A ） A、开关型 B、数值型 C、字符型 D、组对象 5.在二次供水系统参数定义时表示水塔液位高度的参量其数据类型为：（ B ） A、开关型 B、数值型 C、字符型 D、组对象软件中可以模拟产生外部输入数据的构件是：（ A ） A、模拟设备 B、指示灯 C、报警工具条 D、存盘数据浏览策略 7.在二供水系统中设置水泵中间矩形框的颜色动画，要求表达式为1时为绿色，表达式为 0 时红色，则动画设置选择：（A ） A、颜色 B、可见度 C、位置 D、输出 8.在界面设计时用脚本程序模拟产生输入数据，则脚本程序用于（A ） A、循环策略 B、用户策略 C、启动策略 D、退出策略 9.在界面设计时不能模拟产生外部输入数据的方法有：（ D ） A、模拟设备 B、脚本程序 C、输入器 D、仪表软件中可以用来修改报警上下限值的函数是：（A ） A、!SetAlmValue B、!DelAlmValue

C、!CopyAlmValue D、!PasteAlmValue 软件中可以用来查询历史报警数据的构件是：（A ） A、报警数据浏览策略 B、历史曲线 C、实时曲线 D、历史表格 12.在M CGS 软件中能进行报警信息查询的构件有：(B ) A、报警工具条 B、报警信息浏览策略 C、报警灯 D、输入器 13.输入上下限报警数值的构件是：(D ) A、报警工具条 B、报警信息浏览策略 C、报警灯 D、输入框 14. 历史数据表格关联的数据来源是（A ） A、液位组 B、液位1 C、液位2 D、水泵 15. 实时表格中格式“1|0”（ A ） A、小数点后1位小数 B、小数点后两位小数 C、无小数 D、两位整数 16. 存盘数据浏览构件应用于（C ） A、启动策略 B、循环策略 C、用户策略 D、退出策略 17. 菜单是在哪里定义( A ) A、主控窗口 B、数据显示窗口 C、用户窗口 D、水位控制窗口 18 .历史曲线的管理数据源是（ A ） A、液位组 B、液位1 C、液位2 D、水泵 19. 用户登录的函数是（A ） A、!LogOn( ) B、！Logoff( ) C、!changepassword( ) D、!edituser( ) 20. 用户退出的函数是（B） A、!LogOn( ) B、！Logoff( ) C、!changepassword( ) D、!edituser( )

《现场总线控制技术》教学大纲

《现场总线控制技术》教学大纲课程名称：现场总线控制技术适用班级：2016级电气自动化技术辅导教材：《工业控制网络》王振力等编著人民邮电出版社一、本课程的地位、任务和作用本课程综合了电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的最新发展成果，旨在介绍现场总线这一自控领域的新技术，使学生了解工业自动化领域当今世界自控技术的研究热点和发展方向。本课程的主要任务是使学生在了解工业自动化的发展历程以及在现场总线技术中使用的基础知识的基础上，掌握目前在工业现场使用最多的PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA的基本原理和具体应用，对工业以太网技术、AS-i技术及与现场总线密切相关的OPC技术和IEC61131-3编程语言等新技术也要有所认识。通过本课程的学习能独立承担和开展现场总线控制系统相关的研究工作。二、本课程的相关课程《可编程序控制器》、《可视化数据处理技术》、《计算机控制技术》，《机电传动与控制》，《单片机原理与应用》，《自动控制原理》等课程。三、本课程的基本内容及要求教学基本要求：第1章概述了解现场总线与现场总线控制系统的现状与发展，了解现场总线与现场总线控制系统的特点。第2章数据通信基础掌握通信模型、数据传输、传输媒体、传输数据编码、数据通信接口和差错检测与校正的概念及方法，了解多路复用技术的构成及使用方法。第3章现场总线体系结构了解网络体系结构的基本概念，掌握开放系统互连参考模型中的若干重要概念及现场总线体系结构的建立方法和特点，了解现场总线网络的拓扑结构。第4章媒体访问控制技术了解媒体访问控制技术的概念，掌握集中控制型受控访问方法，了解ALOHA随机访问方法和CSMA随机访问方法，了解物理环访问方法和令牌总线访问方法。第5章位传输现场总线了解位传输总线的基本概念，和汽车总线的分类，了解CAN总线体系结构及协议标准，了解CAN控制器、CAN总线收发器、CAN节点的实现方法，了解CAN总线应用系统设计的基本方法。第6章设备现场总线