工業(yè)現場總線體系介紹

1、現場總線( Field bus )是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數據總線，它主 要解決工業(yè)現場的智能化儀器儀表、 控制器、執(zhí)行機構等現場設備間的數字通信 以及這些現場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現場總線簡 單、可靠、經濟實用等一系列突出的優(yōu)點， 因而受到了許多標準團體和計算機廠 商的高度重視。 它是一種工業(yè)數據總線， 是自動化領域中底層數據通信網絡。 簡單說， 現場 總線就是以數字通信替代了傳統(tǒng) 4-20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸，是 連接智能現場設備和自動化系統(tǒng)的全數字、 雙向、多站的通信系統(tǒng)。 現場總線應 用行業(yè)：現場總線的產生對工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用， 對

2、國民經濟的增長 有著非常重要的影響。現場總線主要應用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、冶金、加 工制造、交通運輸、國防、航天、農業(yè)和樓宇等領域。 現場總線是應用在生產現場與微機化測量控制設備之間實現雙向串行多 節(jié)點通信的系統(tǒng)也稱為開放式全數字化多點通信的底層控制網絡。 現場總線的定義： 現場總線是用于現場儀表與控制室之間的一種“全數字化，雙向多變量，多點 多站的通信系統(tǒng)” 其本質含義表現在以下六個方面： 現場通信網絡、 現場設備互 連、互操作性、分散功能模塊和開放式互連網絡 現場總線的優(yōu)點： 實現了全數字化通信，不同廠家產品互操作；實現了真正的分布式控制 ( 分散式 控制) ：可以傳送多個過程變量的同

3、時可將儀表標識符和簡單診斷信息一并傳送， 可以產生最先進的現場儀表， 多變量變送器； 提高了測試精度； 增強了系統(tǒng)的自 治性。 現場總線特征 (1) 全數字化通信 (2) 開放型的互聯網絡 (3) 互可操作性與互用性 (4) 現場設備的智能化 (5) 系統(tǒng)結構的高度分散性 (6) 對現場環(huán)境的適應性 現場總線特點及缺陷 現場控制設備具有通信功能，便于構成工廠底層控制網絡。 通信標準的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設備間具有互可操作性。 功能塊與結構的規(guī)范化使相同功能的設備間具有互換性。 控制功能下放到現場，使控制系統(tǒng)結構具備高度的分散性。 現場總線總線優(yōu)點 現場總線使自控設備與系統(tǒng)步入了信息網

4、絡的行列， 為其應用開拓了更為廣闊的 領域； 一對雙絞線上可掛接多個控制設備， 便于節(jié)省安裝費用； 節(jié)省維護開銷； 提高了系統(tǒng)的可靠性； 為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動權。 現場總線總線缺點 網絡通信中數據包的傳輸延遲， 通信系統(tǒng)的瞬時錯誤和數據包丟失， 發(fā)送與到達 次序的不一致等都會破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性， 使得控制系統(tǒng)的分析 與綜合變得更復雜，使控制系統(tǒng)的性能受到負面影響。 現場總線總線本質 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 公認在以下六個方面： 現場總線通信網絡 用于過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場通信網絡。 現

5、場總線設備互聯 依據實際需要使用不同的傳輸介質把不同的現場設備或者現場儀表相互關聯。 現場總線互操作性 用戶可以根據自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產品構成所需的控制回路， 從而可以自由地集成 FCS。 現場總線分散功能塊 FCS廢棄了 DCS的輸入/輸出單元和控制站,把DCS控制站的功能塊分散地分 配給現場儀表 , 從而構成虛擬控制站，徹底地實現了分散控制。 現場總線通信線供電 通信線供電方式允許現場儀表直接從通信線上攝取能量 , 這種方式提供用于本 質安全環(huán)境的低功耗現場儀表 , 與其配套的還有安全柵。 現場總線開放式互聯網 現場總線為開放式互聯網絡，既可以與同層網絡互聯，也可與不同層網

