工業(yè)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)體系介紹

1.現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線（Fieldbus）是多年來快速發(fā)展起來一個工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它關(guān)鍵處理工業(yè)現(xiàn)場智能化儀器儀表、控制器、實施機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間數(shù)字通信和這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間信息傳輸問題。因為現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟實用等一系列突出優(yōu)點，所以受到了很多標(biāo)準(zhǔn)團體和計算機廠商高度重視。它是一個工業(yè)數(shù)據(jù)總線，是自動化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替換了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號及一般開關(guān)量信號傳輸，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)全數(shù)字、雙向、多站通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線應(yīng)用行業(yè)：現(xiàn)場總線產(chǎn)生對工業(yè)發(fā)展起著很關(guān)鍵作用，對國民經(jīng)濟增加有著很關(guān)鍵影響?，F(xiàn)場總線關(guān)鍵應(yīng)用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、冶金、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場和微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點通信系統(tǒng)也稱為開放式．全數(shù)字化．多點通信底層控制網(wǎng)絡(luò)。

①現(xiàn)場總線定義：

現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表和控制室之間一個“全數(shù)字化，雙向．多變量，多點多站通信系統(tǒng)”其本質(zhì)含義表現(xiàn)在以下六個方面：現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場設(shè)備互連、互操作性、分散功效模塊和開放式互連網(wǎng)絡(luò)

②現(xiàn)場總線優(yōu)點：

實現(xiàn)了全數(shù)字化通信，不一樣廠家產(chǎn)品互操作；實現(xiàn)了真正分布式控制(分散式控制)：能夠傳送多個過程變量同時可將儀表標(biāo)識符和簡單診療信息一并傳送，能夠產(chǎn)生最優(yōu)異現(xiàn)場儀表，多變量變送器；提升了測試精度；增強了系統(tǒng)自治性?，F(xiàn)場總線特征(1)全數(shù)字化通信(2)開放型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(3)互可操作性和互用性(4)現(xiàn)場設(shè)備智能化(5)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散性(6)對現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性現(xiàn)場總線特點及缺點現(xiàn)場控制設(shè)備含有通信功效，便于組成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。通信標(biāo)準(zhǔn)公開、一致，使系統(tǒng)含有開放性，設(shè)備間含有互可操作性。功效塊和結(jié)構(gòu)規(guī)范化使相同功效設(shè)備間含有交換性。控制功效下放到現(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)含有高度分散性。現(xiàn)場總線總線優(yōu)點現(xiàn)場總線使自控設(shè)備和系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)行列，為其應(yīng)用開拓了更為寬廣領(lǐng)域；一對雙絞線上可掛接多個控制設(shè)備，便于節(jié)省安裝費用；節(jié)省維護開銷；提升了系統(tǒng)可靠性；為用戶提供了更為靈活系統(tǒng)集成主動權(quán)?，F(xiàn)場總線總線缺點網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包傳輸延遲，通信系統(tǒng)瞬時錯誤和數(shù)據(jù)包丟失，發(fā)送和抵達次序不一致等全部會破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本含有確實定性，使得控制系統(tǒng)分析和綜合變得更復(fù)雜，使控制系統(tǒng)性能受到負面影響?，F(xiàn)場總線總線本質(zhì)不一樣機構(gòu)和不一樣人可能對現(xiàn)場總線有著不一樣定義，不過通常情況下，大家公認在以下六個方面：現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)用于過程自動化和制造自動化現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線設(shè)備互聯(lián)依據(jù)實際需要使用不一樣傳輸介質(zhì)把不一樣現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表相互關(guān)聯(lián)。現(xiàn)場總線互操作性用戶能夠依據(jù)本身需求選擇不一樣廠家或不一樣型號產(chǎn)品組成所需控制回路，從而能夠自由地集成FCS。現(xiàn)場總線分散功效塊FCS廢棄了DCS輸入/輸出單元和控制站,把DCS控制站功效塊分散地分配給現(xiàn)場儀表,從而組成虛擬控制站，根當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)了分散控制?