從名詞定義來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)電器、現(xiàn)場(chǎng)儀表及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室主機(jī)系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放斷放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。而現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定某個(gè)控制系統(tǒng)中一定數(shù)量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間如何交換數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)可以是電線電纜、光纜、電話(huà)線、無(wú)線電等。

通俗地講，現(xiàn)場(chǎng)總線是用在現(xiàn)場(chǎng)的總線技術(shù)。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的接線方式是一種并聯(lián)接線方式，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制各個(gè)電器元件，對(duì)應(yīng)每一個(gè)元件有一個(gè)I/O口，兩者之間需用兩根線進(jìn)行連接，作為控制和/或電源。當(dāng)PLC所控制的電器元件數(shù)量達(dá)到數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的接線就顯得十分復(fù)雜，容易搞錯(cuò)，施工和維護(hù)都十分不便。為此，人們考慮怎樣把那么多導(dǎo)線合并到一起，用一根導(dǎo)線來(lái)連接所有設(shè)備，所有的數(shù)據(jù)和信號(hào)都在這根線上流通，同時(shí)設(shè)備之間的控制和通信可任意設(shè)置。因而這根線自然而然地稱(chēng)為了總線，就如計(jì)算機(jī)內(nèi)部的總線概念一樣。

由于控制對(duì)象都在工礦現(xiàn)場(chǎng)，不同于計(jì)算機(jī)通常用于室內(nèi)，所以這種總線稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)的總線，簡(jiǎn)稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)總線。

現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)際上是采用串行數(shù)據(jù)傳輸和連接方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯(lián)信號(hào)傳輸和連接方式的方法，它依次實(shí)現(xiàn)了控制層和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)傳輸， 同時(shí)在保證傳輸實(shí)時(shí)性的情況下實(shí)現(xiàn)信息的可靠性和開(kāi)放性。一般的現(xiàn)場(chǎng)總線具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1）布線簡(jiǎn)單

這是大多現(xiàn)場(chǎng)總線共有的特性，現(xiàn)場(chǎng)總線的最大革命是布線方式的革命，最小化的布線方式和最大化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫沟孟到y(tǒng)的接線成本和維護(hù)成本大大降低。由于采用串行方式，所以大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線采用雙絞線，還有直接在兩根信號(hào)線上加載電源的總線形式。這樣，采用現(xiàn)場(chǎng)總線類(lèi)型的設(shè)備和系統(tǒng)給人明顯的感覺(jué)就是簡(jiǎn)單直觀。

2）開(kāi)放性

一個(gè)總線必須具有開(kāi)放性，這指兩個(gè)方面：一方面能與不同的控制系統(tǒng)相連接，也就是應(yīng)用的開(kāi)放性;另一方面就是通信規(guī)約的開(kāi)放，也就是開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性。只有具備了開(kāi)放性，才能使得現(xiàn)場(chǎng)總線既具備傳統(tǒng)總線的低成本，又能適合先進(jìn)控制的網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化要求。

3）實(shí)時(shí)性

總線的實(shí)時(shí)性要求是為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制和現(xiàn)場(chǎng)采集的特點(diǎn)。一般的現(xiàn)場(chǎng)總線都要求在保證數(shù)據(jù)可靠性和完整性的條件下具備較高的傳輸速率和傳輸效率?？偩€的傳輸速度要求越快越好，速度越快，表示系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間就越短，但是傳輸速度不能僅靠提高傳輸速率來(lái)解決，傳輸?shù)男室埠苤匾?。傳輸效率主要是有效用?hù)數(shù)據(jù)在傳輸幀中的比例還有成功傳輸幀在所有傳輸幀的比例。

4）可靠性

一般總線都具備一定的抗干擾能力，同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，具備一定的診斷能力，以最大限度地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)較快地查找和更換故障節(jié)點(diǎn)?？偩€故障診斷能力的大小是由總線所采用的傳輸?shù)奈锢砻浇楹蛡鬏數(shù)能浖f(xié)議決定的，所以不同的總線具有不同的診斷能力和處理能力。

現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)場(chǎng)總線的種類(lèi)很多，據(jù)小完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)際上有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線。導(dǎo)致多種現(xiàn)場(chǎng)總線同時(shí)發(fā)展的原因有兩個(gè)，一方面是工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在各種技術(shù)背景下得以快速發(fā)展，并且迅速得到普及，但是普及的層面和程度因不同技術(shù)發(fā)展的側(cè)重點(diǎn)不同而各不相同;另一方面，工業(yè)控制領(lǐng)域“高度分散、難以壟斷“，這和家用電器技術(shù)的普及不同，工業(yè)控制所涵蓋的領(lǐng)域往往是多學(xué)科、多技術(shù)的邊緣學(xué)科，一個(gè)領(lǐng)域得以推廣的總線技術(shù)到了另一個(gè)新的領(lǐng)域有可能寸步難行。