6、絡互聯， 還可以實現網絡數據庫的共享。 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系統(tǒng)的缺點。DCS通常是一對一單獨傳送信號，其所采用的模擬 信號精度低， 易受干擾，位于操作室的操作員對模擬儀表往往難以調整參數和預 測故障，處于“失控”狀態(tài)，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?guī)缀跛械目刂乒δ芏嘉挥诳刂普局小?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 于操作員的遠程監(jiān)控和可控狀態(tài)， 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、 控制

7、和運算等豐富的功能， 而且控制功能分散到各個智 能儀表中去。由此我們可以看到 FCS相對于DCS的巨大進步。 也正是由于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(yōu)越性：首先由于分散在前端的智能設備能執(zhí)行較為復雜的任務， 不再需要單獨 的控制器、計算單元等，節(jié)省了硬件投資和使用面積；FCS的接線較為簡單，而 且一條傳輸線可以掛接多個設備， 大大節(jié)約了安裝費用； 由于現場控制設備往往 具有自診斷功能，并能將故障信息發(fā)送至控制室，減輕了維護工作；同時，由于 用戶擁有高度的系統(tǒng)集成自主權， 可以通過比較靈活選擇合適的廠家產品； 整體 系統(tǒng)的可靠性和準確性也大為提高。這一切都幫助

8、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。 現場總線發(fā)展趨勢 從現場總線技術本身來分析，它有兩個明顯的發(fā)展趨勢： 一、是尋求統(tǒng)一的現場總線國際標準。 二、是In dustrial Ethernet走向工業(yè)控制網絡。EPA即以太網過程自動化技術。 統(tǒng)一、開放的 TCP/IP Ethernet 是 20 多年來發(fā)展最成功的網絡技術 ，過去一直 認為， Ethernet (以太網)是為 IT 領域應用而開發(fā)的，它與工業(yè)網絡在實時性、 環(huán)境適應性、 總線饋電等許多方面的要求存在差距， 在工業(yè)自動化領域只能得到 有限應用。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內對EPA技術(Ethe

9、rnet for Process Automation )也取得了很大的進展。隨著 FF HSE 的成功開發(fā)以及 PRO FI net的推廣應用，可以預見Ethernet技術將會十分迅速地進入工業(yè)控制系 統(tǒng)的各級網絡。 國際上形成的工業(yè)以太網技術的四大陣營： 主要用于離散制造控制系統(tǒng)的是： 1) Modbus-IDA工業(yè)以太網 2) Ethernet/IP 工業(yè)以太網 3) PROFI net工業(yè)以太網 主要用于過程控制系統(tǒng)的是： 4) Foundation Fieldbus HSE 工業(yè)以太網 隨著科學技術的快速發(fā)展，過程控制領域在過去的兩個世紀里發(fā)生了巨大的變 革。150 多年前出現的基于

10、 5 13psi 的氣動信號標準 （ PCS，Pneumatic Control System 氣動控制系統(tǒng)），標志著控制理論初步形成， 但此時尚未有控制室的概念； 20世紀50年代，隨著基于0 5V或4 20mA勺電流模擬信號的模擬過程控制體 系被提出并得到廣泛的應用， 標志了電氣自動控制時代的到來， 三大控制論的確 立奠定了現代控制的基礎，設立控制室、控制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“集中控制”的中央控制計算 機系統(tǒng)，而信號傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用 4 - 20mA勺模擬信號，不久人們也發(fā) 現了伴隨著“集中控制”， 該系統(tǒng)存在著易失控、

11、可靠性低的缺點， 并很快將其 發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)（ DCS， Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）； 微處理器的普遍應用和計算機可靠性的提高， 使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應 用，由多臺計算機和一些智能儀表以及智能部件實現的分布式控制是其最主要的 特征，而數字傳輸信號也在逐步取代模擬傳輸信號。 隨著微處理器的快速發(fā)展和 廣泛的應用， 數字通信網絡延伸到工業(yè)過程現場成為可能， 產生了以微處理器為 核心，使用集成電路代替常規(guī)電子線路，實施信息采集、顯示、處理、傳輸以及 優(yōu)化控制等功能的智能設備。設備之間彼此通信、控制，在精度、可操作性以及 可靠性、可維護性等都有更

