摘 要：

　　現(xiàn)場總線是迅速發(fā)展的一門新技術。它順應信息技術的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構的變革，為形成以網(wǎng)絡集成自動化系統(tǒng)為基礎的企業(yè)信息系統(tǒng)奠定了基礎。

　　關鍵詞：

　　現(xiàn)場總線；網(wǎng)絡；控制系統(tǒng)

　　1 現(xiàn)場總線的概念

　　現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。

　　現(xiàn)場總線技術將微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有了數(shù)字計算和數(shù)字通訊能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設備之間及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場總線是20世紀80年代中期在上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。現(xiàn)場總線可實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網(wǎng)絡，完成現(xiàn)場自動化設備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。

　　2 現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢

　　1983年，Honeywell推出了智能化儀表，它在原模擬儀表的基礎上增加了計算功能的微處理器芯片，在輸出的4～20mA直流信號上迭加了數(shù)字信號，使現(xiàn)場與控制室之間的連接模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。之后，世界上各大公司推出了各種智能儀表。智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場總線的誕生奠定了基礎。

　　智能儀表的出現(xiàn)為現(xiàn)場信號的數(shù)字化提供了條件，但不同廠商提供的設備通信標準不統(tǒng)一，束縛了底層網(wǎng)絡的發(fā)展?，F(xiàn)場總線要求不同的廠商遵從相同的制造標準，組成開放的互連網(wǎng)絡是現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢。

　　3 現(xiàn)場總線的特點與優(yōu)點

　　現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進行連線的結(jié)構形式。把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現(xiàn)場設備，加上現(xiàn)場設備具有通信能力，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了*的分散控制。

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放通信網(wǎng)絡，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它把作為網(wǎng)絡節(jié)點的智能設備連接成自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化的綜合自動化功能。是一項以智能傳感器、控制、計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡為主要內(nèi)容的綜合技術。

　　現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術上具有以下特點：

　　3．1 系統(tǒng)具有開放性和互用性

　　通信協(xié)議遵從相同的標準，設備之間可以實現(xiàn)信息交換，用戶可按自己的需要，把不同供應商的產(chǎn)品組成開放互連的系統(tǒng)。系統(tǒng)間、設備間可以進行信息交換，不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設備可以互換。

　　3．2 系統(tǒng)功能自治性

　　系統(tǒng)將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設備中完成，現(xiàn)場設備可以完成自動控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行狀況。

　　3．3 系統(tǒng)具有分散性

　　現(xiàn)場總線構成的是一種全分散的控制系統(tǒng)結(jié)構，簡化了系統(tǒng)結(jié)構，提高了可靠性。

　　3．4 系統(tǒng)具有對環(huán)境的適應性

　　現(xiàn)場總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗*力，能采用兩線制實現(xiàn)供電和通信，并可以滿足安全防爆的要求。

　　由于現(xiàn)場總線結(jié)構簡化，不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換隔離等功能單元及其復雜的接線，節(jié)省了硬件數(shù)量和投資。簡單的連線設計，節(jié)省了安裝費用。設備具有自診斷與簡單故障處理能力，減少了維護工作量。設備的互換性、智能化、數(shù)字化提高了系統(tǒng)的準確性和可靠性。還具有設計簡單，易于重構等優(yōu)點。

　　4 幾種有影響的現(xiàn)場總線技術

　　4．1 基金會現(xiàn)場總線

　　基金會現(xiàn)場總線（FF）于1994年由美國Fisher－Rosemount和Honeywell為首成立。它以ISO／OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層?；饡F(xiàn)場總線分H1和H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31．25kbps，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158－2標準。傳輸信號采用曼冊斯特編碼。

　　4．2 LonWorks

　　它由美國Echelon公司推出，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)，并開發(fā)了本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡。采用LonWorks技術和神經(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)。

　　4．3 PROFIBUS

　　PROFIBUS是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現(xiàn)場總線標準。由PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA組成。DP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IEC1158－2標準。

　　4．4 CAN

　　CAN是控制局域網(wǎng)絡的簡稱，由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領域。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構，傳輸時間短，具有自動關閉功能，具有較強的抗*力。

　　4．5 HART

　　HARTzui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。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)。

　　5 結(jié)語

　　現(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術領域又一個新時代的開始，并將對該領域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。