，F(xiàn)場總線通信線供電通信線供電方法許可現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量,這種方法提供用于本質(zhì)安全環(huán)境低功耗現(xiàn)場儀表,和其配套還有安全柵?，F(xiàn)場總線開放式互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既能夠和同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可和不一樣層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫共享。從以上內(nèi)容我們能夠看到，現(xiàn)場總線表現(xiàn)了分布、開放、互聯(lián)、高可靠性特點，而這些正是DCS系統(tǒng)缺點。DCS通常是一對一單獨傳送信號，其所采取模擬信號精度低，易受干擾，在操作室操作員對模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和估計故障，處于“失控”狀態(tài)，很多儀表廠商自定標(biāo)準(zhǔn)，交換性差，儀表功效也較單一，難以滿足現(xiàn)代要求，而且?guī)缀跞靠刂乒π吭诳刂普局?。FCS則采取一對多雙向傳輸信號，采取數(shù)字信號精度高、可靠性強，設(shè)備也一直處于操作員遠程監(jiān)控和可控狀態(tài)，用戶能夠自由按需選擇不一樣品牌種類設(shè)備互聯(lián)，智能儀表含有通信、控制和運算等豐富功效，而且控制功效分散到各個智能儀表中去。由此我們能夠看到FCS相對于DCS巨大進步。也正是因為FCS以上特點使得其在設(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)全部含有很大優(yōu)越性：首先因為分散在前端智能設(shè)備能實施較為復(fù)雜任務(wù)，不再需要單獨控制器、計算單元等，節(jié)省了硬件投資和使用面積；FCS接線較為簡單，而且一條傳輸線能夠掛接多個設(shè)備，大大節(jié)省了安裝費用；因為現(xiàn)場控制設(shè)備往往含有自診療功效，并能將故障信息發(fā)送至控制室，減輕了維護工作；同時，因為用戶擁有高度系統(tǒng)集成自主權(quán)，能夠經(jīng)過比較靈活選擇適宜廠家產(chǎn)品；整體系統(tǒng)可靠性和正確性也大為提升。這一切全部幫助用戶實現(xiàn)了減低安裝、使用、維護成本，最終達成增加利潤目標(biāo)。現(xiàn)場總線發(fā)展趨勢從現(xiàn)場總線技術(shù)本身來分析，它有兩個顯著發(fā)展趨勢：一、是尋求統(tǒng)一現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)。二、是IndustrialEthernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。EPA即以太網(wǎng)過程自動化技術(shù)。統(tǒng)一、開放TCP/IPEthernet是20多年來發(fā)展最成功網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，過去一直認為，Ethernet（以太網(wǎng)）是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)，它和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實時性、環(huán)境適應(yīng)性、總線饋電等很多方面要求存在差距，在工業(yè)自動化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。實際上，這些問題正在快速得四處理，中國對EPA技術(shù)（EthernetforProcessAutomation）也取得了很大進展。伴隨FFHSE成功開發(fā)和PROFInet推廣應(yīng)用，能夠預(yù)見Ethernet技術(shù)將會十分快速地進入工業(yè)控制系統(tǒng)各級網(wǎng)絡(luò)。國際上形成工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)四大陣營：關(guān)鍵用于離散制造控制系統(tǒng)是：1）Modbus-IDA工業(yè)以太網(wǎng)2)Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)3）PROFInet工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵用于過程控制系統(tǒng)是：4)FoundationFieldbusHSE工業(yè)以太網(wǎng)伴隨科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，過程控制領(lǐng)域在過去兩個世紀(jì)里發(fā)生了巨大變革。150多年前出現(xiàn)基于5－13psi氣動信號標(biāo)準(zhǔn)（PCS，PneumaticControlSystem氣動控制系統(tǒng)），標(biāo)志著控制理論初步形成，但此時還未有控制室概念；20世紀(jì)50年代，伴隨基于0－5V或4－20mA電流模擬信號模擬過程控制體系被提出并得到廣泛應(yīng)用，標(biāo)志了電氣自動控制時代到來，三大控制論確實立奠定了現(xiàn)代控制基礎(chǔ)，設(shè)置控制室、控制功效分離模式也一直沿用至今；20世紀(jì)70年代，伴隨數(shù)字計算機介入，產(chǎn)生了“集中控制”中央控制計算機系統(tǒng)，而信號傳輸系統(tǒng)大部分是仍然沿用4－20mA模擬信號，很快大家也發(fā)覺了伴伴隨“集中控制”，該系統(tǒng)存在著易失控、可靠性低缺點，并很快將其發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系統(tǒng)）；微處理器普遍應(yīng)用和計算機可靠性提升，使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，由多臺計算機和部分智能儀表和智能部件實現(xiàn)分布式控制是其最關(guān)鍵特征，而數(shù)字傳輸信號也在逐步替換模擬傳輸信號。