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现场总线有哪些特点？现场总线技术九大种类介绍什么是现场总线现场总线（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。
它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
现场总线主要特点1.系统的开放性传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通信。
在现场总线技术中，用户可按自己的需要和对象，将来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
2.可操作性与可靠性现场总线在选用相同的通信协议情况下，只要选择合适的总线网卡、插口与适配器即可实现互连设备间、系统间的信息传输与沟通，大大减少接线与查线的工作量，有效提高控制的可靠性。
3.现场设备的智能化与功能自治性传统数控机床的信号传递是模拟信号的单向传递，信号在传递过程中产生的误差较大，系统难以迅速判断故障而带故障运行。
而现场总线中采用双向数字通信，将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，可随时诊断设备的运行状态。
4.对现场环境的适应性现场总线是作为适应现场环境工作而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线及电力线等，其具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足安全及防爆要求等。
现场总线优缺点优点：（1）节省硬件数量与投资由于分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号。
现场总线协议有哪些篇一：几种常见的现场总线简介几种常见的现场总线简介从1984年IEC开始制订现场总线国际标准至今，经过16年的努力和有关各方的协商妥协，最终，采用包括8种类型现场总线的IEC6lI58标准，并于1999年底的投票中得以通过。
2.1 Type l IEC技术报告（即FF H1）FF H1现场总线的网络协议是按照ISO OSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。
基金会现场总线（FF）是T ype1现场总线的一个子集（Subset）。
2.2 Type 2 ControlNetControlNet现场总线得到美国Rockwell公司支持。
它采用了一种新的通信模式：生产者/客户（Producer/Consumer model）模式。
这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个数据源存取相同的数据。
这种模式最主要的特点是增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。
2.3 Type 3 ProfibusProfibus得到德国Siemens公司支持。
Profibus数据链路层总线存取有两种方式，即令牌环（T oken-Ring）方式和主站/从站（Master/Slave）方式。
Profibus系列由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA。
Profibus-DP适用于设备级控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。
Profibus-FMS适用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。
Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，符合IEC61158.2物理层规范，使用两根线可以完成供电和数据通信，并实现本质安全。
2.4 Type 4 P－NetP-Net得到丹麦Process Data公司支持。
P-Net为带多网络和多端口功能的多主总线，允许在几个总线区直接寻址，无需递阶网络结构，是一种多网络结构。
现场总线简介现场总线的产生【1】随着信息与科学技术的迅猛发展，信息交换方式日新月异，并朝着全球化与数字化的方向发展，自动控制系统作为信息与科学技术发展的融合产物，自19世纪以来的近两百年里也发生了巨大变革。
总的来说，一般可将其划分为5代：（1）气动信号控制系统（PCS ）气动信号控制系统是于19世纪中期出现的基于5-13psi的第一代控制系统（2）电动模拟仪表过程控制系统（ACS）电动模拟过程控制系统出现于20世纪50年代，一出现便很快占据控制领域的主导地位它利用0-10mA或4-20mA的电流模拟信号进行现场级设备信号的采集与控制，是第二代控制系统但由于模拟信号精度较低并易受干扰，所以很快便被新的控制系统取代（3）集中式数字控制系统（CCS）随着数字计算机技术的发展和应用，20世纪70年代左右集中式数字控制系统（CCS）出现并占据主导地位，称为第三代控制系统。
