工業(yè)現(xiàn)場總線體系介紹39頁

1、1.現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線（Field bus）是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)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(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)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(shù)據(jù)總線，是自動化領域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)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(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線應用行業(yè)：現(xiàn)場總線的產(chǎn)生對工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用，對國民經(jīng)濟的增長有著非常

2、重要的影響?，F(xiàn)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(nóng)業(yè)和樓宇等領域?，F(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場與微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點通信的系統(tǒng)也稱為開放式全數(shù)字化多點通信的底層控制網(wǎng)絡。 現(xiàn)場總線的定義： 現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制室之間的一種“全數(shù)字化，雙向多變量，多點多站的通信系統(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、現(xiàn)場設備互連、互操作性、分散功能模塊和開放式互連網(wǎng)絡 現(xiàn)場總線的優(yōu)點： 實現(xiàn)了全數(shù)字化通信，不同廠家產(chǎn)品互操作；實現(xiàn)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時可將儀表標識符和簡單診斷信息一并傳送，可以產(chǎn)生

3、最先進的現(xiàn)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(xiàn)場總線特征(1) 全數(shù)字化通信(2) 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(3) 互可操作性與互用性(4) 現(xiàn)場設備的智能化(5) 系統(tǒng)結構的高度分散性(6) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應性現(xiàn)場總線特點及缺陷現(xiàn)場控制設備具有通信功能，便于構成工廠底層控制網(wǎng)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?？刂乒δ芟路诺浆F(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結構具備高度的分散性。現(xiàn)場總線總線優(yōu)點現(xiàn)場總線使自控設備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)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

4、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?，F(xiàn)場總線總線缺點網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲，通信系統(tǒng)的瞬時錯誤和數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線總線本質(zhì)不同的機構和不同的人可能對現(xiàn)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(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線設備互聯(lián)依據(jù)實際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場設備或者現(xiàn)場儀表相互關聯(lián)?，F(xiàn)場總線互操作性用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不

5、同廠家或不同型號的產(chǎn)品構成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS?，F(xiàn)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(xiàn)場儀表, 從而構成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制。現(xiàn)場總線通信線供電通信線供電方式允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量, 這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場儀表, 與其配套的還有安全柵?，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，既可以與同層網(wǎng)絡互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的共享。從以上內(nèi)容我們可以看到，現(xiàn)場總線體現(xiàn)了分布、開放、互聯(lián)、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

6、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(diào)整參數(shù)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(xiàn)代的要求，而且?guī)缀跛械目刂乒δ芏嘉挥诳刂普局?。FCS則采取一對多雙向傳輸信號，采用的數(shù)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(lián)，智能儀表具有通信、控制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(chǎn)都具有很大的優(yōu)越性：首先由于

7、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(xiàn)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(chǎn)品；整體系統(tǒng)的可靠性和準確性也大為提高。這一切都幫助用戶實現(xiàn)了減低安裝、使用、維護的成本，最終達到增加利潤的目的。現(xiàn)場總線發(fā)展趨勢從現(xiàn)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(xiàn)場總線國際標準。二、是Industrial Ethernet走向工業(yè)控制網(wǎng)

8、絡。EPA即以太網(wǎng)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(wǎng)絡技術 ，過去一直認為，Ethernet（以太網(wǎng)）是為IT領域應用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)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(nèi)對EPA技術（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的進展。隨著FF HSE的成功開發(fā)以及PROFInet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(wǎng)絡。國際上形成的工業(yè)以太網(wǎng)技術的四大陣營：主要用于離散制造控

9、制系統(tǒng)的是：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)主要用于過程控制系統(tǒng)的是：4)Foundation Fieldbus HSE工業(yè)以太網(wǎng)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(xiàn)的基于513psi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05V或420mA的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(xiàn)代控

10、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(shù)字計算機的介入，產(chǎn)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420mA的模擬信號，不久人們也發(fā)現(xiàn)了伴隨著“集中控制”，該系統(tǒng)存在著易失控、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(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征，而數(shù)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(shù)字通信

11、網(wǎng)絡延伸到工業(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、可維護性等都有更高的要求。由此，導致了現(xiàn)場總線的產(chǎn)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（MULTIBUS）分離，形成了現(xiàn)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模擬量疊加了一種頻率信號，用

12、雙絞線實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸。HART協(xié)議已是現(xiàn)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，以Siemens，Rosemount，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PROFIBUS協(xié)議。后來美國儀器儀表學會也制定了現(xiàn)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(xiàn)場總線集團：一個是以Siemens、Rosemount，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