12、高的要求。由此，導致了現場總線的產生。 2. 國際標準發(fā)展歷程 1984 年美國 Inter 公司提出一種計算機分布式控制系統(tǒng) -位總線（ BITBUS）， 它主要是將低速的面向過程的輸入輸出通道與高速的計算機總線多（MULTIBU）S 分離，形成了現場總線的最初概念。 80年代中期，美國 Rosemount 公司開發(fā)了 一種可尋址的遠程傳感器（HART通信協(xié)議。采用在420mA莫擬量疊加了一種 頻率信號，用雙絞線實現數字信號傳輸。HART協(xié)議已是現場總線的雛形。1985 年由 Honeywell 和 Bailey 等大公司發(fā)起，成立了 World FIP 制定了 FIP 協(xié)議。 1987 年

13、，以 Siemens， Rosemoun，t 橫河等幾家著名公司為首也成立了一個專門 委員會互操作系統(tǒng)協(xié)議（ISP）并制定了 PROFIBU協(xié)議。后來美國儀器儀表學會 也制定了現場總線標準 IEC/ISA SP50 。隨著時間的推移，世界逐漸形成了兩個 針鋒相對的互相競爭的現場總線集團：一個是以Siemens、Rosemoun,橫河為 首的 ISP 集團；另一個是由 Honeywell 、Bailey 等公司牽頭的 WorldFIP 集團。 1994年，兩大集團宣布合并，融合成現場總線基金會（Fieldbus Foundation ） 簡稱FF。對于現場總線的技術發(fā)展和制定標準，基金委員會取得

14、以下共識：共 同制定遵循 IEC/ISA SP50 協(xié)議標準；商定現場總線技術發(fā)展階段。 1999年底IECTC65（負責工業(yè)測量和控制的第 65標準化委員會）通過了 8種 類型的現場總線作為IEC61158國際標準。 2003年 4 月， IEC61158 現場總線標準第 3 版正式成為國際標準，規(guī)定 10種 類型的現場總線：TS61158現場總線、ControlNet和Ethernet/IP 現場總線、 Profibus現場總線、P-NET現場總線、FF HSE現場總線、SwiftNet現場總線、 World FIP現場總線、In terbus 現場總線、FF H1現場總線、PROFI n

15、et現場總 線。 國內工業(yè)總線 EPA， G-link,Symotion 與 NCUC-BUS 現場總線總線現狀 由于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(xié)會（IEC/ISA）就著手開始制定現場總線的標準，至今統(tǒng)一的標準仍未完 成。很多公司也推出其各自的現場總線技術， 但彼此的開放性和互操作性還難以 統(tǒng)一。 現場總線總線并存 世界上存在著大約四十余種現場總線，如法國的 FIP，英國的ERA德國西門子 公司 Siemens 的 ProfiBus ， 挪威 的 FINT，Echelon 公司 的 LONWorks， Phe nixCo ntact 公司

16、的 In terBus ， RoberBosch 公司的 CAN Rosemou nt 公司的 HART，CarloGavazzi 公司的 Dupline ，丹麥 ProcessData 公司的 P-net ，PeterHans 公司的 F-Mux,以及 ASI (ActraturSensorlnterface), MODBqs SDS Arcnet , 國際標準組織 - 基金會現場總線 FF：FieldBusFoundation ，WorldFIP，BitBus ， 美國的 DeviceNet 與 ControlNet 等等。這些現場總線大都用于過程自動化、醫(yī) 藥領域、加工制造、交通運輸、國