伴隨微處理器快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能，產(chǎn)生了以微處理器為關(guān)鍵，使用集成電路替換常規(guī)電子線路，實施信息采集、顯示、處理、傳輸和優(yōu)化控制等功效智能設(shè)備。設(shè)備之間相互通信、控制，在精度、可操作性和可靠性、可維護性等全部有更高要求。由此，造成了現(xiàn)場總線產(chǎn)生。2.國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程1984年美國Inter企業(yè)提出一個計算機分布式控制系統(tǒng)-位總線（BITBUS），它關(guān)鍵是將低速面向過程輸入輸出通道和高速計算機總線多（MULTIBUS）分離，形成了現(xiàn)場總線最初概念。80年代中期，美國Rosemount企業(yè)開發(fā)了一個可尋址遠程傳感器（HART）通信協(xié)議。采取在4～20mA模擬量疊加了一個頻率信號，用雙絞線實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸。HART協(xié)議已是現(xiàn)場總線雛形。1985年由Honeywell和Bailey等大企業(yè)提議，成立了WorldFIP制訂了FIP協(xié)議。1987年，以Siemens，Rosemount，橫河等幾家著名企業(yè)為首也成立了一個專門委員會互操作系統(tǒng)協(xié)議（ISP）并制訂了PROFIBUS協(xié)議。以后美國儀器儀表學(xué)會也制訂了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)IEC/ISASP50。伴隨時間推移，世界逐步形成了兩個針鋒相正確相互競爭現(xiàn)場總線集團：一個是以Siemens、Rosemount，橫河為首ISP集團；另一個是由Honeywell、Bailey等企業(yè)牽頭WorldFIP集團。1994年，兩大集團宣告合并，融合成現(xiàn)場總線基金會（FieldbusFoundation）簡稱FF。對于現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展和制訂標(biāo)準(zhǔn)，基金委員會取得以下共識：共同制訂遵照IEC/ISASP50協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；約定現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展階段。1999年底IECTC65(負責(zé)工業(yè)測量和控制第65標(biāo)準(zhǔn)化委員會)經(jīng)過了8種類型現(xiàn)場總線作為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)。4月，IEC61158Ed.3現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)第3版正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，要求10種類型現(xiàn)場總線：TS61158現(xiàn)場總線、ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場總線、Profibus現(xiàn)場總線、P-NET現(xiàn)場總線、FFHSE現(xiàn)場總線、SwiftNet現(xiàn)場總線、WorldFIP現(xiàn)場總線、Interbus現(xiàn)場總線、FFH1現(xiàn)場總線、PROFInet現(xiàn)場總線。中國工業(yè)總線EPA，G-link,Symotion和NCUC-BUS現(xiàn)場總線總線現(xiàn)實狀況因為各個國家各個企業(yè)利益之爭，即使早在1984年國際電工技術(shù)委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEC/ISA）就著手開始制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多企業(yè)也推出其各自現(xiàn)場總線技術(shù)，但相互開放性和互操作性還難以統(tǒng)一?，F(xiàn)場總線總線并存世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，如法國FIP，英國ERA，德國西門子企業(yè)SiemensProfiBus，挪威FINT，Echelon企業(yè)LONWorks，PhenixContact企業(yè)InterBus，RoberBosch企業(yè)CAN，Rosemount企業(yè)HART，CarloGavazzi企業(yè)Dupline，丹麥ProcessData企業(yè)P-net，PeterHans企業(yè)F-Mux，和ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，國際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國DeviceNet和ControlNet等等。這些現(xiàn)場總線大全部用于過程自動化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大約不到十種總線占有80%左右市場。工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)可歸為三類：485網(wǎng)絡(luò)、HART網(wǎng)絡(luò)、FieldBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。485網(wǎng)絡(luò)：RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行一個工業(yè)組網(wǎng)方法，其特點是實施簡單方便，而且支持RS485儀表又尤其多。儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持RS485/MODBUS，原因很簡單，RS485轉(zhuǎn)換接口不僅廉價而且種類繁多。最少在低端市場上，RS485/MODBUS仍將是最關(guān)鍵工業(yè)組網(wǎng)方法。