13、宣布合并，融合成現(xiàn)場總線基金會（Fieldbus Foundation）簡稱FF。對于現(xiàn)場總線的技術發(fā)展和制定標準，基金委員會取得以下共識：共同制定遵循IEC/ISA SP50協(xié)議標準；商定現(xiàn)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(xiàn)場總線作為IEC61158國際標準。 2003年4月，IEC61158 Ed.3現(xiàn)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(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、FF HSE現(xiàn)場總線、SwiftNe

14、t現(xiàn)場總線、 World FIP現(xiàn)場總線、 Interbus現(xiàn)場總線、FF H1現(xiàn)場總線、PROFInet現(xiàn)場總線。國內(nèi)工業(yè)總線EPA，G-link,Symotion與NCUC-BUS現(xiàn)場總線總線現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場總線技術，但彼此的開放性和互操作性還難以統(tǒng)一。現(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，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWo

15、rks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemount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（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，國際標準組織-基金會現(xiàn)場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)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、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領域，大

16、概不到十種的總線占有80%左右的市場。工業(yè)總線網(wǎng)絡可歸為三類：485網(wǎng)絡、HART網(wǎng)絡、FieldBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。485網(wǎng)絡：RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行的一種工業(yè)組網(wǎng)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(zhuǎn)而支持RS485/MODBUS，原因很簡單， RS485的轉(zhuǎn)換接口不僅便宜而且種類繁多。至少在低端市場上，RS485/MODBUS仍將是最主要的工業(yè)組網(wǎng)方式。HART網(wǎng)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(shù)字信號，但該協(xié)議并未真正開放，要加入他的基金會才能拿到協(xié)議，而加入基金會要一定的費用。H

17、ART技術主要被國外幾家大公司壟斷，近些年國內(nèi)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(nèi)情況來看，還沒有真正用到這部分功能來進行設備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，最多只是利用手操器對其進行參數(shù)設定。從長遠來看，由于HART通信速率低、組網(wǎng)困難等原因，HART儀表的應用將呈下滑趨勢。FieldBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡：現(xiàn)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(wǎng)。它的出現(xiàn)標志著自動化控制技術又一個新時代的開始?，F(xiàn)場總線是連接控制現(xiàn)場的儀表與控制室內(nèi)的控制裝置的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡。其關鍵標志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字

18、化通信?，F(xiàn)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(xiàn)使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結構產(chǎn)生了革命性的變化，使自控系統(tǒng)朝著“智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化、分散化”的方向進一步邁進，形成新型的網(wǎng)絡通信的全分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)。然而，現(xiàn)場總線還沒有形成真正統(tǒng)一的標準，ProfiBus、CANbus、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(xiàn)場總線的儀表種類還比較少，可供選擇的余地小，價格又偏高，用量也較小。現(xiàn)場總線注意事項現(xiàn)場總線逐漸在工業(yè)現(xiàn)場推廣，不少設備不但具有傳統(tǒng)儀表的功能，而且還具備

19、現(xiàn)場總線的功能、在DCS中，現(xiàn)場總線被廣泛應用?，F(xiàn)場總線在使用中需要注意以下幾個問題：1）通信距離?，F(xiàn)場總線的通信距離一般有一定的要求，例如，PROFIBUS/DP在12Mbps速率時，采用標準電纜，可以達到200m，如果采用187.5kbps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?qū)崿F(xiàn)的距離，一般來說，距離和通信速率成反比；另一個，是整個網(wǎng)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，必須考慮整個網(wǎng)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(xiàn)場總線中，如果增大距離，就必須對一些通信參數(shù)進

20、行修改；2）線纜選擇?，F(xiàn)場的環(huán)境決定現(xiàn)場總線的通信速度和通信介質(zhì)。一般而言，現(xiàn)場總線采用電信號傳遞數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)倪^程中不可避免地收到周圍電磁環(huán)境的影響。大多數(shù)現(xiàn)場總線采用屏蔽雙絞線。必須注意的是，不同種類現(xiàn)場總線要求的屏蔽雙絞線可能是不同的。現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場總線網(wǎng)絡的工作；3）隔離。一般來說，現(xiàn)場總線的電信號與設備內(nèi)部是電氣隔離的?，F(xiàn)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(wǎng)段所有設備的總線收發(fā)器損壞。如果不加以隔離

