現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線主要用于

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

2003年4月，IEC61158 Ed.3現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)第3版正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定10種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線。

Type 1 TS61158現(xiàn)場(chǎng)總線

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

Type 3 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 4 P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 5 FF HSE現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 6 SwiftNet現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 7 World FIP現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 8 Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 9 FF H1現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 10 PROFInet現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特征

(1) 全數(shù)字化通信

(2) 開(kāi)放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

(3) 互可操作性與互用性

(4) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化

(5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性

(6) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性

現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)、一致，使系統(tǒng)具備開(kāi)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(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)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(kāi)拓了更為廣闊的領(lǐng)域;

一對(duì)雙絞線上可掛接多個(gè)控制設(shè)備， 便于節(jié)省安裝費(fèi)用;

節(jié)省維護(hù)開(kāi)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(dòng)權(quán)。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身來(lái)分析，它有兩個(gè)明顯的發(fā)展趨勢(shì):

一是尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

二是Industrial Ethernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

統(tǒng)一、開(kāi)放的TCP/IP Ethernet是20多年來(lái)發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，過(guò)去一直認(rèn)為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)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(dòng)化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。事實(shí)上，這些問(wèn)題正在迅速得到解決，國(guó)內(nèi)對(duì)EPA技術(shù)(Ethernet for Process Automation)也取得了很大的進(jìn)展。

隨著FF HSE的成功開(kāi)發(fā)以及PROFInet的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見(jiàn)Ethernet技術(shù)將會(huì)十分迅速地進(jìn)入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展

國(guó)際上形成的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的四大陣營(yíng):

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(guò)程控制系統(tǒng)的是:

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

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，過(guò)程控制領(lǐng)域在過(guò)去的兩個(gè)世紀(jì)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(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)(PCS，Pneumatic Control System氣動(dòng)控制系統(tǒng))，標(biāo)志著控制理論初步形成，但此時(shí)尚未有控制室的概念;20世紀(jì)50年代，隨著基于0-10mA或4-20mA的電流模擬信號(hào)的模擬過(guò)程控制體系被提出并得到廣泛的應(yīng)用，標(biāo)志了電氣自動(dòng)控制時(shí)代的到來(lái)，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(jì)70年代，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的介入，產(chǎn)生了"集中控制"的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而信號(hào)傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用4-20mA的模擬信號(hào)，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(diǎn)，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(jì)算機(jī)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(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表以及智能部件實(shí)現(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征，而數(shù)字傳輸信號(hào)也在逐步取代模擬傳輸信號(hào)。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(guò)程現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(hù)性等都有更高的要求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生。

現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)

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

不同的機(jī)構(gòu)和不同的人可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線有著不同的定義，不過(guò)通常情況下，大家公認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)體現(xiàn)在以下六個(gè)方面:

現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)

依據(jù)實(shí)際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(chǎng)儀表, 從而構(gòu)成虛擬控制站，徹底地實(shí)現(xiàn)了分散控制。

通信線供電

通信線供電方式允許現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)儀表, 與其配套的還有安全柵。

開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場(chǎng)總線為開(kāi)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的共享。

從以上內(nèi)容我們可以看到，現(xiàn)場(chǎng)總線體現(xiàn)了分布、開(kāi)放、互聯(lián)、高可靠性的特點(diǎn)，而這些正是DCS系統(tǒng)的缺點(diǎn)。DCS通常是一對(duì)一單獨(dú)傳送信號(hào)，其所采用的模擬信號(hào)精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對(duì)模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和預(yù)測(cè)故障，處于"失控"狀態(tài)，很多的儀表廠商自定標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)多雙向傳輸信號(hào)，采用的數(shù)字信號(hào)精度高、可靠性強(qiáng)，設(shè)備也始終處于操作員的遠(yuǎn)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(yùn)算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個(gè)智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對(duì)于DCS的巨大進(jìn)步。

也正是由于FCS的以上特點(diǎn)使得其在設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)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(fù)雜的任務(wù)，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，節(jié)省了硬件投資和使用面積;FCS的接線較為簡(jiǎn)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(fèi)用;由于現(xiàn)場(chǎng)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(hù)工作;同時(shí)，由于用戶擁有高度的系統(tǒng)集成自主權(quán)，可以通過(guò)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(zhǔn)確性也大為提高。這一切都幫助用戶實(shí)現(xiàn)了減低安裝、使用、維護(hù)的成本，最終達(dá)到增加利潤(rùn)的目的。

現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀

由于各個(gè)國(guó)家各個(gè)公司的利益之爭(zhēng)，雖然早在1984年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(IEC/ISA)就著手開(kāi)始制定現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但彼此的開(kāi)放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)有著以下的特點(diǎn):

多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存

目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場(chǎng)總線，如法國(guó)的FIP，英國(guó)的ERA，德國(guó)西門(mén)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF:FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國(guó)的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)場(chǎng)總線大都用于過(guò)程自動(dòng)化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運(yùn)輸、國(guó)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(chǎng)。

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(guò)程控制領(lǐng)域;LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運(yùn)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(duì)的，每種現(xiàn)場(chǎng)總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。

