西门子6ES7241-1AA22-0XA0全年质保

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1.技术

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.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。

3.基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统

基于现场总线技术的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统如图所示：

图：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统

4.基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点

（1）增强了现场级信息集成能力

现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及cims系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20ma信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。

（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性

不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。

（3）系统可靠性高、可维护性好

基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的i/o连线，对于大规模i/o系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。

（4）降低了系统及工程成本

对大范围、大规模i/o的分布式系统来说，省去了大量的电缆、i/o模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。

4.现场总线标准

现场总线技术得以实现的一个关键问题，是要在自动化行业中形成一个制造商们共同遵守的现场总线通信协议技术标准，制造商们能按照标准生产品，系统集成商门能按照标准将不同产品组成系统。这就提出了现场总线标准的问题。

国际上自动化产品及现场设备生产厂家，意识到现场总线技术是未来发展方向，纷纷结成企业联盟，推出自己的总线标准及产品，在市场上培养用户、扩大影响，并积极支持组织制定现场总线。能否使自己总线技术标准在未来中占有较大比例成份，关系到该公司相关产品前途、用户的信任及企业的名誉。而历史经验证明：都是采用一个或几个市场上成功的技术为基础。因此，各大国际公司在制定现场总线中的竟争，体现了各公司在技术地位上的竞争，而其终还是要归结到市场实力的竞争。

据说目前国际上现有各种总线及总线标准不下二百多种。具有一定影响和已占有一定市场份额的总线有如下几种：

5.profibus现场总线

1996年3月15日批准为欧洲标准，即din 50170 v.2。profibus产品在世界市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长率25%。目前支持profibus标准的产品超过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的profibus设备已超过200万台，到1998年5月，适用于过程自动化的profibus-pa仪表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运行。

1985年组建了profibus国际支持中心；1989年12月建立了profibus用户组织（pno）。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线（profibus）委员会，并筹建现场总线profibus产品演示及认证的实验室。

profibus主要应用领域有：

.制造业自动化：qiche制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。

.过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。

.：发电、输配电。

.楼宇：空调、风机、照明。

.铁路交通：信号系统

6.ff现场总线

1994年由isp 基金会和world fip(北美)两大集团合并成立ff基金会，其宗旨

在于开发出符合iec和iso标准的、唯一的国际现场总线（fundation fieldbus）。低速总线（h1）协议已于1996年发表。已完成开发的高速总线（h2）拟于1998年内发表。1997年5月建立了中国现场总线（ff）委员会，并筹建ff现场总线产品认证中心。

目前，ff现场总线的应用领域以过程自动化为主。如：化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。

7.lonworks总线

lonworks现场总线全称为lonworks networks,即分布式智能控制网络技术，希望推出能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。目前longworks应用范围广泛，主要包括工业控制、楼宇自动化、数据采集、scada系统等。国内主要应用于楼宇自动化方面。

8. canbus现场总线

canbus现场总线已由iso/tc22技术委员会批准为ios 11898（通讯速率小于1mbps）和iso 11519（通讯速率小于125kbps）。canbus主要产品应用于qiche制造、公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型i/o。另外在、医疗器械、工具机床、楼宇自动化等场合均有所应用。

9. worldfip现场总线

90~91年fip现场总线成为法国国家安全标准。96年成为欧洲标准（en 50170 v.3）。下一步目标是靠近iec标准，现在技术上已做好充分准备。worldfip国际组织在北京设有办事处，即worldfip中国信息中心，负责中国的技术支持。

worldfip现场总线采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，不同应用领域采用不同的总线速率。过程控制采用31.25kbit/s,制造业为1m bit/s,驱动控制为1-2.5mbit/s。采用总线仲裁器和优先级来管理总线上（包括各支线）的各控制站的通信。可进行1对1、1对多点（组）、1对全体等多重通信方式。在应用系统中，可采用双总线结构，其中一条总线为备用线，增加了系统运行的安全性。