21、，高電壓信號會繼續(xù)將設備內(nèi)部其他電路損壞，導致嚴重的后果；4）屏蔽?，F(xiàn)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(chǎn)生地回路電流；5）連接器?，F(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)有通信的條件下，實現(xiàn)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(xiàn)場總線信號和所有電磁波信號一樣具有反射現(xiàn)象，在總線每一個網(wǎng)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(xiàn)正確的電

22、平，保證通信。因此，現(xiàn)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(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領域?qū)档统杀?、提高可靠性、增強可維護性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化的要求。現(xiàn)場總線應用領域每種總線大都有其應用的領域，比如FF、PROFIBUS-PA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-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)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(xiàn)場總線都力圖將其應用領域擴大，彼此滲透。現(xiàn)場總線背景大多數(shù)的現(xiàn)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

23、織，力圖擴大自己的影響、得到更多的市場份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國際用戶組織。WorldFIP以Alstom公司為主要后臺，成立了WorldFIP國際用戶組織?，F(xiàn)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PROFIBUS已成為德國標準，WorldFIP已成為法國標準等?，F(xiàn)場總線制造商為了擴大自己產(chǎn)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?，F(xiàn)場總線協(xié)調(diào)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(xiàn)了

24、協(xié)調(diào)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?nèi)f化，使用一種現(xiàn)場總線技術也很難滿足所有行業(yè)的技術要求；現(xiàn)場總線不同于計算機網(wǎng)絡，人們將會面對一個多種總線技術標準共存的現(xiàn)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(chǎn)物。而現(xiàn)場總線的關鍵技術之一是彼此的互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術的統(tǒng)一是所有用戶的愿望?，F(xiàn)場總線市場態(tài)勢現(xiàn)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?，F(xiàn)場總線技術的發(fā)展體現(xiàn)為兩個方面：一個是低速現(xiàn)場總線領域的不斷發(fā)展和完

25、善；另一個是高速現(xiàn)場總線技術的發(fā)展。而現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應用于運行速率較低的領域，對網(wǎng)絡的性能要求不是很高。從實際應用狀況看，大多數(shù)現(xiàn)場總線，都能較好地實現(xiàn)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(nèi)有一些實質(zhì)性的進展，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(jīng)在這

26、一領域形成了自己的優(yōu)勢，具有較強的競爭力。國內(nèi)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(xiàn)場總線技術供應商 (芯片制造商等)對國內(nèi)的支持和市場推廣力度的影響。而且，還有一個不可忽視的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或者直接連接等方式進行通訊，采集數(shù)據(jù)。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(xiàn)場總線介紹O

27、PC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，OPC基金會現(xiàn)有會員已超過220家。遍布全球，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(xiàn)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(xiàn)為基于Windows的應用程序和現(xiàn)場過程控制應用建立了橋梁。在過去，為了存取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)

28、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(shù)。由于現(xiàn)場設備的種類繁多，且產(chǎn)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(qū)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/COM接口完成的，在OPC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(wǎng)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(wǎng)絡可分為以下三層結構：工廠

29、管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設備級，而現(xiàn)場總線是工廠底層設備之間的通信網(wǎng)絡。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域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議，按習慣主要指IEEE 802.3協(xié)議，如果進一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+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(wǎng)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(xiàn)場總線種類繁多，標準不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術能介入設備低層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)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，

30、已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問世和實際應用。以太網(wǎng)還不能夠真正解決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。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(wǎng)技術不斷滲透的現(xiàn)狀還會維持一段時間。用戶可以根據(jù)技術要求和實際情況來選擇所需的解決方案CANCAN(Control Area Network控制器局域網(wǎng))由德國BOSCH公司推出用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部門之間的數(shù)據(jù)通信。國內(nèi)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Intel、Motorola、NEC等公司的支持

31、。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結構，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(wǎng)絡節(jié)點數(shù)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(xiàn)場總線（FoundationFieldbus 簡稱FF）這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)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(lián)合歐洲等地150余

32、家公司制定的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(xiàn)場總線采用國際標準化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)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(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FF的H

33、1)?，F(xiàn)場總線基金會(FF) 成立以來進展比較快, 推動了現(xiàn)場總線的研究和產(chǎn)品開發(fā)。在現(xiàn)場總線物理層已獲國際電工委員會IEC 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(chǎn)品。低速總線H1 已進入實用階段, 可以供應標準化產(chǎn)品。 FF H2基金會現(xiàn)場總線 (即原FF的H2,