HART網(wǎng)絡(luò)：HART是由艾默生提出一個過渡性總線標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵特征是在4-20毫安電流信號上面疊加數(shù)字信號，但該協(xié)議并未真正開放，要加入她基金會才能拿到協(xié)議，而加入基金會要一定費用。HART技術(shù)關(guān)鍵被國外幾家大企業(yè)壟斷，近些年中國也有企業(yè)在做，但還沒有達成國外企業(yè)水平。有很多智能儀表帶有[HART圓卡]，支持HART通訊功效。但從中國情況來看，還沒有真正用到這部分功效來進行設(shè)備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，最多只是利用手操器對其進行參數(shù)設(shè)定。從長遠來看，因為HART通信速率低、組網(wǎng)困難等原因，HART儀表應(yīng)用將呈下滑趨勢。FieldBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域熱點技術(shù)之一，被譽為自動化領(lǐng)域計算機局域網(wǎng)。它出現(xiàn)標(biāo)志著自動化控制技術(shù)又一個新時代開始?，F(xiàn)場總線是連接控制現(xiàn)場儀表和控制室內(nèi)控制裝置數(shù)字化、串行、多站通信網(wǎng)絡(luò)。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式全數(shù)字化通信?，F(xiàn)場總線技術(shù)成為國際上自動化和儀器儀表發(fā)展熱點，它出現(xiàn)使傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性改變，使自控系統(tǒng)朝著“智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化”方向深入前進，形成新型網(wǎng)絡(luò)通信全分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbusControlSystem)。然而，現(xiàn)場總線還沒有形成真正統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多個標(biāo)準(zhǔn)并行存在，而且全部有自己生存空間。何時統(tǒng)一，遙遙無期。支持現(xiàn)場總線儀表種類還比較少，可供選擇余地小，價格又偏高，用量也較小?，F(xiàn)場總線注意事項現(xiàn)場總線逐步在工業(yè)現(xiàn)場推廣，不少設(shè)備不僅含有傳統(tǒng)儀表功效，而且還含有現(xiàn)場總線功效、在DCS中，現(xiàn)場總線被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)場總線在使用中需要注意以下多個問題：1）通信距離。現(xiàn)場總線通信距離通常有一定要求，比如，PROFIBUS/DP在12Mbps速率時，采取標(biāo)準(zhǔn)電纜，能夠達成200m，假如采取187.5kbps速率，能夠達成1000m。通信距離有兩層含義，第一個，是兩個節(jié)點之間不經(jīng)過中繼器能夠?qū)崿F(xiàn)距離，通常來說，距離和通信速率成反比；另一個，是整個網(wǎng)絡(luò)最遠兩個節(jié)點之間距離。往往在廠家介紹材料中對于這類描述不夠清楚，在實際使用中，必需考慮整個網(wǎng)絡(luò)范圍，電磁波信號在電纜中傳輸是需要時間，尤其在—些高速現(xiàn)場總線中，假如增大距離，就必需對部分通信參數(shù)進行修改；2）線纜選擇?，F(xiàn)場環(huán)境決定現(xiàn)場總線通信速度和通信介質(zhì)。通常而言，現(xiàn)場總線采取電信號傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸過程中不可避免地收到周圍電磁環(huán)境影響。大多數(shù)現(xiàn)場總線采取屏蔽雙絞線。必需注意是，不一樣種類現(xiàn)場總線要求屏蔽雙絞線可能是不一樣?，F(xiàn)場總線開發(fā)者通常要求一個特制線纜，在正確使用這種線纜條件下才能實現(xiàn)要求速率和傳輸距離。在電磁條件極度惡劣條件下，光纜是合理選擇，不然局部干擾，可能影響整個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)工作；3）隔離。通常來說，現(xiàn)場總線電信號和設(shè)備內(nèi)部是電氣隔離。現(xiàn)場總線電纜分布在車間各個角落，一旦發(fā)生高電壓串入，會造成整個網(wǎng)段全部設(shè)備總線收發(fā)器損壞。假如不加以隔離，高電壓信號會繼續(xù)將設(shè)備內(nèi)部其它電路損壞，造成嚴(yán)重后果；4）屏蔽。現(xiàn)場總線采取屏蔽電纜外層必需在一點良好接地，假如高頻干擾嚴(yán)重，能夠采取多點電容接地，不允很多點直接接地，避免產(chǎn)生地回路電流；5）連接器?，F(xiàn)場總線通常沒有對連接器做嚴(yán)格要求，不過假如處理不妥，會影響整個系統(tǒng)通信。比如，現(xiàn)場總線通常采取總線型菊花鏈連接方法，在連接每一個設(shè)備時，必需注意怎樣不影響在現(xiàn)有通信條件下，實現(xiàn)設(shè)備插入和摘除，這對連接器就有一定要求；6）終端匹配?，F(xiàn)場總線信號和全部電磁波信號一樣含有反射現(xiàn)象，在總線每一個網(wǎng)段兩個終端，全部應(yīng)該采取電阻匹配，第一個作用能夠吸收放射，第二個作用是在總線兩端實現(xiàn)正確電平，確保通信。所以，現(xiàn)場總線技術(shù)是控制、計算機、通訊技術(shù)交叉和集成，它出現(xiàn)和快速發(fā)展表現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)档统杀尽⑻嵘煽啃?、增強可維護性和提升數(shù)據(jù)采集智能化要求。現(xiàn)場總線應(yīng)用領(lǐng)域每種總線大全部有其應(yīng)用領(lǐng)域，比如FF、PROFIBUS-PA適適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)過程控制領(lǐng)域；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；DeviceNet、PROFIBUS-DP適適用于加工制造業(yè)，而這些劃分也不是絕正確，每種現(xiàn)場總線全部力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴大，相互滲透。