17、防、航天、農業(yè)和樓宇等領域,大概不到十種 的總線占有 80%左右的市場。 工業(yè)總線網絡可歸為三類：485網絡、HART網絡、FieldBus現場總線網絡。 485網絡：RS485/MODBU是現在流行的一種工業(yè)組網方式， 其特點是實施簡單方 便，而且支持 RS485的儀表又特別多。儀表商也紛紛轉而支持RS485/MODBUS 原因很簡單， RS485 的轉換接口不僅便宜而且種類繁多。至少在低端市場上， RS485/MODBUS將是最主要的工業(yè)組網方式。 HART網絡：HART是由艾默生提出的一個過渡性總線標準，主要特征是在4-20 毫安電流信號上面疊加數字信號， 但該協(xié)議并未真正開放， 要加入

18、他的基金會才 能拿到協(xié)議，而加入基金會要一定的費用。HART技術主要被國外幾家大公司壟 斷，近些年國內也有公司在做， 但還沒有達到國外公司的水平。 有很多智能儀表 帶有HART圓卡，支持HART通訊功能。但從國內情況來看，還沒有真正用到這 部分功能來進行設備聯網監(jiān)控， 最多只是利用手操器對其進行參數設定。 從長遠 來看，由于HART通信速率低、組網困難等原因，HART儀表的應用將呈下滑趨勢。 FieldBus 現場總線網絡：現場總線是當今自動化領域的熱點技術之一，被譽為 自動化領域的計算機局域網。 它的出現標志著自動化控制技術又一個新時代的開 始?，F場總線是連接控制現場的儀表與控制室內的控制裝

19、置的數字化、 串行、多 站通信的網絡。其關鍵標志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數字化通信?，F 場總線技術成為國際上自動化和儀器儀表發(fā)展的熱點， 它的出現使傳統(tǒng)的控制系 統(tǒng)結構產生了革命性的變化，使自控系統(tǒng)朝著“智能化、數字化、信息化、網絡 化、分散化”的方向進一步邁進， 形成新型的網絡通信的全分布式控制系統(tǒng) 現場總線控制系統(tǒng) FCS(Fieldbus Control System) 。然而，現場總線還沒有形 成真正統(tǒng)一的標準， ProfiBus 、 CANbu、s CC-Link 等多種標準并行存在，并且都 有自己的生存空間。何時統(tǒng)一，遙遙無期。支持現場總線的儀表種類還比較少， 可供選擇的余

20、地小，價格又偏高，用量也較小。 現場總線注意事項 現場總線逐漸在工業(yè)現場推廣， 不少設備不但具有傳統(tǒng)儀表的功能， 而且 還具備現場總線的功能、在DCS,現場總線被廣泛應用?，F場總線在使用中需 要注意以下幾個問題： 1）通信距離。現場總線的通信距離一般有一定的要求， 例如，PROFIBUS/D在12Mbps速率時，采用標準電纜，可以達到 200m如果采 用速率，可以達到1 000m。通信距離有兩層含義，第一個，是兩個節(jié)點之間不 通過中繼器能夠實現的距離，一般來說，距離和通信速率成反比；另一個，是整 個網絡最遠的兩個節(jié)點之間的距離。 往往在廠家的介紹材料中對于此類的描述不 夠清楚，在實際使用中，

21、必須考慮整個網絡的范圍， 電磁波信號在電纜中傳遞是 需要時間的， 特別在些高速的現場總線中， 如果增大距離， 就必須對一些通信 參數進行修改； 2）線纜選擇。 現場的環(huán)境決定現場總線的通信速度和通信介質。 一般而言， 現場總線采用電信號傳遞數據， 在傳輸的過程中不可避免地收到周圍 電磁環(huán)境的影響。 大多數現場總線采用屏蔽雙絞線。 必須注意的是， 不同種類現 場總線要求的屏蔽雙絞線可能是不同的。 現場總線的開發(fā)者一般規(guī)定一種特制的 線纜，在正確使用這種線纜的條件下才能實現規(guī)定的速率和傳輸距離。 在電磁條 件極度惡劣的條件下， 光纜是合理的選擇， 否則局部的干擾， 可能影響整個現場 總線網絡的工作

