什么是現場總線？

現場總線（Fieldbus）是20世紀80年代末、90年代初國際上發展形成的，用于現場總線技術過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡。它作為工廠數字通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯系。它不僅是一個基層網絡，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數字通訊等技術為主要內容的綜合技術，已經受到世界范圍的關注，成為自動化技術發展的熱點，并將導致自動化系統結構與設備的深刻變革。現場總線設備的工作環境處于過程設備的底層，作為工廠設備級基礎通訊網絡，要求具有協議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點：具有一定的時間確定性和較高的實時性要求，還具有網絡負載穩定，多數為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點，現場總線系統從網絡結構到通訊技術，都具有不同上層高速數據通信網的特色。

目前國際上有40多種現場總線，但沒有任何一種現場總線能覆蓋所有的應用面，按其傳輸數據的大小可分為3類：傳感器總線（sensorbus），屬于位傳輸；設備總線（devicebus），屬于字節傳輸；現場總線，屬于數據流傳輸。下面讓我一起去認識主要的幾種總線。

一、FF現場總線

FF現場總線基金會是由WORLDFIPNA(北美部分，不包括歐洲)和ISPFoundation于1994年6月聯合成立的，它是一個國際性的組織，其目標是建立單一的、開放的、可互操作的現場總線國際標準。這個組織給予了IEC現場總線標準起草工作組以強大的支持。這個組織目前有l00多成員單位，包括了全世界主要的過程控制產品及系統的生產公司。1997年4月這個組織在中國成立了中國儀協現場總線專業委員會（CFC）。致力于這項技術在中國的推廣應用。FF成立的時間比較晚，在推出自己的產品和把這項技術完整地應用到工程上相對于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司為核心的ISP（可互操作系統協議）與WORLDFIPNA兩大組織合并而成的，因此這個組織具有相當實力：目前FF在IEC現場總線標準的制訂過程中起著舉足輕重的作用。

二、LonWorks

LonWorks現場總線是美國埃施朗于1992年推出的局部操作網絡，最初主要用于樓宇自動化，但很快發展到工業現場網。LonWorks技術為設計和實現可互操作的控制網絡提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑。LonWorks技術的核心是神經元芯片(NeuronChip)。該芯片內部裝有3個微處理器：MAC處理器完成介質訪問控制；網絡處理器完成OSI的3～6層網絡協議；應用處理器完成用戶現場控制應用。它們之間通過公用存儲器傳遞數據。在控制單元中需要采集和控制功能，為此，神經元芯片特設置11個I/O口。這些I/O口可根據需求不同來靈活配置與外圍設備的接口,如RS232、并口、定時/計數、間隔處理、位I/O等。

LON總線則綜合了當今現場總線的多種功能，同時具備了局域網的一些特點，使得它被廣泛地應用于航空/航天，農業控制、計算機/外圍設備、診斷/監控、電子測量設備、測試設備、醫療衛生、軍事/防衛、辦公室設備系統、機器人、安全警衛、保密、運動/游藝、電話通信、運輸設備等領域。其通用性表明，它不是針對某一個特殊領域的總線，而是具有可 將不同領域的控制系統綜合成一個以LONWORKS為基礎的更復雜系統的網絡技術。

三、Profibus

Profibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設間的高速傳輸，適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，由這兩部分形成了其標準第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數據連接擬合作為用戶接口，FMS型只隱去第3～6層，采用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過程之中，其傳輸技術遵從IEC1158-2（1）標準，可實現總線供電與本質安全防爆。

四、CAN總線

控制器局域網(CAN)最早由Bosch公司于1985年研發，用于搭建車內網絡。在此之前，汽車生產商使用點對點布線系統連接車內電子設備。但隨著車內電子設備的增多，這種布線系統需要的連線也越來越多，使系統變得既笨重又昂貴。于是，生產商開始使用車內網絡來替代點對點布線系統，以降低布線的成本、復雜度，以及系統重量。在此背景下，CAN作為一種構建智能設備網絡的高集成度串行總線系統應運而生，成為車內網絡的標準。由此，CAN在汽車業界迅速普及，于1993年成為國際標準(ISO 11898)。1994年后，數個CAN的高層協議標準形成，如CANopen和DeviceNet。這些新增協議也為其他市場廣泛接受，現已成為工業通信標準的一部分。

