內容摘要：本(ben)文(wen)介(jie)紹(shao)了(le)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)概(gai)念(nian)，以(yi)及(ji)其(qi)產(chan)生(sheng)背(bei)景(jing)和(he)最(zui)新(xin)發(fa)展(zhan)現(xian)狀(zhuang)，對(dui)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)本(ben)質(zhi)和(he)優(you)點(dian)做(zuo)了(le)總(zong)結(jie)，比(bi)較(jiao)了(le)幾(ji)種(zhong)主(zhu)流(liu)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)，並(bing)對(dui)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)與(yu)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)關(guan)係(xi)做(zuo)了(le)簡(jian)單(dan)的(de)介(jie)紹(shao)。文(wen)章(zhang)麵(mian)向(xiang)的(de)對(dui)象(xiang)為(wei)對(dui)控(kong)製(zhi)領(ling)域(yu)和(he)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)感(gan)興(xing)趣(qu)的(de)初(chu)級(ji)讀(du)者(zhe)，是(shi)相(xiang)關(guan)內(nei)容(rong)的(de)入(ru)門(men)資(zi)料(liao)。
現xian場chang總zong線xian是shi過guo程cheng控kong製zhi理li論lun中zhong的de熱re門men話hua題ti，也ye是shi相xiang關guan領ling域yu的de技ji術shu熱re點dian，受shou到dao了le世shi界jie範fan圍wei內nei的de廣guang泛fan關guan注zhu。在zai討tao論lun現xian場chang總zong線xian之zhi前qian我wo們men不bu妨fang先xian回hui憶yi一yi下xia過guo程cheng控kong製zhi領ling域yu的de發fa展zhan過guo程cheng以yi及ji現xian場chang總zong線xian的de產chan生sheng背bei景jing。這zhe或huo許xu會hui對dui我wo們men理li解jie現xian場chang總zong線xian的de本ben質zhi和he發fa展zhan有you所suo幫bang助zhu。
控製係統的發展以及現場總線的產生
隨著科學技術的快速發展，過程控製領域在過去的兩個世紀裏發生了巨大的變革。150多年前出現的基於5－13psi的氣動信號標準（PCS，Pneumatic Control System氣動控製係統），標誌著控製理論初步形成，但此時尚未有控製室的概念；20世紀50年代，隨著基於0－10mA或4－20mAdedianliumonixinhaodemoniguochengkongzhitixibeitichubingdedaoguangfandeyingyong，biaozhiledianqizidongkongzhishidaidedaolai，sandakongzhilundequelidiandinglexiandaikongzhidejichu，shelikongzhishi、控製功能分離的模式也一直沿用至今；20世紀70年代，隨著數字計算機的介入，產生了“集中控製”的中央控製計算機係統，而信號傳輸係統大部分是依然沿用4－20mA的模擬信號，不久人們也發現了伴隨著“集中控製”，該係統存在著易失控、可靠性低的缺點，並很快將其發展為分布式控製係統（DCS，Distributed Control System分布式控製係統）；weichuliqidepubianyingyonghejisuanjikekaoxingdetigao，shifenbushikongzhixitongdedaoleguangfandeyingyong，youduotaijisuanjiheyixiezhinengyibiaoyijizhinengbujianshixiandefenbushikongzhishiqizuizhuyaodetezheng，ershuzichuanshuxinhaoyezaizhubuqudaimonichuanshuxinhao。suizheweichuliqidekuaisufazhanheguangfandeyingyong，shuzitongxinwangluoyanshendaogongyeguochengxianchangchengweikeneng，chanshengleyiweichuliqiweihexin，shiyongjichengdianludaitichangguidianzixianlu，shishixinxicaiji、顯示、處理、傳輸以及優化控製等功能的智能設備。設備之間彼此通信、控製，在精度、可操作性以及可靠性、可維護性等都有更高的要求。由此，導致了現場總線的產生。
現場總線的實質和優點
1984年，現場總線的概念得到正式提出。IEC（International Electrotechnical Commission,國際電工委員會）對現場總線（Fieldbus）的定義為：現場總線是一種應用於生產現場，在現場設備之間、現場設備和控製裝置之間實行雙向、串形、多結點的數字通信技術。