現(xiàn)場總線背景大多數(shù)現(xiàn)場總線全部有一個或多個大型跨國企業(yè)為背景并成立對應(yīng)國際組織，力圖擴大自己影響、得到更多市場份額。比如PROFIBUS以Siemens企業(yè)為關(guān)鍵支持，并成立了PROFIBUS國際用戶組織。WorldFIP以Alstom企業(yè)為關(guān)鍵后臺，成立了WorldFIP國際用戶組織?，F(xiàn)場總線地域標(biāo)準(zhǔn)為了加強自己競爭能力，很多總線全部爭取成為國家或地域標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFIBUS已成為德國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)等。現(xiàn)場總線制造商為了擴大自己產(chǎn)品使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。現(xiàn)場總線協(xié)調(diào)因為競爭猛烈，而且還沒有哪一個或多個總線能一統(tǒng)市場，很多關(guān)鍵企業(yè)全部力圖開發(fā)接口技術(shù)，使自己總線能和其它總線相連，在國際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存局面。工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，要求也千變?nèi)f化，使用一個現(xiàn)場總線技術(shù)也極難滿足全部行業(yè)技術(shù)要求；現(xiàn)場總線不一樣于計算機網(wǎng)絡(luò)，大家將見面對一個多個總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存現(xiàn)實世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場規(guī)律、商業(yè)利益制約；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅是一個技術(shù)規(guī)范，也是一個商業(yè)利益妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場總線關(guān)鍵技術(shù)之一是相互互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)統(tǒng)一是全部用戶愿望?，F(xiàn)場總線市場態(tài)勢現(xiàn)場總線技術(shù)是控制、計算機、通訊技術(shù)交叉和集成，幾乎涵蓋了全部連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過程自動化、制造加工自動化、樓宇自動化、家庭自動化等等。現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)為兩個方面：一個是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域不停發(fā)展和完善；另一個是高速現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展。而現(xiàn)場總線產(chǎn)品關(guān)鍵是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運行速率較低領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò)性能要求不是很高。從實際應(yīng)用情況看，大多數(shù)現(xiàn)場總線，全部能很好地實現(xiàn)速率要求較低過程控制。所以，在速率要求較低控制領(lǐng)域，誰全部極難統(tǒng)一整個市場。因為FF基金會幾乎集中了世界上關(guān)鍵自動化儀表制造商，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形成了全方面分工合作體系，在中國有部分實質(zhì)性進展，在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產(chǎn)品等方面，LonWorks則含有獨特優(yōu)勢。在離散制造加工領(lǐng)域，因為行業(yè)應(yīng)用特點和歷史原因，Profibus和CAN經(jīng)在這一領(lǐng)域形成了自己優(yōu)勢，含有較強競爭力。中國廠商規(guī)模相對較小，研發(fā)能力較差，更多是依靠技術(shù)供給商支持，比較輕易受現(xiàn)場總線技術(shù)供給商(芯片制造商等)對中國支持和市場推廣力度影響。而且，還有一個不可忽略一點就是在構(gòu)建自動化管理系統(tǒng)時，選擇上位機，比如組態(tài)軟件對總線設(shè)備支持程度，有些監(jiān)控組態(tài)軟件，比如紫金橋監(jiān)控組態(tài)軟件或InTouch等對部分主流總線設(shè)備比如Lonworks、PROFIBUS、CAN等有著良好支持，經(jīng)過DDE、OPC或直接連接等方法進行通訊，采集數(shù)據(jù)。這么能夠方便用戶選擇，而部分組態(tài)軟件則支持種類較少，是用戶選擇范圍也隨之降低。。3.常見現(xiàn)場總線介紹OPC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OPC(OLEforProcessControl,用于過程控制OLE)是一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，管理這個標(biāo)準(zhǔn)國際組織是OPC基金會，OPC基金會現(xiàn)有會員已超出220家。遍布全球，包含世界上全部關(guān)鍵自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)企業(yè)。

基于微軟OLE(現(xiàn)在ActiveX)、COM(部件對象模型)和DCOM(分布式部件對象模型)技術(shù)。OPC包含一整套接口、屬性和方法標(biāo)準(zhǔn)集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。