CAN最初是在汽車領域誕生的，因此最常見的應用就是車內電子網絡。然而在過去的二十年，越來越多的行業認識了CAN的可靠性和優勢，將CAN總線應用在許多其他場合。例如有軌電車、地鐵、輕軌及長途列車等都應用了CAN網絡。在這些車輛中，均可發現發現多種CAN構建的網絡，如連接車門單元、剎車控制器、客流計數單元等。在航空領域亦可發現CAN的應用，如飛行狀態傳感器、導航系統以及座艙中的計算機。此外，在航天應用中也能看到CAN總線的身影，如飛行數據分析和飛行器引擎控制系統（燃料系統、泵、線性執行器等）。

五、Devicenet

Devicenet是90年代中期發展起來的一種基于CAN（Controller Area Network）技術的開放型、符合全球工業標準的低成本、高性能的通信網絡，最初由美國Rockwell公司開發應用。

Devicenet的許多特性沿襲于CAN，CAN總線是一種設計良好的通信總線，它主要用于實時傳輸控制數據。DeviceNet的主要特點是：短幀傳輸，每幀的最大數據為8個字節；無破壞性的逐位仲裁技術；網絡最多可連接64個節點；數據傳輸波特率為125kb/s、250kb/s、 500kb/s；點對點、多主或主/從通信方式；采用CAN的物理和數據鏈路層規約。

六、HART總線

HART，即可尋址遠程傳感器高速通道協議。上世紀80年代時，由于多數儀表用戶希望能夠獲得一種兼容4~20mA模擬信號的數字通訊標準，HART應運而生。1986年，艾默生旗下洛斯蒙德推出這一標準。

HART協議采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4-20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數字信號進行雙向數字通訊，數據傳輸率為1.2kbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統模擬信號的大小，保證了與現有模擬系統的兼容性。在HART協議通信中主要的變量和控制信息由4-20mA傳送，在需要的情況下，另外的測量、過程參數、設備組態、校準、診斷信息通過HART協議訪問。

七、CClink

CC-Link即控制與通信鏈路系統，由三菱為主導的多家公司共同推出，是一種開放式現場總線，其數據容量大，通信速度多級可選擇，而且它是一個復合的、開放的 、適應性強的網絡系統，能夠適應于較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍。

八、WorldFIP

WorldFIP是歐洲標準的組成部分 WorldFIP是歐洲標準EN50170的三個組成部分之一(Volume3)，是在法國標準FIP－C46－601/C46-607的基礎上采納了IEC物理層國際標準(1158-2)發展起來的，由三個通信層組成。WorldFIP的顯著特點是為所有的工業和過程控制提供帶有一個物理層的單一現場總線。底層控制系統、制造系統和驅動系統都可直接連到控制一級的WorldFIP總線上，毋需采用將RS485和其它低速總線相混和的方式來接連底層設備以實現同樣的功能。

九、Interbus

INTERBUS作為IEC61158標準之一，廣泛地應用于制造業和機器加工行業中，用于連接傳感器/執行器的信號到計算機控制站，是一種開放的串行總線系統。INTERBUS總線于1984年推出，其主要技術開發者為德國的Phoenix Contact公司。INTERBUS Club是INTERBUS 設備生產廠家和用戶的全球性組織，目前在17個國家和地區設立了獨立的Club組織，共有500多個成員。

INTERBUS總線包括遠程總線網絡和本地總線網絡，兩種網絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網絡用于遠距離傳送數據，采用RS-485傳輸，網絡本向不供電，遠程網絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500k/s。本地總線網絡連接到遠程網絡上，網絡上的總線終端BT（BUS Terminal)上的BK模塊負責將遠程網絡數據轉換為本地網絡數據。

審核編輯：湯梓紅