現(xiàn)場總線是順應(yīng)智能現(xiàn)場儀表而發(fā)展起來的一種開放型的數(shù)字通信技術(shù)，其發(fā)展的初衷是用數(shù)字通信代替一對一的I/O連接方式，把數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場。根據(jù)IEC和美國儀表協(xié)會ISA的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。以下是今天學(xué)習(xí)啦小編要與大家分享的：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，希望能幫助到大家!

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)全文如下：

　　1.概述

　　現(xiàn)場總線的技術(shù)基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是應(yīng)用于各種計算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場總線潛在著巨大的商機(jī)，世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財力來進(jìn)行開發(fā)研究。當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新，過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS(Fieldbus Control System)系統(tǒng),已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場總線技術(shù)。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字信號取代模擬信號，在3C(Computer計算機(jī)、Control控制、Commcenication通信)技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競爭，仍未形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前，在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是從八十年代中期發(fā)展起來的。經(jīng)歷了十幾年的時間，現(xiàn)場總線控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車、造紙、紡織、煙草、機(jī)械、石油化工、電力、樓宇自控等各個控制領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，將逐步取代傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對點(diǎn)接線的控制方法。

　　2.現(xiàn)場總線的主要產(chǎn)品 連接于總線上的產(chǎn)品，可以分為有源和無源兩大類。

　　2.1.有源產(chǎn)品 有源產(chǎn)品可以產(chǎn)生通訊信號、響應(yīng)信號、調(diào)整信號或者兼而有之。

　　有源產(chǎn)品包括以下部件：

　　2.1.1節(jié)點(diǎn)(Node);總線上可以編址的設(shè)備。

　　2.1.2總線模塊(Bus Modulea);任何形式的現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)，可以使用端子或接插件連接傳感器、閥門、按鈕等各種現(xiàn)場裝置。

　　2.1.3網(wǎng)關(guān)(Gateway);一種特殊的節(jié)點(diǎn)，用于兩面種不同的總線之間的信號和數(shù)據(jù)變換。

　　2.1.4放大器;一種用于實(shí)時(加強(qiáng))信號，以精確復(fù)制原始信號。連接同一總線的兩部分，解決通訊信號在通訊線上由于電氣損耗而造成的衰減。當(dāng)信號變?nèi)醵蛔冃螘r可以使用放大器。

　　2.1.5中繼器(Repeater);用于加強(qiáng)信號，產(chǎn)生不變形的新信號。連接同一總線的兩端，當(dāng)信號變?nèi)趸蜃冃螘r可以使用中繼器。

　　2.1.6.橋(Bgridge);有兩類橋。一種是用于連接同一種協(xié)議，不同傳輸速度的兩個段。另一種是一種智能的中繼器，當(dāng)通訊的源地址和目的地址位于不同總線段時，用于重復(fù)兩個段間的數(shù)據(jù)。橋必須被編程設(shè)定地址和相關(guān)的段。當(dāng)橋讀地址時，要有幾個位的等待時間。橋可以應(yīng)用于設(shè)備級總線，但應(yīng)用并不普遍。

　　2.1.7路由器(Router);用于廣域網(wǎng)的高等級橋。這類產(chǎn)品很少應(yīng)用于設(shè)備級總線。

　　2.1.8有源多端口分接器(Active hub)多端口中繼器或放大器，以增加總線的分支能力。

　　2.1.9接口卡、接口模塊(Interface card,interface module);指網(wǎng)關(guān)的常用術(shù)語，作為PLC或PC到設(shè)備及總線的接口。

　　2.2無源總線產(chǎn)品 無源總線產(chǎn)品包括：

　　2.2.1T型分支(Tee);用于產(chǎn)生總線上的一路分支。

　　2.2.2無源多端口分接器(Passive hub);多端口T型分支。

　　2.2.3終端電阻(Terminating Resistor);安裝在總線的始端和末端的電阻，用于穩(wěn)定和調(diào)整信號。

　　2.2.4總線電纜(Busline);連接節(jié)點(diǎn)，傳送數(shù)據(jù)的各種電纜。

　　3.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)

　　國際電工協(xié)會(IEC)的SP50委員會對現(xiàn)場總線有以下三點(diǎn)要求：同一數(shù)據(jù)鏈路上過程控制單元(PCU)、 PLC等與數(shù)字1/ O設(shè)備互連;現(xiàn)場總線控制器可對總線上的多個操作站、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等進(jìn)行數(shù)據(jù)存取;通信媒體安裝費(fèi)用較低?，F(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通訊鏈路，它溝通了生產(chǎn)過程領(lǐng)域的基本控制設(shè)備(即現(xiàn)場級設(shè)備)與更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備(即車間級設(shè)備)之間的聯(lián)系?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要包括一些實(shí)際應(yīng)用的設(shè)備，如PLC、掃描器、電源、輸入輸出站、終端電阻等。其它系統(tǒng)也可以包括變頻器、智能儀表、人機(jī)界面等。