OPC全稱是OLEforProcessControl，它出現(xiàn)為基于Windows應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁。在過去，為了存取現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)信息，每一個應(yīng)用軟件開發(fā)商全部需要編寫專用接口函數(shù)。因為現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，且產(chǎn)品不停升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大工作負擔(dān)。通常這么也不能滿足工作實際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一個含有高效性、可靠性、開放性、可互操作性即插即用設(shè)備驅(qū)動程序。在這種情況下，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟企業(yè)OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它制訂是經(jīng)過提供一套標(biāo)準(zhǔn)OLE/COM接口完成，在OPC技術(shù)中使用是OLE2技術(shù)，OLE標(biāo)準(zhǔn)允很多臺微機之間交換文檔、圖形等對象。工業(yè)以太網(wǎng)總線因為自動化技術(shù)從單機控制發(fā)展到工廠自動化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動化。工廠自動化信息網(wǎng)絡(luò)可分為以下三層結(jié)構(gòu)：工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級，而現(xiàn)場總線是工廠底層設(shè)備之間通信網(wǎng)絡(luò)。這里先介紹一下以太網(wǎng)，本文特指工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)是作為辦公室自動化領(lǐng)域衍生工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，按習(xí)慣關(guān)鍵指IEEE802.3協(xié)議，假如深入采取TCP/IP協(xié)議族，則采取“以太網(wǎng)+TCP/IP”來表示，其技術(shù)特點關(guān)鍵適合信息管理、信息處理系統(tǒng)，并在IT業(yè)得到了巨大成功。在工廠管理級、車間監(jiān)控級信息集成領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)有不少成功案例，在設(shè)備層對實時性沒有嚴(yán)格要求場所也有很多應(yīng)用。因為現(xiàn)場總線種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)不一，大家全部期望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設(shè)備低層，廣泛替換現(xiàn)有現(xiàn)場總線技術(shù)，施耐德企業(yè)就是該想法主動提倡者和實踐者，已經(jīng)有一批工業(yè)級產(chǎn)品問世和實際應(yīng)用。以太網(wǎng)還不能夠真正處理實時性和確定性問題，大部分現(xiàn)場層仍然會首選現(xiàn)場總線技術(shù)。因為技術(shù)局限和各個廠家利益之爭，這么一個多個工業(yè)總線技術(shù)并存，以太網(wǎng)技術(shù)不停滲透現(xiàn)實狀況還會維持一段時間。用戶能夠依據(jù)技術(shù)要求和實際情況來選擇所需處理方案CANCAN(ControlAreaNetwork控制器局域網(wǎng))由德國BOSCH企業(yè)推出用于汽車內(nèi)部測量和實施部門之間數(shù)據(jù)通信。中國在三表系統(tǒng)及樓宇自控系統(tǒng)中得到應(yīng)用。最早由德國BOSCH企業(yè)推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等企業(yè)支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN信號傳輸采取短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，含有自動關(guān)閉功效，含有較強抗干擾能力。CAN支持多主工作方法，并采取了非破壞性總線仲裁技術(shù)，經(jīng)過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)實際可達110個。已經(jīng)有多家企業(yè)開發(fā)了符合CAN協(xié)議通信芯片。FFH1基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus簡稱FF）這是以美國Fisher-Rousemount企業(yè)為首聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家企業(yè)制訂ISP協(xié)議和以Honeywell企業(yè)為首聯(lián)合歐洲等地150余家企業(yè)制訂WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，含有良好發(fā)展前景?；饡F(xiàn)場總線采取國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)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(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為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(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF物理媒介傳輸信號采取曼切斯特編碼。(1)IEC技術(shù)匯報(即FFH1)。