每種現(xiàn)場(chǎng)總線都有其國(guó)際組織和支持背景

大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線都有一個(gè)或幾個(gè)大型跨國(guó)公司為背景并成立相應(yīng)的國(guó)際組織，力圖擴(kuò)大自己的影響、得到更多的市場(chǎng)份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國(guó)際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要后臺(tái)，成立了WorldFIP國(guó)際用戶組織。

多種總線成為國(guó)家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

為了加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)能力，很多總線都爭(zhēng)取成為國(guó)家或者地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFIBUS已成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等。

設(shè)備制造商參與多個(gè)總線組織

為了擴(kuò)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(gè)甚至多個(gè)總線組織。

各個(gè)總線彼此協(xié)調(diào)共存

由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且還沒(méi)有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場(chǎng)，很多重要企業(yè)都力圖開(kāi)發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

工業(yè)自動(dòng)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(chǎng)總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求;現(xiàn)場(chǎng)總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會(huì)面對(duì)一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規(guī)律、商業(yè)利益的制約;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場(chǎng)總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。

主流現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介

下面就幾種主流的現(xiàn)場(chǎng)總線做一簡(jiǎn)單介紹。

1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FoundationFieldbus 簡(jiǎn)稱FF)

這是以美國(guó)Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門(mén)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(guò)程自動(dòng)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(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開(kāi)放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)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(dá)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(wú)線發(fā)射，協(xié)議符號(hào)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼。

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

最早由德國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，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(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)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(guò)設(shè)置優(yōu)先級(jí)來(lái)避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M /1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。目前已有多家公司開(kāi)發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。

Lonworks

它由美國(guó)Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。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(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(dá)2700m(78Kbit/s)，被譽(yù)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(shí)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(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過(guò)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(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。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(dāng)重要的設(shè)備級(jí)陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)為64個(gè)，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(kāi)，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(kāi)放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會(huì)，簡(jiǎn)稱"ODVA")。

5PROFIBUS

PROFIBUS是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(DIN19245)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN50170)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。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(dòng)化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。PA用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型，服從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。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(zhǎng)至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。

6HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫(xiě)，最早由Rosemount公司開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過(guò)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。由于它采用模擬數(shù)字信號(hào)混和，難以開(kāi)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(jī)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(xiě)，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長(zhǎng)勢(shì)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配線復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個(gè)以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)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(dú)立，總部設(shè)在法國(guó)。其在歐洲市場(chǎng)占有重要地位，特別是在法國(guó)占有率大約為60%。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來(lái)適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒(méi)有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來(lái)解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實(shí)現(xiàn)"透明聯(lián)接"，并對(duì)FF的H1進(jìn)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(guó)Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場(chǎng)總線，2000年2月成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開(kāi)放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)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(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)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(diǎn)，并嚴(yán)格保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院椭芷谛?該總線的實(shí)時(shí)性、抗干擾性和可維護(hù)性也非常出色。INTERBUS廣泛地應(yīng)用到汽車、煙草、倉(cāng)儲(chǔ)、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線的領(lǐng)先者。

此外較有影響的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)總線這里就不再贅述了。

現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展和以太網(wǎng)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是控制、計(jì)算機(jī)、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(guò)程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓半自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等等。它的出現(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)档统杀尽⑻岣呖煽啃?、增?qiáng)可維護(hù)性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化的要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)為兩個(gè)方面:一個(gè)是低速現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善;另一個(gè)是高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展。而目前現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運(yùn)行速率較低的領(lǐng)域，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從實(shí)際應(yīng)用狀況看，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線，都能較好地實(shí)現(xiàn)速率要求較低的過(guò)程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰(shuí)都很難統(tǒng)一整個(gè)市場(chǎng)。就目前而言，由于FF基金會(huì)幾乎集中了世界上主要自動(dòng)化儀表制造商，其全球影響力日益增加，但其在中國(guó)市場(chǎng)營(yíng)銷力度似乎不足，市場(chǎng)份額不是很高，LonWorks形成了全面的分工合作體系，在國(guó)內(nèi)有一些實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、智能通信產(chǎn)品等方面，LonWorks則具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在離散制造加工領(lǐng)域，由于行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)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(shì)，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)廠商的規(guī)模相對(duì)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(chǎng)總線技術(shù)供應(yīng)商 (芯片制造商等)對(duì)國(guó)內(nèi)的支持和市場(chǎng)推廣力度的影響。而且，還有一個(gè)不可忽視的一點(diǎn)就是在構(gòu)建自動(dòng)化管理系統(tǒng)時(shí)，選擇的上位機(jī)，比如組態(tài)軟件對(duì)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(duì)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(guò)DDE、OPC或者直接連接等方式進(jìn)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(dòng)化技術(shù)從單機(jī)控制發(fā)展到工廠自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化。工廠自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò)可分為以下三層結(jié)構(gòu):工廠管理級(jí)、車間監(jiān)控級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)，而現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)化領(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，按習(xí)慣主要指IEEE 802.3協(xié)議，如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用"以太網(wǎng)+TCP/IP"來(lái)表示，其技術(shù)特點(diǎn)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(jí)、車間監(jiān)控級(jí)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(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴(yán)格要求場(chǎng)合也有許多應(yīng)用。由于現(xiàn)場(chǎng)總線目前種類繁多，標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)總線技術(shù)，施耐德公司就是該想法的積極倡導(dǎo)者和實(shí)踐者，目前已有一批工業(yè)級(jí)產(chǎn)品問(wèn)世和實(shí)際應(yīng)用。可是就目前而言，以太網(wǎng)還不能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問(wèn)題，大部分現(xiàn)場(chǎng)層仍然會(huì)首選現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。由于技術(shù)的局限和各個(gè)廠家的利益之爭(zhēng)，這樣一個(gè)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(huì)維持一段時(shí)間。用戶可以根據(jù)技術(shù)要求和實(shí)際情況來(lái)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(dòng)化系統(tǒng)中。