不同的機構和不同的人可能對現場總線有著不同的定義，不過通常情況下，大家公認現場總線的本質體現在以下六個方麵：
現場通信網絡
現場設備互聯
互操作性
分散功能塊
通信線供電
開放式互聯網絡
從以上內容我們可以看到，現場總線體現了分布、開放、互聯、高可靠性的特點，而這些正是DCS係統的缺點。DCS通tong常chang是shi一yi對dui一yi單dan獨du傳chuan送song信xin號hao，其qi所suo采cai用yong的de模mo擬ni信xin號hao精jing度du低di，易yi受shou幹gan擾rao，位wei於yu操cao作zuo室shi的de操cao作zuo員yuan對dui模mo擬ni儀yi表biao往wang往wang難nan以yi調tiao整zheng參can數shu和he預yu測ce故gu障zhang，處chu於yu“失控”狀態，很多的儀表廠商自定標準，互換性差，儀表的功能也較單一，難以滿足現代的要求，而且幾乎所有的控製功能都位於控製站中。FCS則采取一對多雙向傳輸信號，采用的數字信號精度高、可靠性強，設備也始終處於操作員的遠程監控和可控狀態，用戶可以自由按需選擇不同品牌種類的設備互聯，智能儀表具有通信、控製和運算等豐富的功能，而且控製功能分散到各個智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對於DCS的巨大進步。
也正是由於FCS的以上特點使得其在設計、安裝、投運到正常生產都具有很大的優越性：首先由於分散在前端的智能設備能執行較為複雜的任務，不再需要單獨的控製器、計算單元等，節省了硬件投資和使用麵積；FCS的接線較為簡單，而且一條傳輸線可以掛接多了設備，大大節約了安裝費用；由於現場控製設備往往具有自診斷功能，並能將故障信息發送至控製室，減輕了維護工作；同時，由於用戶擁有高度的係統集成自主權，可以通過比較靈活選擇合適的廠家產品；整體係統的可靠性和準確性也大為提高。這一切都幫助用戶實現了減低安裝、使用、維護的成本，最終達到增加利潤的目的。
現場總線的現狀
由於各個國家各個公司的利益之爭，雖然早在1984年國際電工技術委員會/國際標準協會（IEC/ISA）就jiu著zhe手shou開kai始shi製zhi定ding現xian場chang總zong線xian的de標biao準zhun，至zhi今jin統tong一yi的de標biao準zhun仍reng未wei完wan成cheng。很hen多duo公gong司si也ye推tui出chu其qi各ge自zi的de現xian場chang總zong線xian技ji術shu，但dan彼bi此ci的de開kai放fang性xing和he互hu操cao作zuo性xing還hai難nan以yi統tong一yi。目mu前qian現xian場chang總zong線xian市shi場chang有you著zhe以yi下xia的de特te點dian：
多種現場總線並存
各種總線都有其應用的領域
每種現場總線都有其國際組織和支持背景
多種總線成為國家和地區標準
設備製造商參與多個總線組織
各個總線彼此協調共存
工業自動化技術應用於各行各業，要求也千變萬化，使用一種現場總線技術也很難滿足所有行業的技術要求；現場總線不同於計算機網絡，人們將會麵對一個多種總線技術標準共存的現實世界。技術發展很大程度上受到市場規律、商業利益的製約；jishubiaozhunbujinshiyigejishuguifan，yeshiyigeshangyeliyidetuoxiechanwu。erxianchangzongxiandeguanjianjishuzhiyishibicidehucaozuoxing，shixianxianchangzongxianjishudetongyishisuoyouyonghudeyuanwang。
主流現場總線簡介
下麵就幾種主流的現場總線做一簡單介紹。
1基金會現場總線（FoundationFieldbus 簡稱FF）
這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司製定的ISP協議和以Honeywell公司為首的聯合歐洲等地150餘家公司製定的WorldFIP協議於1994年9月合並的。該總線在過程自動化領域得到了廣泛的應用，具有良好的發展前景。
基金會現場總線采用國際標準化組織ISO的開放化係統互聯OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數據鏈路層、應用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達1900m，可支持總線供電和本質安全防爆環境。後者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發射，協議符號IEC1158-2標準。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。
CAN（ControllerAreaNetwork 控製器局域網）
Lonworks
DeviceNet
5PROFIBUS
PROFIBUS是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現場總線標準。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA係列組成。DP用於分散外設間高速數據傳輸，適用於加工自動化領域。FMS適用於紡織、樓宇自動化、可編程控製器、低壓開關等。PA用於過程自動化的總線類型，服從IEC1158－２標準。PROFIBUS支持主-從係統、純主站係統、多主多從混合係統等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點。
6HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，最早由Rosemount公司開發。其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬於模擬係統向數字係統轉變的過渡產品。其通信模型采用物理層、數據鏈路層和應用層三層，支持點對點主從應答方式和多點廣播方式。由於它采用模擬數字信號混和，難以開發通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質安全防爆的要求，並可用於由手持編程器與管理係統主機作為主設備的雙主設備係統。
7CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控製與通信鏈路係統）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機為主導的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其係統中，可以將控製和信息數據同是以10Mbit/s高速傳送至現場網絡，具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節省成本等優點。其不僅解決了工業現場配線複雜的問題，同時具有優異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設備層為主的網絡，同時也可覆蓋較高層次的控製層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標準委員會批準為中國國家標準指導性技術文件。
8WorldFIP
WorkdFIP的北美部分與ISP合並為FF以後，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立，總部設在法國。其在歐洲市場占有重要地位，特別是在法國占有率大約為60%。WorldFIP的特點是具有單一的總線結構來適用不同的應用領域的需求，而且沒有任何網關或網橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實現“透明聯接”，並對FF的H1進行了技術拓展，如速率等。在與IEC61158第一類型的連接方麵，WorldFIP做得最好，走在世界前列。
INTERBUS
此外較有影響的現場總線還有丹麥公司Process-Data A/S 提出的P-Net，該總線主要應用於農業、林業、水利、食品等行業；SwiftNet現場總線主要使用在航空航天等領域，還有一些其他的現場總線這裏就不再贅述了。
現場總線的發展和以太網
現場總線技術是控製、計算機、通訊技術的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續、離散工業領域，如過程自動化、製造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。它的出現和快速發展體現了控製領域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據采集的智能化的要求。現場總線技術的發展體現為兩個方麵：一個是低速現場總線領域的不斷發展和完善；另ling一yi個ge是shi高gao速su現xian場chang總zong線xian技ji術shu的de發fa展zhan。而er目mu前qian現xian場chang總zong線xian產chan品pin主zhu要yao是shi低di速su總zong線xian產chan品pin，應ying用yong於yu運yun行xing速su率lv較jiao低di的de領ling域yu，對dui網wang絡luo的de性xing能neng要yao求qiu不bu是shi很hen高gao。從cong實shi際ji應ying用yong狀zhuang況kuang看kan，大da多duo數shu現xian場chang總zong線xian，都dou能neng較jiao好hao地di實shi現xian速su率lv要yao求qiu較jiao低di的de過guo程cheng控kong製zhi。因yin此ci，在zai速su率lv要yao求qiu較jiao低di的de控kong製zhi領ling域yu，誰shui都dou很hen難nan統tong一yi整zheng個ge市shi場chang。就jiu目mu前qian而er言yan，由you於yuFF基金會幾乎集中了世界上主要自動化儀表製造商，其全球影響力日益增加，但其在中國市場營銷力度似乎不足，市場份額不是很高，LonWorks形成了全麵的分工合作體係，在國內有一些實質性的進展，在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產品等方麵，LonWorks則具有獨特的優勢。在離散製造加工領域，由於行業應用的特點和曆史原因，Profibus和CAN經(jing)在(zai)這(zhe)一(yi)領(ling)域(yu)形(xing)成(cheng)了(le)自(zi)己(ji)的(de)優(you)勢(shi)，具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)競(jing)爭(zheng)力(li)。