現(xiàn)場總線基金會(FF)成立以來進展比較快,推進了現(xiàn)場總線研究和產(chǎn)品開發(fā)。在現(xiàn)場總線物理層已獲國際電工委員會IEC同意情況下,于1996年一季度完成了物理層低速總線H1最終工作。在此期間安裝了示范系統(tǒng),進入工廠試運行和取證,如美國休斯敦(Houston)MonsantoChocolateBayou工廠安裝了Siemens、Yokogawa(橫河)、Fisher、Smar、Foxboro、Rosemount、E+H和MicroMotion等企業(yè)產(chǎn)品。低速總線H1已進入實用階段,能夠供給標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。FFH2基金會現(xiàn)場總線(即原FFH2,Fisher-Rosemount等企業(yè)支持)

FF推出高速現(xiàn)場總線H2關(guān)鍵用于制造自動化，但一直未獲IEC同意。其替換方案是選擇100Mbps速率高速以太網(wǎng)（HSE）物理層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，能夠使用經(jīng)濟以太網(wǎng)芯片，支持電路、集線器、中繼器和電纜，并將FFH1功效應(yīng)用于以太網(wǎng)，即為FFHSE。FFH1經(jīng)網(wǎng)橋可直接掛接高速以太網(wǎng)。ProfibusProfibus(德國西門子等企業(yè)支持)。過程現(xiàn)場總線PROFIBUS是德國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化總線類型，服從IEC1158－2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等多個傳輸方法。PROFIBUS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，可采取中繼器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纜，最多可掛接127個站點。是德國國家標(biāo)準(zhǔn)DINl9245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，DP型用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸適合于加工自動化領(lǐng)域應(yīng)用。1986年,德國開始制訂過程現(xiàn)場總線(ProcessFieldBus)標(biāo)準(zhǔn),簡稱PROFIBUS。1990年,完成PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)制訂,在德國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)DIN19245中對其進行了敘述。1994年,PROFIBUS用戶組織又推出了用于過程自動化現(xiàn)場總線PROFIBUS-PA(ProcessAutomation)，經(jīng)過總線供電,提供本質(zhì)安全。Profinet(德國西門子等企業(yè)支持)?；趖cp/ip過程現(xiàn)場總線LONWORKSLonworks也叫LON(LocaiOperatingNetwork)是一個得到廣泛應(yīng)用現(xiàn)場總線，由美國Echelon企業(yè)推出它采取了ISQ／OSI模型全部七層通訊協(xié)議，采取面對象設(shè)計方法，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)計，在智能建筑中得到廣泛應(yīng)用；它由美國Echelon企業(yè)推出，并由Motorola、Toshiba企業(yè)共同提倡。它采取ISO/OSI模型全部7層通訊協(xié)議，采取面向?qū)ο笤O(shè)計方法，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多個通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達2700m（78Kbit/s），被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lonworks技術(shù)采取LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）芯片中，并得以實現(xiàn)。采取Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。CC-LinkCC-Link是Control&CommunicationLink（控制和通信鏈路系統(tǒng)）縮寫，在1996年11月，由三菱電機為主導(dǎo)多家企業(yè)推出，其增加勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其系統(tǒng)中，能夠?qū)⒖刂坪托畔?shù)據(jù)同是以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，含有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅處理了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)雜問題，同時含有優(yōu)異抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設(shè)備層為主網(wǎng)絡(luò)，同時也可覆蓋較高層次控制層和較低層次傳感層。7月CC-Link被中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會同意為中國國家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。WorldFIP(法國Alstom等企業(yè)支持)