22、； 3）隔離。一般來說，現場總線的電信號與設備內部是電氣隔 離的?，F場總線電纜分布在車間的各個角落， 一旦發(fā)生高電壓串入， 會造成整個 網段所有設備的總線收發(fā)器損壞。 如果不加以隔離， 高電壓信號會繼續(xù)將設備內 部其他電路損壞，導致嚴重的后果； 4）屏蔽?，F場總線采用的屏蔽電纜的外層 必須在一點良好接地， 如果高頻干擾嚴重， 可以采用多點電容接地， 不允許多點 直接接地，避免產生地回路電流； 5）連接器?，F場總線一般沒有對連接器做嚴 格的規(guī)定，但是如果處理不當，會影響整個系統(tǒng)通信。例如，現場總線一般采用 總線型菊花鏈連接方式， 在連接每一個設備時， 必須注意如何不影響在現有通信 的條件下，實現

23、設備插入和摘除，這對連接器就有一定的要求；6）終端匹配。 現場總線信號和所有電磁波信號一樣具有反射現象， 在總線每一個網段的兩個終 端，都應該采用電阻匹配， 第一個作用可以吸收放射， 第二個作用是在總線的兩 端實現正確的電平，保證通信。因此，現場總線技術是控制、計算機、通訊技術 的交叉與集成，它的出現和快速發(fā)展體現了控制領域對降低成本、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。 現場總線應用領域 每種總線大都有其應用的領域，比如FF、PROFIBUS-P適用于石油、化工、醫(yī)藥、 冶金等行業(yè)的過程控制領域； LonWorks、 PROFIBUS-FM、SDevieceNet 適用于

24、樓 宇、交通運輸、農業(yè)等領域；DeviceNet、PROFIBUS-DP適用于加工制造業(yè)，而 這些劃分也不是絕對的，每種現場總線都力圖將其應用領域擴大，彼此滲透。 現場總線背景 大多數的現場總線都有一個或幾個大型跨國公司為背景并成立相應的國際組織， 力圖擴大自己的影響、得到更多的市場份額。比如PROFIBU以 Siemens公司為 主要支持，并成立了 PROFIBUSI際用戶組織。WorldFIP以Alstom公司為主要 后臺，成立了 WorldFIP 國際用戶組織。 現場總線地區(qū)標準 為了加強自己的競爭能力，很多總線都爭取成為國家或者地區(qū)的標準，比如 PROFIBU已成為德國標準，World

25、FIP已成為法國標準等。 現場總線制造商 為了擴大自己產品的使用范圍， 很多設備制造商往往參與不止一個甚至多個總線 組織。 現場總線協(xié)調 由于競爭激烈， 而且還沒有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場， 很多重要企業(yè)都力圖 開發(fā)接口技術， 使自己的總線能和其他總線相連， 在國際標準中也出現了協(xié)調共 存的局面。 工業(yè)自動化技術應用于各行各業(yè)， 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(yè)的技術要求； 現場總線不同于計算機網絡， 人們將會面對一個多 種總線技術標準共存的現實世界。 技術發(fā)展很大程度上受到市場規(guī)律、 商業(yè)利益 的制約；技術標準不僅是一個技術規(guī)范， 也是一個商業(yè)利益的妥協(xié)產物。 而

26、現場 總線的關鍵技術之一是彼此的互操作性， 實現現場總線技術的統(tǒng)一是所有用戶的 愿望。 現場總線市場態(tài)勢 現場總線技術是控制、計算機、通訊技術的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續(xù)、 離散工業(yè)領域， 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。 現場總線技術的發(fā)展體現為兩個方面： 一個是低速現場總線領域的不斷發(fā)展和完 善；另一個是高速現場總線技術的發(fā)展。而現場總線產品主要是低速總線產品， 應用于運行速率較低的領域，對網絡的性能要求不是很高。從實際應用狀況看， 大多數現場總線， 都能較好地實現速率要求較低的過程控制。 因此， 在速率要求 較低的控制領域，誰都很難統(tǒng)一整個市場。由于