2003年4月，IEC61158 Ed.3現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)第3版正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定10種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線。

Type 1 TS61158現(xiàn)場(chǎng)總線

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

Type 3 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 4 P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 5 FF HSE現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 6 SwiftNet現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 7 World FIP現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 8 Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 9 FF H1現(xiàn)場(chǎng)總線

Type 10 PROFInet現(xiàn)場(chǎng)總線

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

不同的機(jī)構(gòu)和不同的人可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線有著不同的定義，不過(guò)通常情況下，大家公認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)體現(xiàn)在以下六個(gè)方面:

現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)

依據(jù)實(shí)際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(chǎng)儀表, 從而構(gòu)成虛擬控制站，徹底地實(shí)現(xiàn)了分散控制。

通信線供電

通信線供電方式允許現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)儀表, 與其配套的還有安全柵。

開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)場(chǎng)總線為開(kāi)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的共享。

從以上內(nèi)容我們可以看到，現(xiàn)場(chǎng)總線體現(xiàn)了分布、開(kāi)放、互聯(lián)、高可靠性的特點(diǎn)，而這些正是DCS系統(tǒng)的缺點(diǎn)。DCS通常是一對(duì)一單獨(dú)傳送信號(hào)，其所采用的模擬信號(hào)精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對(duì)模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和預(yù)測(cè)故障，處于"失控"狀態(tài)，很多的儀表廠商自定標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)多雙向傳輸信號(hào)，采用的數(shù)字信號(hào)精度高、可靠性強(qiáng)，設(shè)備也始終處于操作員的遠(yuǎn)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(yùn)算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個(gè)智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對(duì)于DCS的巨大進(jìn)步。

也正是由于FCS的以上特點(diǎn)使得其在設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)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(fù)雜的任務(wù)，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，節(jié)省了硬件投資和使用面積;FCS的接線較為簡(jiǎn)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(fèi)用;由于現(xiàn)場(chǎng)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(hù)工作;同時(shí)，由于用戶擁有高度的系統(tǒng)集成自主權(quán)，可以通過(guò)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(zhǔn)確性也大為提高。這一切都幫助用戶實(shí)現(xiàn)了減低安裝、使用、維護(hù)的成本，最終達(dá)到增加利潤(rùn)的目的。

由于各個(gè)國(guó)家各個(gè)公司的利益之爭(zhēng)，雖然早在1984年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(IEC/ISA)就著手開(kāi)始制定現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但彼此的開(kāi)放性和互操作性還難以統(tǒng)一。目前現(xiàn)場(chǎng)總線市場(chǎng)有著以下的特點(diǎn):

多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存

目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場(chǎng)總線，如法國(guó)的FIP，英國(guó)的ERA，德國(guó)西門(mén)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF:FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國(guó)的DeviceNet與ControlNet等等。這些現(xiàn)場(chǎng)總線大都用于過(guò)程自動(dòng)化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運(yùn)輸、國(guó)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(chǎng)。

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(guò)程控制領(lǐng)域;LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用于樓宇、交通運(yùn)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(duì)的，每種現(xiàn)場(chǎng)總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。

每種現(xiàn)場(chǎng)總線都有其國(guó)際組織和支持背景

大多數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線都有一個(gè)或幾個(gè)大型跨國(guó)公司為背景并成立相應(yīng)的國(guó)際組織，力圖擴(kuò)大自己的影響、得到更多的市場(chǎng)份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，并成立了PROFIBUS國(guó)際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要后臺(tái)，成立了WorldFIP國(guó)際用戶組織。

多種總線成為國(guó)家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

為了加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)能力，很多總線都爭(zhēng)取成為國(guó)家或者地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，比如PROFIBUS已成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等。

設(shè)備制造商參與多個(gè)總線組織

為了擴(kuò)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(gè)甚至多個(gè)總線組織。

各個(gè)總線彼此協(xié)調(diào)共存

由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且還沒(méi)有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場(chǎng)，很多重要企業(yè)都力圖開(kāi)發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

工業(yè)自動(dòng)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(chǎng)總線技術(shù)也很難滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求;現(xiàn)場(chǎng)總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會(huì)面對(duì)一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)世界。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規(guī)律、商業(yè)利益的制約;技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。而現(xiàn)場(chǎng)總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是彼此的互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。