1、先进制造技术单元4 智能制造单元4 智能制造4.1 智能制造概述4.2 现场总线4.3 Profibus总线4.4 工业以太网PROFINET4.5 工业机器人通信基础4.6 PLC控制系统4.7 任务-工业机器人输入输出（I/O）的接线现场总线（1）现场总线定义随着控制技术、计算机技术、通信技术、网络技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从现场设备到控制、管理的各个层次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）正是这场变革中的关键技术。现场总线现场总线是指安装在制造区域的现场装置与控制室内自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，通过分时复用的方
2、式，将信息以一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的传输线，是通信系统中传输数据的公共通道。现场总线（2）现场总线分类总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）,分别用来传输数据、数据地址和控制信号。现场总线1）数据总线（DB）：数据总线是双向三态（0,1,或非0非1）形式的总线,即它既可以把控制器CPU的数据传送到存储器或输入输出接口等其他部件，也可以将其他部件的数据传送到CPU。2）地址总线（AB）：地址总线是专门用来传送地址的，由于地址只能
3、从CPU传向外部存储器或I/O端口，所以地址总线总是单向三态的，这与数据总线不同。地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小。3）控制总线（CB）：控制总线主要用来传送控制信号和时序信号。现场总线（3）现场总线技术定义总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入/输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。现场总线现场总线技术将专用微处理器置入传统的分散的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力。其采用普通双绞线等多种传输介质，把多个测量控制仪表、计算机等连接成网络系统，并按公开、规范的通信协
4、议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以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（4）现场总线控制系统现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统-现场总线控制系统(Field Control System,FCS)。现场总线现场总线控制系统突破了 DCS（分布式控制系统）系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭的、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案。现场总线控制系统的体系结构现场总线（5）现场总线控制系统新特征现场总线控制系统是将传统集散控制系统中的数据公路、控制器
5、、I/O卡及模拟信号传输线四部分用统一标准的现场总线来替代，减少了层次传递，使控制系统的结构趋于扁平化；现场总线现场总线控制系统用智能现场仪表代替传统集散系统中的模拟现场仪表，其智能化体现在变送器不仅具有信号变换、补偿、累加功能，还具有诸如PID等运算控制功能，执行器不仅具有驱动和调节功能，还具有特性补偿、自校验和自诊断功能。现场总线（6）现场总线控制系统优点现场总线系统的优点主要体现在以下几个方面：节省硬件数量与投资；节省安装费用；节省维护开销;用户具有高度的系统集成自主权；提高了系统的准确性与可靠性，此外，由于现场总线设备标准化、功能模块化，还具有设计简单、易于重构的优点。现场总线（7）现
6、场总线通信协议要求通信介质的多样性：支持多种通信介质，以满足不同现场环境的要求；实时性：信息的传送不允许有较大时延或时延的不确定性;信息的完整性、精确性：要确保通信质量；现场总线可靠性：具备抗各种干扰的能力和完善的检错、纠错能力；可互操作性：不同厂家制造的现场设备仪表可通过同一总线通信和操作;开放性：基本符合iso参考模型，形成一个开放系统。现场总线（8）现场总线通信协议参考模型分层现场总线通信协议是参照国际标准化组织ISO制定的开发系统互连参考模型并经简化建立的，现场总线通信协议则根据自身特点加以简化，采用了物理层、数据链路层和应用层，同时，考虑到现场装置的控制功能和具体运行，又增加了用户层
7、。现场总线第一层：物理层(Physical Layer)。第二层：数据链路层(Data Link Layer,DLL)。第三层：应用层(Fieldbus Application Layer)。第四层：用户层(User Layer)。现场总线（9）市场主要的现场总线通信协议根据1999年7月在渥太华举行的现场总线标准制定工作会议的纪要，IEC的现场总线标准IEC61158包括八种现场总线标准协议，主要有基金会现场总线(Foundation Fieldbus,FF)、ControlNet、Profibus、SwiftNet、WorldFIP 等。国际上现有现场总线不下百余种，其中典型的有一定影响并占有一定市场份额的主要有基金会现场总线(FF)、CAN、Profibus、Lonworks、HART等。