集中式数字控制系统能够根据现场情况进行及时控制和计算判断，并且在控制方式和时机的选择上能进行统一调度和统筹安排。
另外，由于采用单片机等作控制器，数字信号的传输在控制器内部进行，这样不仅克服了ACS系统中模拟信号精度低的缺点，而且也提高了系统的抗干扰能力。
但由于该系统对控制器本身有很高的要求，而当任务增加时，控制器的效率将明显下降，很难保证满足对控制器足够的处理能力和极高的可靠性的要求（4）分散式控制系统（DCS）20世纪80年代初，微处理机的出现和应用促使了第四代控制系统——分散式控制系统（DCS）的产生。
DCS系统采用集中管理、分散控制，即将管理与控制相分离：上位机执行集中监视管理，下位机在现场进行分散控制，它们之间用控制网络相连实现信息传递。
与之前几代控制系统不同，分散式的控制系统降低了系统中对控制器处理能力和可靠性的要求。
（5）现场总线控制系统（FCS）20世纪80年代中后期，随着微电子技术和大规模以及超大规模集成电路的快速发展，顺应以上需求，国际上发展起来一种以微处理器为核心，使用集成电路实现现场设备信息的采集传输处理以及控制等功能的智能信号传输技术——现场总线，并利用这一开放的、具有可互操作性的网络技术将各控制器和现场仪表设备实现互连，构成了现场总线控制系统。
在工业的发展中，现场总线起着非常重要的作用，主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。
今天小编就给大家介绍一下modbus通信协议，profibus、FF、CAN总线等几种现场总线。
Modbus通信协议Modbus的起源和发展Modbus是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。
为更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。
在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。
据不完全统计：截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。
为更好地普及和推动Modbus在基于以太网上的分布式应用，目前施耐德公司已将Modbus协议的所有权移交给IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自动化接口）组织，并成立了Modbus-IDA组织，为Modbus今后的发展奠定了基础。
在中国，Modbus已经成为国家标准GB/T19582-2008。
据不完全统计：截止到2007年，Modbus的节点安装数量已经超过了1000万个。
Modbus的应用应用于电子控制器上的一种通用语言。
通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。
当在同一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器需要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。
此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485和以太网设备。
许多工业设备，包括PLC，DCS，智能仪表等都在使用。
标签：无标签一、 SPI 总线说明串行外围设备接口 SPI (serial peripheral interface)总线技术是Motorola 公司推出的一种同步串行接口， Motorola 公司生产的绝大多数 MCU(微控制器)都配有 SPI 硬件接口，如 68 系列 MCU。
SPI 用于 CPU 与各种外围器件进行全双工、同步串行通讯。
SPI 可以同时发出和接收串行数据。
它只需四条线就可以完成 MCU 与各种外围器件的通讯，这四条线是：串行时钟线(CSK)、主机输入/从机输出数据线(MISO)、主机输出/从机输入数据线(MOSI)、低电平有效从机选择线 CS。
这些外围器件可以是简单的 TTL 移位寄存器，复杂的 LCD 显示驱动器， A/D、D/A 转换子系统或者其他的 MCU。
当 SPI 工作时，在移位寄存器中的数据逐位从输出引脚(MOSI)输出(高位在前)，同时从输入引脚(MISO) 接收的数据逐位移到移位寄存器(高位在前)。
发送一个字节后，从另一个外围器件接收的字节数据进入移位寄存器中。
主 SPI 的时钟信号 (SCK) 使传输同步。
其典型系统框图如下图所示。
SPI 主要特点有: 可以同时发出和接收串行数据 ;可以当做主机或者从机工作 ;提供频率可编程时钟 ;发送结束中断标志 ;写冲突保护 ;总线竞争保护等。
图 2 示出 SPI 总线工作的四种方式，其中使用的最为广泛的是 SPI0 和 SPI3 方式(实线表示):SPI 模块为了和外设进行数据交换，根据外设工作要求，其输出串行同步时钟极性和相位可以进行配置，时钟极性(CPOL)对传输协议没有重大的影响。
如果 CPOL="0"，串行同步时钟的空暇状态为低电平；如果 CPOL=1，串行同步时钟的空暇状态为高电平。