27、FF 基金會幾乎集中了世界上主 要自動化儀表制造商， 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 形成了全面的分工合作體系，在國內有一些 實質性的進展，在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產品等方面， LonWorks 則具有獨特的優(yōu)勢。在離散制造加工領域，由于行業(yè)應用的特點和歷史原因， Profibus和CAN經在這一領域形成了自己的優(yōu)勢，具有較強的競爭力。國內廠 商的規(guī)模相對較小， 研發(fā)能力較差， 更多的是依賴技術供應商的支持， 比較容易 受現場總線技術供應商 （ 芯片制造商等 ）對國內的支持和市場推廣力度的影響。 而且，還有一個不可忽視的

28、一點就是在構建自動化管理系統(tǒng)時，選擇的上位機， 比如組態(tài)軟件對總線設備的支持程度， 有些監(jiān)控組態(tài)軟件， 比如紫金橋監(jiān)控組態(tài) 軟件或者In Touch等對一些主流的總線設備比如 Lon works、PROFIBUSCAN等有 著良好的支持，通過DDE OPC或者直接連接等方式進行通訊，采集數據。這樣 可以方便用戶的選擇， 而一些組態(tài)軟件則支持的種類較少， 是用戶選擇的范圍也 隨之減少。 3. 常用現場總線介紹 OPC工業(yè)標準 OPC（OLE for Process Control, 用于過程控制的 OLE是一個工業(yè)標準，管理這 個標準國際組織是OPC基金會，OP（基金會現有會員已超過220家。遍

29、布全球， 包括世界上所有主要的 自動化控制系統(tǒng) 、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)的公司。 基于微軟的OLE現在的Active X）、COM部件對象模型）和DCOM分布式部 件對象模型）技術。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制 和 制造業(yè)自動化 系統(tǒng)。 OPC全稱是OLE for Process Control ，它的出現為基于 Windows的應用程序 和現場過程控制應用建立了橋梁。 在過去， 為了存取現場設備的數據信息， 每一 個應用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的 接口函數。由于現場設備的種類繁多， 且產 品的不斷升級， 往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負擔。 通常這樣也不 能

30、滿足工作的實際需要， 系統(tǒng)集成商 和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、 可靠性、 開放性、可互操作性的即插即用的設備驅動程序。在這種情況下，OPC標準應運 而生。OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制定是通過提供一套標準的 OLE/COMS口完成的，在OP（技術中使用的是OLE 2技術，OLE標準允許多臺微 機之間交換文檔、圖形等對象。 工業(yè)以太網總線 由于自動化技術從單機控制發(fā)展到工廠自動化FA發(fā)展到系統(tǒng)自動化。工 廠自動化信息網絡可分為以下三層結構： 工廠管理級、 車間監(jiān)控級、 現場設備級， 而現場總線是工廠底層設備之間的通信網絡 。這里先介紹一下以太網， 本文特指 工業(yè)以太網， 工業(yè)

31、以太網是作為辦公室自動化領域衍生的工業(yè)網絡協(xié)議， 按習慣 主要指 IEEE 協(xié)議，如果進一步采用 TCP/IP 協(xié)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、信息處理系統(tǒng)，并在 IT 業(yè)得到了巨大 的成功。 在工廠管理級、車間監(jiān)控級信息集成領域中， 工業(yè)以太網已有不少成功的案例， 在設備層對實時性沒有嚴格要求場合也有許多應用。 由于現場總線種類繁多， 標 準不一，很多人都希望以太網技術能介入設備低層， 廣泛取代現有現場總線技術， 施耐德公司就是該想法的積極倡導者和實踐者， 已有一批工業(yè)級產品問世和實際 應用。 以太網還不能夠真正解決實時性和確定性問題 ，大部分現

