現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場總線

制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、電力等方面的自動化系統(tǒng)中。

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。

Type 1 TS61158現(xiàn)場總線

Type 2 ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場總線

Type 3 Profibus現(xiàn)場總線

Type 4 P-NET現(xiàn)場總線

Type 5 FF HSE現(xiàn)場總線

Type 6 SwiftNet現(xiàn)場總線

Type 7 World FIP現(xiàn)場總線

Type 8 Interbus現(xiàn)場總線

Type 9 FF H1現(xiàn)場總線

Type 10 PROFInet現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線的技術(shù)特征

(1) 全數(shù)字化通信

(2) 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

(3) 互可操作性與互用性

(4) 現(xiàn)場設(shè)備的智能化

(5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性

(6) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性

現(xiàn)場總線的特點

現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。

通信標準的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性。

功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。

控制功能下放到現(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

現(xiàn)場總線的優(yōu)點

現(xiàn)場總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，為其應(yīng)用開拓了更為廣闊的領(lǐng)域;

一對雙絞線上可掛接多個控制設(shè)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(quán)。

現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢

從現(xiàn)場總線技術(shù)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)絡(luò)

統(tǒng)一、開放的TCP/IP Ethernet是20多年來發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，過去一直認為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實時性、環(huán)境適應(yīng)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(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內(nèi)對EPA技術(shù)(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(yīng)用，可以預見Ethernet技術(shù)將會十分迅速地進入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展

國際上形成的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的四大陣營:

主要用于離散制造控制系統(tǒng)的是:

Modbus-IDA工業(yè)以太網(wǎng)

Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)

PROFInet工業(yè)以太網(wǎng)

主要用于過程控制系統(tǒng)的是:

Foundation Fieldbus HSE工業(yè)以太網(wǎng)

隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，過程控制領(lǐng)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0-10mA或4-20mA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(yīng)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)代控制的基礎(chǔ)，設(shè)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4-20mA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(yīng)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(yīng)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(yīng)用，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)備。設(shè)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。

現(xiàn)場總線的實質(zhì)和優(yōu)點

1984年，現(xiàn)場總線的概念得到正式提出。IEC(International Electrotechnical Commission,國際電工委員會)對現(xiàn)場總線(Fieldbus)的定義為:現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結(jié)點的數(shù)字通信技術(shù)。

不同的機構(gòu)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，大家公認現(xiàn)場總線的本質(zhì)體現(xiàn)在以下六個方面:

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)

用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場設(shè)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(shè)備或者現(xiàn)場儀表相互關(guān)聯(lián)。

互操作性

用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。

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(gòu)成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制。

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。

開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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芏嘉挥诳刂普局小CS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(shè)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(shè)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(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)都具有很大的優(yōu)越性:首先由于分散在前端的智能設(shè)備能執(zhí)行較為復雜的任務(wù)，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了設(shè)備，大大節(jié)約了安裝費用;由于現(xiàn)場控制設(shè)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(quán)，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)場總線的現(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(shù)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(shù)，但彼此的開放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場總線市場有著以下的特點:

多種現(xiàn)場總線并存

目前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LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi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(lǐng)域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有80%左右的市場。

各種總線都有其應(yīng)用的領(lǐng)域

每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)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(lǐng)域;LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)域擴大，彼此滲透。

每種現(xiàn)場總線都有其國際組織和支持背景

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(yīng)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。

多種總線成為國家和地區(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。

設(shè)備制造商參與多個總線組織

為了擴大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。

各個總線彼此協(xié)調(diào)共存

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(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國際標準中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)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(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求;現(xiàn)場總線不同于計算機網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個多種總線技術(shù)標準共存的現(xiàn)實世界。技術(shù)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(shù)標準不僅是一個技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。

主流現(xiàn)場總線簡介

下面就幾種主流的現(xiàn)場總線做一簡單介紹。

1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(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)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。

CAN(ControllerAreaNetwork 控制器局域網(wǎng))

最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)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。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(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)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(shù)，通過設(shè)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(luò)節(jié)點數(shù)實際可達110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。

Lonworks

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(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)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(luò)。Lonworks技術(shù)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(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。

DeviceNet

DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標準。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當重要的設(shè)備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wǎng)絡(luò)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(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結(jié)構(gòu)是Open DeviceNet Vendor Association(開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會，簡稱"ODVA")。

5PROFIBUS

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系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2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。

6HART

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(yīng)用層三層，支持點對點主從應(yīng)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(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。

7CC-Link

CC-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(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)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(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，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(shù)文件。