1993年,由Honeywell、Bailey等企業(yè)牽頭,成立WorldFIP,約有120多個企業(yè)加盟,以法國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)FIP(FactoryInstrumentationProtocol)為基礎(chǔ)制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。WorldFIP北美部分和ISP合并為FF以后，WorldFIP歐洲部分仍保持獨立，總部設(shè)在法國。其在歐洲市場占相關(guān)鍵地位，尤其是在法國擁有率大約為60%。WorldFIP特點是含有單一總線結(jié)構(gòu)來適用不一樣應(yīng)用領(lǐng)域需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件措施來處理高速和低速銜接。WorldFIP和FFHSE能夠?qū)崿F(xiàn)“透明聯(lián)接”，并對FFH1進行了技術(shù)拓展，如速率等。在和IEC61158第一類型連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。SwiftNet另外較有影響現(xiàn)場總線還有SwiftNet現(xiàn)場總線關(guān)鍵使用在航空航天等領(lǐng)域，SymotionSymotion是一個用于運動控制實時工業(yè)總線，基于10/100M以太網(wǎng)物理層，應(yīng)用層使用canopen及精簡協(xié)議?？蓱?yīng)用于運動控制器，電機驅(qū)動器，PLC，編碼器光柵尺和其它工業(yè)現(xiàn)場實施器互連。symotion總線提供安全、開放、低成本及高性能應(yīng)用。-----InterbusInterbus是德國PhenixContact企業(yè)建立一個企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而ControlNet和Swiftnet分別以美國洛克威爾Rockwell和波音大型跨國企業(yè)作為背景和依靠。INTERBUS是德國Phoenix企業(yè)推出較早現(xiàn)場總線，2月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS采取國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，含有強大可靠性、可診療性和易維護性。其采取集總幀型數(shù)據(jù)環(huán)通信，含有低速度、高效率特點，并嚴(yán)格確保了數(shù)據(jù)傳輸同時性和周期性；該總線實時性、抗干擾性和可維護性也很出色。INTERBUS廣泛地應(yīng)用到汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國際現(xiàn)場總線領(lǐng)先者。P-Net(3)P-Net(丹麥ProcessData企業(yè)支持)。

最初由丹麥ProcessData企業(yè)開發(fā)1984年推出1997年組建成美國物理學(xué)會國際P-NET用戶組織會員有近百家總部在丹麥采取歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN-50170(1)由物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層組成屏蔽雙絞線作傳輸介質(zhì)最多為125節(jié)點其中主站可多達32個虛擬令牌傳送NRZ碼進行異步通信關(guān)鍵用于農(nóng)業(yè)澆灌和水廠自動化。丹麥企業(yè)Process-DataA/S提出P-Net，該總線關(guān)鍵應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè)；HART現(xiàn)場總線類型——HART（可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路）HART是HighwayAddressableRemoteTransducer縮寫，最早由Rosemount企業(yè)開發(fā)。其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過渡產(chǎn)品。其通信模型采取物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點對點主從應(yīng)答方法和多點廣播方法。因為它采取模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求，并可用于由手持編程器和管理系統(tǒng)主機作為主設(shè)備雙主設(shè)備系統(tǒng)。DeviceNetDeviceNet是一個低成本通信連接也是一個簡單網(wǎng)絡(luò)處理方案，有著開放網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet含有直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間通信而且提供了相當(dāng)關(guān)鍵設(shè)備級陣地功效。DeviceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/用戶（Producer/Consumer），采取多信道廣播信息發(fā)送方法。在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備能夠自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上其它設(shè)備，而且其設(shè)備安裝布線成本也較低。DeviceNet總線組織結(jié)構(gòu)是OpenDeviceNetVendorAssociation（開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供給商協(xié)會，簡稱“ODVA”）。4現(xiàn)場總線控制組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個部分組成，而通信部分硬、軟件是它最有特色部分?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)它軟件是系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分，控制系統(tǒng)軟件有組態(tài)軟件、維護軟件、仿真軟件、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等。首先選擇開發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機接口軟件MMI。經(jīng)過組態(tài)軟件，完成功效塊之間連接，選定功效塊參數(shù)，進行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運行過程中對系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)處理、計算。優(yōu)化控制及邏輯控制報警、監(jiān)視、顯示、報表等。現(xiàn)場總線測量系統(tǒng)其特點為多變