一、現(xiàn)場總線技術(shù)概述

現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、系統(tǒng)安全、造價(jià)低廉、維護(hù)成本低等特點(diǎn)?，F(xiàn)場總線技術(shù)自20世紀(jì)90年代出現(xiàn)以來已成為世界范圍內(nèi)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，廣泛用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系，被譽(yù)為“自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)的一次變革”。

二、現(xiàn)場總線技術(shù)特征

（一）可靠地?cái)?shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強(qiáng)大的抗干擾能力。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信采用基帶傳輸（即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字傳輸），數(shù)據(jù)傳輸速率高（為Mbit/s或10Mbit/s級），實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)；

（二）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、流量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

（三）分散的功能模塊，便于系統(tǒng)維護(hù)、管理與擴(kuò)展，提高可靠性。

（四）開放式互連結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場總線技術(shù)通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換。

（五）互操作性，在遵守同一通信協(xié)議的前提下，可將不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)品統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的網(wǎng)絡(luò)。

三、現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀

發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點(diǎn)課題，世界各國的學(xué)術(shù)組織、各大公司、標(biāo)準(zhǔn)化組織都對現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作極其重視，目前已經(jīng)開發(fā)出40多種現(xiàn)場總線技術(shù)，比較有影響力的有下列技術(shù)：

（一）Profibus（Process Fieldbus）。主要由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同研究推出的，是按照ISO/OSI參考模型制訂的現(xiàn)場總線德國國家標(biāo)準(zhǔn)。Profibus由三部分組成，即Profibus-FMS、Profibus-DP及 Profibus-PA。其中，F(xiàn)MS主要用于非控制信息的傳輸，PA主要用于過程自動(dòng)化的信號采集及控制，Profibus-DP是制造業(yè)自動(dòng)化主要應(yīng)用的協(xié)議內(nèi)容，是滿足用戶快速通信的最佳方案，傳輸速度為12Mb/s。掃描1000個(gè)I/O點(diǎn)的時(shí)間少于1ms。Profibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個(gè)站點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于紡織、可編程控制器、低壓開關(guān)、過程自動(dòng)化等領(lǐng)域。

（二）地方基金會(huì)現(xiàn)場總線（FoudationFieldbus）。是針對過程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)，它是通過數(shù)字、串行、雙向的通信方法來連接現(xiàn)場裝置的。是由成立于1994年的現(xiàn)場總線基金會(huì)開發(fā)推出的?；饡?huì)現(xiàn)場總線分低速和高速兩種通信速率。低速傳輸速率為 3125Kbps，通信距離可達(dá) 1900m，可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。高速傳輸速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射。基金會(huì)現(xiàn)場總線是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。

（三）CANBUS（Controller Area Network）：是由德國Bosch公司開發(fā)的一種能有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。1993年11月，ISO正式頒布了控制器局域網(wǎng)CAN國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO11898），CAN總線的通訊介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維。通訊距離與波持率有關(guān)，最大通訊距離可達(dá)10km，最大通訊波持率可達(dá)1Mdps。CAN總線采用了多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運(yùn)行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點(diǎn)。CAN總線上任意節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)自由通信。CAN總線協(xié)議技術(shù)比較成熟，控制的芯片已經(jīng)商品化，性價(jià)比高，特別適用于分布式測控系統(tǒng)之間的數(shù)通訊。

（四）HART（ HighwayAddressableRemoteTransduer，可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議）。最早由Rosemout公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中工業(yè)過程控制的過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前具有較強(qiáng)的市場競爭能力。最大傳輸距離3000m。總線上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá) 15個(gè)，每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。

（五）ControlNet，主要由美國Rockwell公司支持，具有非常高的實(shí)時(shí)性能，在相同的通信鏈路上提供了適合于I/O控制設(shè)備的帶寬、實(shí)時(shí)聯(lián)鎖響應(yīng)、對等信息和程序傳輸，為斷續(xù)和連續(xù)過程控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了確定性和重復(fù)性功能；并且允許多控制器處理I/O控制設(shè)備，提供了輸入數(shù)據(jù)和對等數(shù)據(jù)兩者之間的多點(diǎn)傳送、通信傳輸媒體的冗余和本征安全的選擇、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇（總線、樹型、星型）和媒體傳輸介質(zhì)（同軸電纜、光纖等）。

（六）Leo Works總線，由美國ECHELON公司于1991年推出，它采用了OSI參考模型全部的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)。其最大傳輸速率為1.5Mbps，傳輸距離為2700m。Lon Works支持多種物理介質(zhì)并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活。Lon Works應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較優(yōu)越的性能。

四、結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前各種形式的現(xiàn)場總線協(xié)議并存于控制領(lǐng)域，在一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面，無論是最終用戶和制造商都在關(guān)注現(xiàn)場總線技術(shù)的新動(dòng)向，但發(fā)展規(guī)范統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是大勢所趨。它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來新的效益。現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，我國的自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)該抓住這個(gè)良好的機(jī)遇，提高我國的工業(yè)自動(dòng)化水平，推出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)化產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)。