时钟相位 (CPHA) 能够配置用于选择两种不同的传输协议之一进行数据传输。
如果 CPHA=0，在串行同步时钟的第一个跳变沿(上升或者下降)数据被采样；如果 CPHA=1，在串行同步时钟的第二个跳变沿(上升或者下降) 数据被采样。
4几种典型的现场总线介绍4.1 ProfibusPROFIBUS是1987年，德国联邦科技部集中了13家公司的5个研究所的力量，按ISO/OSI参考模型制订的现场总线的德国国家标准，其主要支持者是德国西门子公司，并于1991年4月在DIN19245中发表，正式成为德国标准。
开始只有PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS，1994年又推出了PROFIBUS－PA，它引用了IEC标准的物理层（IEC1158－2,1993年通过），从而可以在有爆炸危险的区域（EX）内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表，这使PROFIBUS更加完善。
PROFIBUS已于1996年3月15日批准为欧洲标准EN50170的第2卷。
①组成：PROFIBUS有三个部分组成：· PROFIBUS-FMS（Field Message Specification）主要是用来解决车间级通用性通讯任务。
可用于大范围和复杂的通讯。
总线周期一般小于100ms。
· PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）这是一种经过优化的高速和便宜的通信总线，它的设计是专门为自动控制系统与分散的I/O设备级之间进行通信使用的。
总线周期一般小于10ms。
图4 Profibus 的组成部分· Profibus-PA（Process Automation）是专门为过程自动化设计的，它可使传感器和执行器按在一根共用的总线上，甚至在本质安全领域也可接上。
根据IEC1158－2标准，PROFIBUS-PA用双线进行总线供电和数据通信。
图4为PROFIBUS组成说明，图5为PROFIBUS的应用范围。
PROFIBUS支持多主站通信（令牌方式）和主－从通信。
图5 Profibus 应用范围②协议结构Profibus协议结构是根据ISO7498国际标准以OSI作为参考模型的。
但省略了3～6层，同时又增加了服务层。
PROFIBUS－DP使用了第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口，第三层到第七层未加以描述。
这种结构确保了数据传输的快速和有效进行，直接数据链路映象（DDLM）为用户接口易于进入第二层。
用户接口规定了用户系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为，还提供了传输用的RS485传输技术或光纤传输技术。
PROFIBUS－FMS：对第一层、第二层和第七层（应用层）均加以定义。
PROFIBUS－PA：采用了扩展的DP协议。
另外还使用了描述现场设备行为的PA规约。
根据IEC1158－2标准，这种传输技术可确保其本质的安全性并通过总线给现场设备供电。
使用分段式耦合器，PROFIBUS－PA设备能很方便地集成到PROFIBUS－DP网络上。
PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS系统使用了同样的传输技术和统一的总线访问协议，因而这二套系统可在同一根电缆上同时操作。
③传输技术PROFIBUS提供了三种类型的传输：·用于DP和FMS的RS485传输·用于PA和IEC1158－2传输·光纤（FO）A. RS485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术，这种技术通常称为H2。
采用屏蔽双绞铜线，共用一根导线对。
线性总线结构允许站点增加或减少，而且系统的分步投入也不会影响到其它站点的操作。
后增加的站点对已投入运行的站点没有任务影响。
传输速率可选：9.6Kbps和12Mbps之间。
站点数：每分段32个站，不带中继器；带中继器可多达127个站传输距离：波特率(Kbps) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000距离/段(m) 1200 1200 1200 1000 400 200 100B. IEC1158－2传输技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称为H1。
传输速率：31.25Kbps，电压式。
站点数：每段最多为32个，总数最多为126个。
距离：采用双绞线电缆，传输距离可达1900m。
C. Profibus系统在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体以增加高速传输的最大距离。
许多厂商提供专用总线插头，可将RS485信号转换成光信号和光信号转换成RS485信号，这样就为RS485和光纤传输技术在同一系统上使用提供了一套开关控制的十分简便的方法。
④应用情况PROFIBUS的应用包括了加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。