32、場層仍然會首選現場 總線技術。 由于技術的局限和各個廠家的利益之爭， 這樣一個多種工業(yè)總線技術 并存，以太網技術不斷滲透的現狀還會維持一段時間。 用戶可以根據技術要求和 實際情況來選擇所需的解決方案 CAN CAN（Control Area Network控制器局域網）由德國BOSCH公司推出用于汽車內部測量與執(zhí) 行部門之間的數據通信 。國內在三表系統(tǒng)及樓宇自控系統(tǒng)中得到應用。 最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領域，其總線規(guī)范已被 ISO國際標準組織制定為國際標準，得到了 In tel、Motorola、NEC等公司的支 持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數據鏈路層。CAN的信號

33、傳輸采用短幀結構， 傳輸時間短，具有自動關閉功能，具有較強的抗干擾能力。 CAN支持多主工作方 式，并采用了非破壞性總線仲裁技術， 通過設置優(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，網絡節(jié)點數實際可達 110個。已有多家公司開發(fā)了符合 CAN協(xié)議的通信芯片。 FF H1 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 家公司制定的 ISP 協(xié)議和以 Honeywell 公司為首的聯合歐洲等地 150 余家 公司制

34、定的 WorldFIP 協(xié)議于 1994年 9月合并的。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(fā)展前景。 基金會現場總線采用國際標準化組織 ISO 的開放化系統(tǒng)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 傳輸速率為秒，通信距離可達1900m可支持總 線供電和本質安全防爆環(huán)境。 后者傳輸速率為 1Mbit/ 秒和秒，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標準。FF的物理 媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。 （1）IEC 技術報告 （ 即

35、 FF 的 H1）。 現場總線基金會 （FF） 成立以來進展比較快 , 推動了現場總線的研究和產品開發(fā)。在現 場總線物理層已獲國際電工委員會 IEC 批準的情況下 , 于 1996 年 一季度 完成了物理層的 低速總線 H1 的最后工作。 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（Hou ston）Mon san to Chocolate Bayou 工廠安裝了 Siemens、Yokogawa （橫河）、Fisher、 Smar、 Foxboro 、Rosemount、E+H 和 Micro Motion 等公司的產品。低速總線 H1 已進入實 用階段 , 可以供

36、應標準化產品。 FF H2 基金會現場總線 （ 即原 FF 的 H2,Fisher-Rosemount 等公司支持 ） FF推出的高速現場總線 H2主要用于制造自動化，但始終未獲IEC批準。其代替方案 是選用100Mbps速率的高速以太網（HSE的物理層、數據鏈路層協(xié)議，可以使用經濟的以 太網芯片，支持電路、 集線器 、中繼器 和電纜，并將 FF H1 的功能應用于以太網，即為 FF HSE FF H1經網橋可直接掛接高速以太網。 Profibus Profibus（ 德國西門子等公司支持 ） 。 過程現場總線 PROFIBU是德國標準(DIN19245和歐洲標準(EN50170的現場總線標準

37、。 由 PROFIBUS-DP PROFIBUSFMS PROFIBUSPA系列組成。DP用于分散外設 間高速數據傳輸，適用于 加工自動化領域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編 程控制器、低壓開關等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2標準。 PROFIBU支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。 PROFIBU的傳輸速率為s至12Mbit/s，最大傳輸距離在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。 是德國國家標準 DINI9245和歐洲標準EN50170的現場總線標

38、準，DP型用于分散外設間 的高速數據傳輸適合于加工自動化領域的應用。 1986年，德國開始制定過程現場總線 (Process Field Bus) 標準，簡稱PROFIBUS 1990 年，完成PROFIBU關準制定,在德國標準 DIN 19245中對其進行了論述。1994年,PROFIBUS 用戶組織又推出了用于 過程自動化 的現場總線 PROFIBUS-PA(Process Automat ion) ，通過 總線供電 ， 提供本質安全。 Profinet ( 德國西門子等公司支持 ) ?；?tcp/ip 過程現場總線 LONWORKS Lonworks 也叫 LON(Locai Operating Network) 是一種得到廣泛應用的現場總線，由 美國 Echelon 公司推出它采用了 ISQOSI 模型的全部七層通訊協(xié)議， 采用面的對象的設計方法， 通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設計