控制系統(tǒng)的層次

控制系統(tǒng)是有不同的層次的。左邊的文字表示系統(tǒng)的邏輯層次，由上到下分別為協(xié)調(diào)級(jí)、工廠級(jí)、車(chē)間級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和操作器與傳感器級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)總線涉及的是最低兩級(jí)。右邊的文字表示系統(tǒng)的物理設(shè)備層次，由上到下依次為主計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器、小型控制器、傳感器與操作器（如感應(yīng)開(kāi)關(guān)、位置開(kāi)關(guān)、電磁閥、接觸器等）。

各種現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用范圍

對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)層次，現(xiàn)場(chǎng)總線有著不同的應(yīng)用范圍?？v坐標(biāo)由下往上表示設(shè)備由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，即由簡(jiǎn)單傳感器、復(fù)雜傳感器、小型PLC或工業(yè)控制機(jī)到工作站、中型PLC再到大型PLC、分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）監(jiān)控機(jī)等，數(shù)據(jù)通信量由小到大，設(shè)備功能也由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。橫坐標(biāo)表示通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑥淖蟮接?，依次為二進(jìn)制的位傳輸、8位及8位以上的字傳輸、128位及以上齣幀傳輸以及更大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)奈募鬏敗?/p>

ASI、Sensorloop。Se卹lex等總線適用于由各種開(kāi)關(guān)量傳感器和操作器組織的底層控制系統(tǒng)，而DeviceNet、PROFIBUS-DP和WorldFIP適用于字傳輸?shù)母鞣N設(shè)備，至于PROFIBUS-PA、Fieldbus Foundation等更多地適用于幀傳輸?shù)膬x表目動(dòng)化墳備。所以對(duì)我們適用的總線在Sensor和Equipment的區(qū)域內(nèi)。

在發(fā)達(dá)國(guó)家，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始出現(xiàn)并逐步推廣到現(xiàn)在，已經(jīng)被工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。據(jù)說(shuō)，2002年歐洲有40%的自動(dòng)化工程項(xiàng)目采用了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，到2005年達(dá)到了65%一 70%。在國(guó)內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)總線首先用在外國(guó)公司在華投資的生產(chǎn)線，如幾乎所有外資汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)都有使用現(xiàn)場(chǎng)總線的生產(chǎn)線。啤酒罐裝、煙草加工、機(jī)械裝配、產(chǎn)品包裝等生產(chǎn)線也大量使用現(xiàn)場(chǎng)總線。

一些市政工程也開(kāi)始使用現(xiàn)場(chǎng)總線。在中國(guó)，20世紀(jì)90年代中后期引入現(xiàn)場(chǎng)總線，至今在技術(shù)概念上已被廣泛接受，用戶(hù)群和使用面迅速增加和擴(kuò)大，許多自動(dòng)化項(xiàng)目把現(xiàn)場(chǎng)總線控制作為選擇方案之一，還有不少本土化的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品出現(xiàn)，并迅速得以產(chǎn)業(yè)化。

目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用主要集中在冶金、電力、水處理、乳品飲料、煙草、水泥、石化、礦山以及原設(shè)備制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）用戶(hù)等各個(gè)行業(yè)， 同時(shí)還有道路無(wú)人監(jiān)控、樓宇自動(dòng)化、智能家居等新技術(shù)領(lǐng)域。

現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

由于現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)遲遲不能建立，各種現(xiàn)場(chǎng)總線、設(shè)備總線（device bus）與傳感器總線（sensor bus）趁此機(jī)會(huì)，風(fēng)起云涌，相繼成立，莫不大肆宣傳，推廣應(yīng)用，有些大的現(xiàn)場(chǎng)總線組織更是力圖擴(kuò)大自己的地盤(pán)，企圖造成既成事實(shí)，使自己成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如德國(guó)的PROFIBUS、法國(guó)的FIP、英國(guó)的ERA、挪威的FINT等、丹麥的PNET、 中國(guó)的DeviceNet和ASI。

現(xiàn)場(chǎng)總線企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 如Echelon公司的LonWorks、Phenix Contact公司的InterBus. Rober Bosch公司的CAN. Rosemount公司的HART， Carlo Garazzi公司的Dupline、Process Date公司的P-NET、Peter Hans公司的F-MUX，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，約有40多種。

目前看來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)統(tǒng)一，多標(biāo)準(zhǔn)并存現(xiàn)象將會(huì)持續(xù)。由于不同標(biāo)準(zhǔn)在一定意義上代表著不同的廠商利益，廠商之間市場(chǎng)、利益的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)反映到標(biāo)準(zhǔn)的推廣、應(yīng)用和被采納的廣度和深度，所以使得協(xié)議之間實(shí)際也存在著競(jìng)爭(zhēng)。那些技術(shù)相對(duì)落后、支持廠商少或者弱的協(xié)議逐步被淘汰，那些技術(shù)先進(jìn)、支持廠商多而強(qiáng)、開(kāi)放度高的協(xié)議更容易被接受，更具有生存和發(fā)展的空間。

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