现场总线技术讲座
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[定义] 现场总线是指计算机网络与生产过程专用网络，或工业控制网络与生产现场基层的自动化测控设备之间传送信息的共同通路。
[相关技术]自动控制技术；仪器仪表；计算机技术； 通信技术 ；微电子技术；网络技术
[技术难点]
基于现场总线技术的全开放分散控制系统是自动控制技术、自动化仪表、工业技术、计算机技术、网络技术、通信技术的交叉与集成，因此现场总线技术需要在以下几个方面加大研究、开发力度：
☆ 基于现场总线的智能化、自动化仪表、现场仪表是信息获取的工具，是信息工业的源头。智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，能适应被测参数的变化，在线联机改变量程，自动检测自身工作状态并传递信息，进行异常处理，自动进行指标判断与分选，进行逻辑操作，定量控制与程序控制，实现多参数测量，进行数字信号处理等。
☆ 基于现场总线的网络设备的软、硬件 控制系统从模拟仪表到集中监督控制系统，进而到分散控制系统(DCS)，可以说取得了很大的进展，但系统的开放性和通信问题仍未解决，系统的开放性是要解决不同厂家软、硬件产品可集中到一个系统中，如LonWorks总线技术产品，只要遵循LonMARK标准，几百家的不同产品均可连在一个系统上，所以要进行网络设备的研制必须遵循现场总线的标准进行开发。
☆ 组态技术 包括网络拓扑结构、网络设备、网段互连等。
☆ 网络管理技术 包括网络管理软件、网络数据操作与传输。现场总线的出现形成了低层网络，同时提供与企业、企业网(Intranet)、国际互联网(Internet)相连接的可能性，所以搞网络企业也需拓宽到这一层次。
☆ 基于现场总线技术的全开放控制系统的集成技术 总体来说，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向发展，并且涉及的应用领域十分广泛，几乎覆盖了所有连续、离散工业领域，涉及到电力、冶金、石油、化工、建材、轻工、造纸、楼宇自动化和家庭自动化等，如何将系统集成，并应用于这些领域，是需要解决的难点之一。
2007-9-8 00:47 #1
魏海洋
高级工程师
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[国外概况]
1984年美国Inter公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线（BITBUS），它主要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机总线多（MULTIBUS）分离，形成了现场总线的最初概念。80年代中期，美国Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感器（HART）通信协议。采用在4～20mA模拟量叠加了一种频率信号，用双绞线实现数字信号传输。HART协议已是现场总线的雏形。1985年由Honeywell和Bailey等大公司发起，成立了WorldFIP制定了FIP协议。1987年，以Siemens，Rosemount，横河等几家著名公司为首也成立了一个专门委员会互操作系统协议（ISP）并制定了PROFIBUS协议。后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISA SP50。随着时间的推移，世界逐渐形成了两个针锋相对的互相竞争的现场总线集团：一个是以Siemens、Rosemount,横河为首的ISP集团；另一个是由Honeywell、Bailey等公司牵头的WorldFIP集团。1994年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会（Fieldbus Foundation）简称FF。对于现场总线的技术发展和制定标准，基金委员会取得以下共识：共同制定遵循IEC/ISA SP50协议标准；商定现场总线技术发展阶段时间表。
重要阶段性成果：
目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensor bus)，属于位传输；设备总线（device bus)，属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。目前应用比较多的有基金会现场总线（FF）、LonWorks、Profibus、WorldFIP及CAN。
国际组织本来打算在1998年完成对现场总线的标准化工作，但在1998年9月30日对现场总线国际标准最终草案（FDIS）进行投票表决，表决结果68％赞成，但32％反对，超过了25％，因此，国际标准化工作再次遭到措折，要在3年以后才可能成为国际标准。
现有水平及发展趋势：
国际上现有40多种现场总线，但影响较大的主要有FF、Profibus、CAN、lonWorks等。围绕着现场总线技术的标准化，世界上各大厂商展开了激烈竞争，并主要形成了FF和Profibus两大阵营，都希望能够统一整个世界市场。
目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。从应用状况看，无论是FF和Profibus，还是其他一些现场总线，都能较好地实现速率要求较慢的过程控制。因此，在速率要求较低的控制领域，谁都很难统一整个世界市场。而现场总线的关键技术之一是互操作性，实现现场总线技术的统一是所有用户的愿望。今后现场总线技术如何发展、如何统一，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。
高速现场总线主要应用于控制网内的互连，连接控制计算机、PLC等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接，它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。目前这一领域还比较薄弱。因此，高速现场总线的设计、开发将是竞争十分激烈的领域，这也将是现场总线技术实现统一的重要机会。而选择什么样的网络技术作为高速现场总线的整体框架将是其首要内容。
现场总线技术的发展应体现为两个方面：一个是低速现场总线领域的继续发展和完善；另一个是高速现场总线技术的发展。
作为新一代控制系统的体系结构，现场总线技术将具有如下技术指标：
实现系统的全分散控制； 系统的开放性；现场设备的智能化与功能自治性；
互操作与互用性；对现场环境的适应性 ；
2007-9-8 00:47 #2
zhang6389860
助理工程师
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技术分 0 现场总线
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
微处理器的出现，特别是微控制器的发展为现场总线的产生和发展创造了条件。
现有的多数现场设备，为提高其性能价格比，在实现其内部操作时都采用了微处理器和数字化元件，于是就提出了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信的要求。采用现场总线的目的就是为了满足这种要求，为工业领域中的测量和调节控制设备提供实现串行数字通信的手段。
对于现场总线，一方面把传统的模拟仪表变成数字仪表，变单一功能为多项功能，实现现场仪表的互操作和互换信息；另一方面是把DCS（分散型控制系统）变成FCS（现场控制系统），在现场建立开放式的现场通信网络，实现全系统的数字通信网络化。现场总线有以下优点：
1.一对N的结构，一对传输线，可以对应多台现场数字仪表，也可采用多种网络拓扑结构，简化了工程设计，降低了工程费用。
2.现场总线采用数字信号传输。
3.实现远程监控
4.综合多种功能，以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能；另外数字调节阀直接从现场总线接收数字调节信号，在现场总线上就可以构成回路，把原来的DCS站的功能下放到现场仪表，实现彻底的分散，提高系统的可靠性。
目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART（过渡协议）等。我国市场也有一些系统集成公司推出自己基于不同现场总线的系统，如艾讯推出BITlink，康拓工控推广的Bitbus和Atcent两个现场总线产品等。
其中HART和LonWorks在我国开发和应用较多。下面只简单介绍一下WorldFIP的情况。WorldFIP现场总线不论高速还是低速，只有一套通信协议，可以不需要任何网桥或网关，低速与高速的衔接只用软件完成。
WorldFIP组织认为，它的生产者/使用者（Producer/Consumer）模式和总线仲裁器（BUSArbiter）的调度方式特别适合工业过程控制的现场总线系统。它的很多优点都与此有关。FF与IEC标准草案都采用了这种通信模式，只是名称不同。FF称为发布方/接收方（Publisher/Subscriber）与链接调度器（LAS），实际方式与WorldFIP基本一致。这也说明了为什么WorldFIP支持IEC标准，因为他们向IEC靠拢在技术上是比较容易的。
目前，WorldFIP的应用领域为：输电、铁路运输、地铁、化工、空间技术、汽车制造等。1998年5月，WorldFIP组织在中国建立了技术推广中心，并把注意力放在中国的能源和铁路两个将大力发展的领域。