國(guo)內(nei)廠(chang)商(shang)的(de)規(gui)模(mo)相(xiang)對(dui)較(jiao)小(xiao)，研(yan)發(fa)能(neng)力(li)較(jiao)差(cha)，更(geng)多(duo)的(de)是(shi)依(yi)賴(lai)技(ji)術(shu)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)支(zhi)持(chi)，比(bi)較(jiao)容(rong)易(yi)受(shou)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)供(gong)應(ying)商(shang) (芯片製造商等)對(dui)國(guo)內(nei)的(de)支(zhi)持(chi)和(he)市(shi)場(chang)推(tui)廣(guang)力(li)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。而(er)且(qie)，還(hai)有(you)一(yi)個(ge)不(bu)可(ke)忽(hu)視(shi)的(de)一(yi)點(dian)就(jiu)是(shi)在(zai)構(gou)建(jian)自(zi)動(dong)化(hua)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)時(shi)，選(xuan)擇(ze)的(de)上(shang)位(wei)機(ji)，比(bi)如(ru)組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)對(dui)總(zong)線(xian)設(she)備(bei)的(de)支(zhi)持(chi)程(cheng)度(du)，有(you)些(xie)監(jian)控(kong)組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)，比(bi)如(ru)紫(zi)金(jin)橋(qiao)監(jian)控(kong)組(zu)態(tai)軟(ruan)件(jian)或(huo)者(zhe)InTouch等對一些主流的總線設備比如Lonworks、PROFIBUS、CAN等有著良好的支持，通過DDE、OPC或huo者zhe直zhi接jie連lian接jie等deng方fang式shi進jin行xing通tong訊xun，采cai集ji數shu據ju。這zhe樣yang可ke以yi方fang便bian用yong戶hu的de選xuan擇ze，而er一yi些xie組zu態tai軟ruan件jian則ze支zhi持chi的de種zhong類lei較jiao少shao，是shi用yong戶hu選xuan擇ze的de範fan圍wei也ye隨sui之zhi減jian少shao。
由於目前自動化技術從單機控製發展到工廠自動化FA，發展到係統自動化。工廠自動化信息網絡可分為以下三層結構：工廠管理級、車間監控級、xianchangshebeiji，erxianchangzongxianshigongchangdicengshebeizhijiandetongxinwangluo。zhelixianjieshaoyixiayitaiwang，benwentezhigongyeyitaiwang，gongyeyitaiwangshizuoweibangongshizidonghualingyuyanshengdegongyewangluoxieyi，anxiguanzhuyaozhiIEEE 802.3協議，如果進一步采用TCP/IP協議族，則采用“以太網+TCP/IP”來表示，其技術特點主要適合信息管理、信息處理係統，並在IT業得到了巨大的成功。在工廠管理級、chejianjiankongjixinxijichenglingyuzhong，gongyeyitaiwangyiyoubushaochenggongdeanli，zaishebeicengduishishixingmeiyouyangeyaoqiuchangheyeyouxuduoyingyong。youyuxianchangzongxianmuqianzhongleifanduo，biaozhunbuyi，henduorendouxiwangyitaiwangjishunengjierushebeidiceng，guangfanqudaixianyouxianchangzongxianjishu，shinaidegongsijiushigaixiangfadejijichangdaozheheshijianzhe，muqianyiyouyipigongyejichanpinwenshiheshijiyingyong。keshijiumuqianeryan，yitaiwanghaibunenggouzhenzhengjiejueshishixinghequedingxingwenti，dabufenxianchangcengrengranhuishouxuanxianchangzongxianjishu。youyujishudejuxianhegegechangjiadeliyizhizheng，zheyangyigeduozhonggongyezongxianjishubingcun，yitaiwangjishubuduanshentoudexianzhuanghaihuiweichiyiduanshijian。yonghukeyigenjujishuyaoqiuheshijiqingkuanglaixuanzesuoxudejiejuefangan。
參考資料：《現場總線及其應用技術》 李正軍 編著 機械工業出版社 出版 2006年1月第一版
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