worldfip现场总线适用范围广泛，在过程自动化、制造业自动化、电力及楼宇自动化方面都有很好的应用。

10.p-net现场总线

p-net现场总线筹建于己于1983年。1984年推出采用多重主站现场总线的批产品。1986年通信协议中加入了多重网络结构和多重接口功能。1987年推出p-net的多重接口产品。1987年p-net标准成为开放式的完整标准，成为丹麦的国家标准。1996年成为欧洲总线标准的一部分（en 50170 v.1）。1997年组建国际p-net用户组织，现有企业会员近百家，总部设在丹麦的siekeborg，并在德国、英国、葡萄牙和加拿大等地设有地区性组织分部。

p-net现场总线在欧洲及北美地区得到广泛应用，其中包括石油化工、能源、交通、轻工、建材、环保工程和制造业等应用领域。

11.如何面对众多的现场总线标准

面对国际上各种流派的现场总线及标准，为深入研究国外先进的现场总线技术，推动我国现场总线技术和产品的研究开发，形成符合我国国情的和现实的标准体系，保护我国生产企业和用户的投资效益，我国仪表标准化行业的主管单位-综合技术经济研究所遵循标准化工作程序，于己于1998年7月22日至多3日在北京中国科技会堂举办了"现场总线的标准化与中国自动化技术发展"研讨会。会议邀请了profibus、ff、worldfip、p-net国际组织专家代表，介绍了国际流行现场总线技术及标准化情况。研讨会上中外专家就现场总线化的发展展开了热列讨论，并提出以下见解与意见：

(1) 期望iec能尽早按预期目标完成统一标准的制定。

(2) 按目前进度估计，近年内iec很难完成预期目标。

(3) 目前iec提出的建议方案只限于过程自动化，难于满足其它应用领域要求，不可能成为唯一标准，很可能形成多种标准体系共存。

(4) 在统一标准框架下做多种通信协议接口，可能是统一标准的一种适宜的解决方案。

对我国发展现场总线技术政策，专家和代表们认为，结合我国国情，一方面应积极跟踪iec化的发展，开展我国的技术研究和产品开发。另一方面在统一的iec标准未形成之前，积极开展对其它先进的现场总线技术研究，特别是对已有成熟应用经验、应用领域覆盖面大的现场总线技术的跟踪研究。

12.对面临选择的用户谈个人看法并提出建议

从用户角度出发，如何面对众多现场总线标准作出选择，笔者在此发表个人看法，并提出一点建议以供用户参考。

（1）标准 从标准发展的历史看，谁的技术将成为，或在中占有较大成份，主要取决于它在实际应用中取得多大的成果，取决于该项技术及产品在国际市场上的占有份额。也就是说，谁能占有市场谁将得天下。另一方面，化组织根据科学技术飞速发展现状及厂商用户对标准制定的要求，对标准的制定及批准手续作出相应的改变，即简化了标准的制定程序和手续，并承认存在所谓事实上的标准，即那些在市场中已占有较大份额、具有很大的用户成功应用经验的技术标准，如我们熟知的tcp/ip通信协议标准。

（2）选择总线 在目前国际上现场总线群雄并起局面下，用户应从实际应用工程特点出发去选择。因为没有一种可包罗万象、适合所有应用领域的现场总线技术。应着重考察这种总线在本行业中的应用业绩。如制造业自动化、电力自动化及过程控制自动化三个领域，在数据实时响应要求方面就大不一样。

（3）选择产品 用户应尽量选择国际度大、拥有用户多、产品应用基础好的公司产品，因为这些公司的现场总线技术被采纳的可能性大。即使没有被采纳，大公司为考虑信誉，会提出原有技术与的接口，而不会置公司信誉于不顾，丢掉老客户不管。

（4）积极跟踪、勇于进取！如果因为国际iec还没有统一现场总线标准，就不敢使用这项先进技术是大可不必的。这将会使企业丧失一次尽早提高企业自动化水平的机会，或丧失一次提高本企业产品水平的机会，从而导致企业在未来同行竞争中处于劣势。国际iec要统一现场总线标准不是一朝一夕的事，坐等时机流逝为下策，只有积极跟踪、勇敢进取方为企业发展上策。

控制器能设置为两种传输模式（ascii或rtu）中的任何一种在标准的modbus网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器的时候，在一个modbus网络上的所有设备都必须选择相同的传输模式和串口参数。