　　系統(tǒng)中的主控器(Host)可以是PLC或PC，通過總線接口對整個系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制。其總線接口，有時可以稱為掃描器?？梢允欠謩e的卡件，也可以集成于PLC中?？偩€接口作為網(wǎng)絡(luò)管理器和作為主控器到總線的網(wǎng)關(guān)，管理來自總線節(jié)點(diǎn)的信息報告，并且轉(zhuǎn)換為主控器能夠讀懂的某種數(shù)據(jù)格式傳送到主控器?？偩€接口的缺省地址通常設(shè)為"0"電源，是網(wǎng)絡(luò)上每個節(jié)點(diǎn)傳輸和接收信息所必須的。通常輸入通道與內(nèi)部芯片所用電源為同一個電源，習(xí)慣稱為總線電源。而輸出通道使用獨(dú)立的電源，稱為輔助電源。

　　系統(tǒng)中的輸入輸出節(jié)點(diǎn)雖然有許多不同的類型，但在應(yīng)用中最常用的是24V直流的2線、3線傳感器或機(jī)械觸點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級，有防水、防塵、抗振動等特性，適合于直接安裝在現(xiàn)場。另一個節(jié)點(diǎn)是端子式節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導(dǎo)軌上，并連接著一個總線耦合器。該總線直流耦合器是連接總線的網(wǎng)關(guān)。這種類型的節(jié)點(diǎn)是開放式的結(jié)構(gòu)，其防護(hù)等級為IP20，它必須安裝在機(jī)箱中。端子式輸入/輸出系統(tǒng)包含有許多種開關(guān)量與模擬量輸入/輸出模塊，以及串行通訊、高速計數(shù)與監(jiān)控模塊。端子式輸入/輸出系統(tǒng)可以獨(dú)立使用也可以結(jié)合使用。

　　而節(jié)點(diǎn)地址連接一個輔助電源，該電源用于驅(qū)動電磁閥和其他的電器設(shè)備。通過將輔助電器與總線電源分開可以極大地降低在總線信號中的噪音。另外大部分總線節(jié)點(diǎn)可以診斷出電器設(shè)備中的短路狀態(tài)并且報告給主控器，即使發(fā)生短路也不會影響整個系統(tǒng)的通訊。普通傳感器等現(xiàn)場裝置可以通過輸入輸出模塊連接到現(xiàn)場總線系統(tǒng)工程中，也可以單獨(dú)裝入總線通訊接口，連接到總線系統(tǒng)中。 總線電纜和終端電阻?？偩€電纜一般分為主干纜和分支電纜。各種總線協(xié)議對于總線電纜的長度都有所規(guī)定，不同的通訊波特率，對應(yīng)不同的總線電纜長度。同時，分支電纜的長度也是有所限制的。 網(wǎng)絡(luò)的最后部分是終端電阻。在一些總線系統(tǒng)中。這個終端電阻只是連接到兩數(shù)據(jù)線的簡單電阻。它是用來吸收網(wǎng)絡(luò)信號傳輸過程中的剩余能量。

　　3.1現(xiàn)場總線特點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對點(diǎn)的控制方法相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢。其特點(diǎn)包括：

　　3.1.1.具有較高的性能價格比。系統(tǒng)綜合成本及一次性安裝費(fèi)用減少40%。由于導(dǎo)線、連接附件的大幅度的減少。使原來的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。所以設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用大幅度地減少，維護(hù)和改造的停工時間減少60%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計變得簡單易行;標(biāo)準(zhǔn)接插件快速、簡便的安裝，使人力、物力大量的減少;強(qiáng)大 的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)工作量大幅減少。

　　3.1.2.系統(tǒng)性能大幅度的提高，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個臺階，可靠的數(shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強(qiáng)大的抗干擾能力。許多總線在通訊介質(zhì)、信息檢驗(yàn)、信息糾錯、重復(fù)地址檢測等方面都有嚴(yán)格的規(guī)定，從而確?？偩€通訊快速、完全可靠的進(jìn)行。

　　3.1.3系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自動診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節(jié)點(diǎn)的通訊故障、電源故障，以及現(xiàn)場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)。

　　3.1.4采用數(shù)字信號通訊，有效提高系統(tǒng)的測量和控制精度。各種開關(guān)量、模擬量信號就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，避免了信號的衰減和變形。

　　3.1.5總線節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級，具有防水、防塵、抗振動的特性?？梢灾苯影惭b于工業(yè)設(shè)備上，大量減少了現(xiàn)場接線箱，使系統(tǒng)可靠性提高。 3.1.6本質(zhì)安全型總線。更加適合直接安裝于石油、化工等危險防爆場所，減少系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性。　

　3.2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線拓?fù)浜妥杂赏負(fù)鋬煞N結(jié)構(gòu)：

　　3.2.1.總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示：所有站點(diǎn)不需要經(jīng)交換設(shè)備，可直接連接到傳媒體上(即總線)，即所有站點(diǎn)共享一條公共的傳輸媒體，任何一個站點(diǎn)都能在此媒體上發(fā)送傳播，并能被所有站點(diǎn)接收，因?yàn)樗姓军c(diǎn)共享一條公共傳輸媒體，所有在某一時刻只能有一個站點(diǎn)能夠發(fā)送，與其他站點(diǎn)的發(fā)送相競爭，故由載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測的媒體訪問控制器來控制。總線拓?fù)涫怯梢粭l主干線和若干條分支線及兩個總線(bus)終端匹配器。