34、Fisher-Rosemount等公司支持)FF 推出的高速現(xiàn)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(wǎng)（HSE）的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可以使用經(jīng)濟的以太網(wǎng)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(wǎng)，即為FF HSE。FF H1 經(jīng)網(wǎng)橋可直接掛接高速以太網(wǎng)。 ProfibusProfibus(德國西門子等公司支持)。 過程現(xiàn)場總線PROFIBUS是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現(xiàn)場總線標準。由PROFIBUS-DP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA系列組成。DP

35、用于分散外設間高速數(shù)據(jù)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IEC11582標準。PROFIBUS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。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(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點。是德國國家標準DINl9245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準，DP型用于分散外設間的高速數(shù)據(jù)傳輸適合于加工自動化領域的應用。198

36、6年, 德國開始制定過程現(xiàn)場總線(Process Field Bus) 標準, 簡稱PROFIBUS。1990 年, 完成PROFIBUS標準制定, 在德國標準D IN 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(xiàn)場總線PROFIBUS-PA(Process Automat ion)，通過總線供電, 提供本質(zhì)安全。Profinet(德國西門子等公司支持)?；趖cp/ip 過程現(xiàn)場總線LONWORKSLonworks也叫LON(Locai Operating Network)是一種得到廣泛應用的現(xiàn)場總線，由美國Echelon公司推出它采用了ISQ

37、OSI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(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通信設計簡化為參數(shù)設計，在智能建筑中得到廣泛的應用；它由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導。它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O計方法，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通信設計簡化為參數(shù)設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(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。Lonworks技術采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。采用Lonworks技術

38、和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。CC-LinkCC-Link是Control&Communication Link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）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。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同是以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡，具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復雜的問題，同時具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設備層為主的網(wǎng)絡，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月

39、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。WorldFIP(法國Alstom等公司支持)1993年, 由Honeywell、Bailey 等公司牽頭, 成立Wo rldF IP, 約有120 多個公司加盟, 以法國標準FIP (Factory Instrum entation Protocol) 為基礎制定現(xiàn)場總線標準。WorldFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，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(wǎng)關或網(wǎng)橋

40、，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實現(xiàn)“透明聯(lián)接”，并對FF的H1進行了技術拓展，如速率等。在與IEC61158第一類型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。SwiftNet此外較有影響的現(xiàn)場總線還有SwiftNet現(xiàn)場總線主要使用在航空航天等領域，SymotionSymotion是一種用于運動控制的實時工業(yè)總線，基于10/100M以太網(wǎng)物理層，應用層使用canopen及精簡協(xié)議。可應用于運動控制器，電機驅(qū)動器，PLC，編碼器光柵尺與其它工業(yè)現(xiàn)場執(zhí)行器互連。symotion總線提供安全、開放、低成本及高性能應用。-InterbusInterbu

41、s 是德國Phenix Contact 公司建立的一個公司標準而Control Net 與Swiftnet 分別以美國洛克威爾Rockwell 與波音大型跨國公司作為背景和依托。 INTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場總線，2000年2月成為國際標準IEC61158。INTERBUS采用國際標準化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。其采用集總幀型的數(shù)據(jù)環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點，并嚴格保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院椭芷谛?；該總線的實時性、抗干擾性和可維護性也非常出色。INTERBUS廣

42、泛地應用到汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國際現(xiàn)場總線的領先者。P-Net(3)P-Net(丹麥Process Data公司支持)。最初由丹麥的Process Data 公司開發(fā)1984年推出1997 年組建成美國物理學會國際P-NET 用戶組織會員有近百家總部在丹麥采用歐洲標準EN-50170(1) 由物理層數(shù)據(jù)鏈路層應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 碼進行異步通信主要用于農(nóng)業(yè)灌溉和水廠自動化。丹麥公司Process-Data A/S 提出的P-Net，該總線主要應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè)；HART 現(xiàn)場總線的類型H

43、ART（可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路）HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，最早由Rosemount公司開發(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)變的過渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)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。由于它采用模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為主設備的雙主設備系統(tǒng)。DeviceNetDeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡解決方案，有著開放的網(wǎng)絡標準

44、。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設備間的通信而且提供了相當重要的設備級陣地功能。DeviceNet基于CAN技術，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wǎng)絡的最大節(jié)點為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡上的設備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設備，而且其設備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結構是Open DeviceNet Vendor Association（開放式設備網(wǎng)絡供應商協(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，而通信部分的硬、軟件是它最有特色的部分?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護軟件、仿真軟件、設備軟件和監(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。通過組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù)，進行網(wǎng)絡組態(tài)。在網(wǎng)絡運行過程中對系統(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)