一、現(xiàn)場總線簡介
隨著控制、計(jì)算機(jī)、通訊、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理的各個(gè)層次、覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場。
信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)。
現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制領(lǐng)域又一個(gè)新時(shí)代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。
現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微型計(jì)算機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用背景。
現(xiàn)場總線技術(shù)將于微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有數(shù)字計(jì)算和通信能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)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(gè)微型計(jì)算機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動控制系統(tǒng)。簡而言之，它把單個(gè)分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場總線為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它給自動化領(lǐng)域帶來的變化正如眾多分散的計(jì)算機(jī)被網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使計(jì)算機(jī)的功能、加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列。因此把現(xiàn)場總線技術(shù)說成是一個(gè)控制技術(shù)新時(shí)代的開端并不過分。
使用現(xiàn)場總線技術(shù)給用戶帶來的好處：
1、節(jié)省硬件成本
2、設(shè)計(jì)組態(tài)安裝調(diào)試簡便
3、系統(tǒng)的安全可靠性好
4、減少故障停機(jī)時(shí)間
5、用戶對系統(tǒng)配置設(shè)備選型有大的自主權(quán)
6、系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便
7、完善了企業(yè)信息系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動化提供了基礎(chǔ)
二、現(xiàn)場總線的種類
在過去的10年內(nèi)，出現(xiàn)了許多的總線產(chǎn)品，較流行的有：德國Bosch公司設(shè)計(jì)的CAN網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）,美國Echelon公司設(shè)計(jì)的LonWorks網(wǎng)絡(luò)（Local Operation Network），按德國標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的Profibus(Profess FieldBus)總線，Rosemount公司設(shè)計(jì)的Hart（Highway Addressable Remote Transducer）總線，羅克韋爾自動化公司的DeviceNet 和ControlNet等。它們在一定的程度上獲得了應(yīng)用并取得了效益，對現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和促進(jìn)發(fā)揮了重要的作用，但都未能統(tǒng)一成為標(biāo)準(zhǔn)，因而其應(yīng)用必然受到產(chǎn)品技術(shù)程度不足的限制，難以構(gòu)成真正的FCS。
現(xiàn)場總線的分類方法很多，這里，我們采用IECSC65c/WG6委員會主席Richard H.Caro的分類方法，將現(xiàn)場總線分為以下3類。
（1） 全功能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)
這類現(xiàn)場總線提供從物理層到用戶層的所有功能，標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行得較為完善。這類總線包括：IEC/ISA現(xiàn)場總線，IEC和美國國家標(biāo)準(zhǔn)。Foundation FieldBus實(shí)現(xiàn)了IEC/ISA現(xiàn)場總線的一個(gè)子集。Profibus-PA和DP是德國標(biāo)準(zhǔn)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)的一部分。LonWorks是Echelon公司的專有現(xiàn)場總線，在建筑自動化、電梯控制、安全系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。
（2） 傳感器網(wǎng)絡(luò)
這類現(xiàn)場總線包括羅克韋爾自動化公司的DeviceNet，Honeyweill microswitch公司的 SDS。
它們的基礎(chǔ)是CAN（高速ISO11898；低速ISO11519）。 CAN出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，初應(yīng)用于汽車工業(yè)。許多自動化公司在CAN的基礎(chǔ)上建立了自己的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。
（3） 數(shù)字信號串行線
現(xiàn)場總線，不提供應(yīng)用層和用戶層。例如Seriplex ，Interbus-S，ASI等。
三、現(xiàn)場總線的原理和發(fā)展概況
現(xiàn)場總線的實(shí)質(zhì)：現(xiàn)場總線由于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上并未統(tǒng)一，所以對現(xiàn)場總線的定義是各有各的定義。
下面給出是現(xiàn)場總線的一種定義：電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線的實(shí)質(zhì)含義表現(xiàn)在以下6個(gè)方面。
1、現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)
用于過程以及制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)。
2、現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)
現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表是指傳感器、變速器和執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳感線互聯(lián)，傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等，并可根據(jù)需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質(zhì)。
3、互操作性
現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以提供一個(gè)工廠所需要的全部現(xiàn)場設(shè)備，所以，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成他所需的控制回路。這些就是現(xiàn)場總線設(shè)備互操作性的含義。現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)是基本的要求，只有實(shí)現(xiàn)互操作性，用戶才能自由地集成FCS。
4、分散功能塊
FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DSC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。由于功能塊分散在多臺儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)，故供用戶靈活選用各種功能，構(gòu)成所需地控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)*地分散控制。
5、通信線供電
通信線供電方式允許