8WorldFIP

WorkdFIP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(shè)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(jié)構(gòu)來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，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(shù)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。

INTERBUS

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(yīng)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廣泛地應(yīng)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(lǐng)先者。

此外較有影響的現(xiàn)場總線還有丹麥公司Process-Data A/S 提出的P-Net，該總線主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè);SwiftNet現(xiàn)場總線主要使用在航空航天等領(lǐng)域，還有一些其他的現(xiàn)場總線這里就不再贅述了。

現(xiàn)場總線的發(fā)展和以太網(wǎng)

現(xiàn)場總線技術(shù)是控制、計算機、通訊技術(shù)的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過程自動化、制造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。它的出現(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領(lǐng)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?，F(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)為兩個方面:一個是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善;另一個是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。而目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從實際應(yīng)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(lǐng)域，誰都很難統(tǒng)一整個市場。就目前而言，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(lǐng)域，由于行業(yè)應(yīng)用的特點和歷史原因，Profibus和CAN經(jīng)在這一領(lǐng)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(shù)供應(yīng)商的支持，比較容易受現(xiàn)場總線技術(shù)供應(yīng)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(gòu)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(shè)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(shè)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。

由于目前自動化技術(shù)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(luò)可分為以下三層結(jié)構(gòu):工廠管理級、車間監(jiān)控級、現(xiàn)場設(shè)備級，而現(xiàn)場總線是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。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(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已有不少成功的案例，在設(shè)備層對實時性沒有嚴格要求場合也有許多應(yīng)用。由于現(xiàn)場總線目前種類繁多，標準不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設(shè)備低層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場總線技術(shù)，施耐德公司就是該想法的積極倡導者和實踐者，目前已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問世和實際應(yīng)用?？墒蔷湍壳岸裕蕴W(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(shù)。由于技術(shù)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(shù)并存，以太網(wǎng)技術(shù)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(shù)要求和實際情況來選擇所需的解決方案。

制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、電力等方面的自動化系統(tǒng)中。

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。

Type 1 TS61158現(xiàn)場總線

Type 2 ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場總線

Type 3 Profibus現(xiàn)場總線

Type 4 P-NET現(xiàn)場總線

Type 5 FF HSE現(xiàn)場總線

Type 6 SwiftNet現(xiàn)場總線

Type 7 World FIP現(xiàn)場總線

Type 8 Interbus現(xiàn)場總線

Type 9 FF H1現(xiàn)場總線

Type 10 PROFInet現(xiàn)場總線

1984年，現(xiàn)場總線的概念得到正式提出。IEC(International Electrotechnical Commission,國際電工委員會)對現(xiàn)場總線(Fieldbus)的定義為:現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結(jié)點的數(shù)字通信技術(shù)。

不同的機構(gòu)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，大家公認現(xiàn)場總線的本質(zhì)體現(xiàn)在以下六個方面:

現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)

用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場設(shè)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(shè)備或者現(xiàn)場儀表相互關(guān)聯(lián)。

互操作性

用戶可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。

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(gòu)成虛擬控制站，徹底地實現(xiàn)了分散控制。

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。

開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場總線為開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(shè)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(shè)計、安裝、投運到正常生產(chǎn)都具有很大的優(yōu)越性:首先由于分散在前端的智能設(shè)備能執(zhí)行較為復雜的任務(wù)，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了設(shè)備，大大節(jié)約了安裝費用;由于現(xiàn)場控制設(shè)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(quán)，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。

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(shù)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(shù)，但彼此的開放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場總線市場有著以下的特點:

多種現(xiàn)場總線并存

目前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LONWorks，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(lǐng)域、加工制造、交通運輸、國防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域，大概不到十種的總線占有80%左右的市場。

各種總線都有其應(yīng)用的領(lǐng)域

每種總線大都有其應(yīng)用的領(lǐng)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(lǐng)域;LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)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(yīng)用領(lǐng)域擴大，彼此滲透。

每種現(xiàn)場總線都有其國際組織和支持背景

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(yīng)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。

多種總線成為國家和地區(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。

設(shè)備制造商參與多個總線組織

為了擴大自己產(chǎn)品的使用范圍，很多設(shè)備制造商往往參與不止一個甚至多個總線組織。

各個總線彼此協(xié)調(diào)共存

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(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國際標準中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

工業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)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(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求;現(xiàn)場總線不同于計算機網(wǎng)絡(luò)，人們將會面對一個多種總線技術(shù)標準共存的現(xiàn)實世界。技術(shù)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(shù)標準不僅是一個技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。