所选的ascii或rtu方式仅适用于标准的modbus网络，它定义了在这些网络上连续传输的消息段的每一位，以及决定怎样将信息打包成消息域和如何jiema。

在其它网络上（象map和modbus plus）modbus消息被转成与串行传输无关的帧。

1、ascii模式

当控制器设为在modbus网络上以ascii（美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8bit

字节都作为两个ascii字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误。

代码系统

十六进制，ascii字符0...9，a...f

消息中的每个ascii字符都是一个十六进制字符组成

每个字节的位

1个起始位

7个数据位，小的有效位先发送

1个奇偶校验位，无校验则无

1个停止位（有校验时），2个bit（无校验时）

错误检测域

lrc(纵向冗长检测)

2、rtu模式

当控制器设为在modbus网络上以rtu（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8bit字节包含两个4bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ascii方式传送更多的数据。

代码系统

8位二进制，十六进制数0...9，a...f

消息中的每个8位域都是一个两个十六进制字符组成

每个字节的位

虽然的标准统一还有种种问题，但现场总线控制系统的发展却已经是一个不争的事实。随着现场总线思想的日益深入人心，基于现场总线的产品和应用的不断增多，现场总线控制系统体系结构日益清晰，具体发展趋势表现在以下几个方面。

1.网络结构趋向简单化

早期的map模型由7层组成，现在rockwe11公司提出了3层结构自动化，fisher rosemount公司提出了2层自动化，还有的公司甚至提出1层结构，由以太网一通到底。目前比较达成共识的是3层设备、2层网络的3＋2结构。3层设备是位于底层的现场设备，如/执行器以及各种分布式i/o设备等，位于中间的控制设备，如、工业在制计算机、专用控制器等；位于上层的是操作设备，如操作站、工程师站、数据服务器、－般工作站等；2层网络是现场设备与控制设备之间的控制网，以及控制设备与操作设备之间的管理网。

2.大量采用成熟、开放和通用的技术

在管理网的通信协议上，越来越多的企业采用流行的tcp/ip协议加以太网，操作设备一般采用工业pc甚至普通pc，控制设备一般采用标准的plc或者是工业控制计算机等，而控制网络就是各种现场总线的应用领域。

由此可见，新型的现场总线控制系统与传统的控制系统（如、plc）之间并不是完全取而代之的关系，而是继承、融合、提高的关系

1. fcs与的比较

如图1所示，fcs打破了传统dcs（）的结构形式。dcs中位于现场的设备与位于控制室的控制器之间均为一对一的物理连接。fcs采用了智能设备，把原dcs中处于控制室的控制模块、输入/输出模块置于现场设备中，加上现场设备具有通信能力，现场设备之间可直接传送信号，因而控制系统的功能可不依赖于控制室里的计算机或控制器，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。另外，由于fcs采用数字信号代替模拟信号，可以实现一对电线上传输多个信号，同时又为多个设备供电。这为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。表1详细说明了fcs与dcs的对比。

图1 dcs与fcs结构比较

表1 dcs与fcs的比较

2.的特点

现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式，其在技术上具有以下特点：

（1）系统的开放性现场总线致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。用户可根据自己的需要，通过现场总线把来自不同厂商的产品组成大小随意的开放互连系统。

（2）互操作性与互用性互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。

（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。www.diangon.com

（4）系统结构的高度分散性现场总线构成一种新的全分散式控制系统的体系结构，从根本上改变了集中与分散相结合的dcs体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

（5）对现场环境的适应性现场总线是专为现场环境而设计的，支持各种通信介质，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。

3.现场总线的优点

由于现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。现场总线的优点如下：

（1）节省硬件数量与投资由于分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要dcs系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接线，还可以用pc机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，并可减少控制室的占地面积。

（2）节省安装费用现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，又减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费用60％以上。

（3）节省维护开销现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。

（4）用户具有高度的系统集成主动权用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而限制了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。

（5）提高了系统的准确性与可靠性现场设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本上提高了测量与控制的jingque度，减少了传送误差。简化的系统结构，设备与连线减少，现场设备内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。

此外，由于它的设备标准化，功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。