現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場與微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)通信的系統(tǒng)也稱為開放式．全數(shù)字化．多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(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)通信的層控制網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通訊能力，采用可進(jìn)行簡單連接的雙絞線等為總線，把多個(gè)測量控制儀表連接成網(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)微機(jī)化測量控制設(shè)備之間及現(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)。
現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價(jià)格的降低，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)場總線可實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，實(shí)施綜合自動化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。
為什么要用現(xiàn)場總線？我們通過對現(xiàn)場總線在不同情況下不同機(jī)構(gòu)和不同的人公認(rèn)的對現(xiàn)場總線的本質(zhì)體現(xiàn)中了解；
1)中現(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(shí)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。
2)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(shí)現(xiàn)了分散控制。
3)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。
4)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(shí)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(diǎn)，而這些正是dcs系統(tǒng)的缺點(diǎn)。dcs通常是一對一單獨(dú)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(yù)測故障，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(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)到增加利潤的目的。
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?；饡F(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)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(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、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號iec1158-2標(biāo)準(zhǔn)。ff的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。
2、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(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(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的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，具有自動關(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)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，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發(fā)了符合can協(xié)議的通信芯片。
3、lonworks
它由美國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，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)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(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)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。
4、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(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，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opendevicenetvendorassociation(開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會，簡稱“odva”)。
5、profibus
profibus是德國標(biāo)準(zhǔn)(din19245)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(en50170)的現(xiàn)場總線標(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(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)。
6、hart
hart是highwayaddressableremotetransducer的縮寫，最早由rosemount公司開發(fā)。其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)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(diǎn)對點(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(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。
7、cc-link
cc-link是control&communicationlink(控制與通信鏈路系統(tǒng))的縮寫，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(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)雜的問題，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被中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。
8、worldfip
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。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(diǎn)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(shí)現(xiàn)“透明聯(lián)接”，并對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。
此外較有影響的現(xiàn)場總線還有丹麥公司process-dataa/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。
9、interbus現(xiàn)場總線
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(biāo)準(zhǔn)iec61158。interbus采用國際標(biāo)準(zhǔn)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(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-dataa/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。
結(jié)束語
現(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，使用現(xiàn)場總線技術(shù)必將帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。