据调查在1996年PROFIBUS已赢得了43％的德国市场，以及大约41％的欧洲市场。
目前各主要的自动化设备生产厂均为其所生产的设备提供PROFIBUS接口，产品范围包括1000多种不同设备和服务，约有200种设备已经认证。
PROFIBUS已在全世界十多万的实际应用中取得成功。
到1997年1月为止，安装的PROFIBUS芯片已超过一百万台。
4.2 FF（Fundation Fieldbus）基金会现场总线现场总线基金会是一个国际性的组织，有120多个成员，包括了全球主要的过程控制产品的供应商，基金会成员生产的变送器、DCS系统、执行器、流量仪表占世界市场的90％。
FF是迫于用户的压力于1994年6月由ISP与WORLDFIP（北美）合并成立的现场总线基金会。
ISP是可互操作系统协议（Interoperable system protocol）的简称，它基于德国的Profibus标准，成立于1992年9月，当时有100多个公司参加，其中以仪表厂为多，由Fisher Rosemount 公司牵头。
WORLDFIP是工厂仪表世界协议（World Factory Instrumentation Protocol）的简称，它基于法国的FIP标准，由Honeywell公司牵头，也有100多个公司参加，不少是PLC 制造厂。
①FF的拓朴结构（图6）图6 FF的拓扑结构H1低速现场总线· 31.25Kbps· 2～32个设备/段·供电与通讯·本质安全·双绞线1900米（最大）·适用于过程设备的基层总线。
H2高速现场总线· 1Mbps/2.5Mbps速率·可集成多达32条H1总线·冗余·双绞线750m/500m。
·支持PLC和加工工业设备②FF的协议结构FF应用了ISO/OSI模型的第一层、第二层和第七层（应用层），再在应用层上加上了用户层。
FF的物理层符合IEC1158－2标准，采用IEC1158－2技术。
③FF特点由于世界上一些大的仪表公司都参加了FF，因此FF开发的现场总线产品在品种与性能上都能满足过程控制的要求，而且使用方便，FF具有很好的可互操作性和可互换性，可互操作性就是来自同厂家的设备可以相互通讯并且可以在多厂家的环境中完成功能，可互换性就是来自不同厂家的设备在功能上可以用同类设备互换。
④应用情况1997年，由多个供应商提供的基于H1标准的小的试验系统被用于培训和技术确认，并已在世界上试用。
4.3 CAN（Controller Area Network）CAN是由Robent Bosch公司为汽车制造工业而开发的，是开放的通讯标准，包括ISO/OSI模型的第一层和第二层，由不同的制造者扩展第七层，CIA（CAN in Automation）组织发展了一个CAN应用层（CAL）并由此规定了器件轮廓，以联网相互可操作的以CAN 为基础的控制器件，或使EIA模块相互可操作。
CAN目前已由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准ISO11898（通信速率＜1Mbps）和ISO11519（通信速率≤125Kbps），在现场总线中，目前是唯一被批准为国际标准的现场总线。
但IEC下面的TC22是分管电力电子的技术委员会，而工业自动化的现场总线则是由IEC的TC65所分管，须经TC65的批准才行。
①CAN的协议结构采用ISO/OSI模型的第一层、第二层和第七层。
②CAN的特点·废除了传统的站地址编码而代之以对通信数据块进行编码。
·采用双绞线，通信速率高达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps。
可挂设备最多可达110个。
·信号传输采用短帧结构，每一帧有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。
当节点严重错误时，具有自动关闭的功能，以切断该接点与总线的联系，使总线上的其他接点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。
· CAN支持多主站方式，网络上任何接点均可在任何时刻主动向其它接点发送信息，支持点对点，一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。
CAN采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点继续发送数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免总线冲突。
· CAN不能用于防爆区。
③应用情况CAN目前主要用于汽车、公共交通的车辆、机器人、液压系统及分散型I/O五大行业。
此外Allen-Bradley以及Honeywell、Micro Switch在CAN基础上发展了特殊的应用层，组成了A－B公司的Device Net和Honey Well公司的SDS（智能分散系统）现场总线。
由于CAN的帧短，速度快，可靠性强，比较适合用于开关量控制的场合，故CAN的销量在增加，据欧洲市场调查，CAN占有率从1994年的5％增加到1996年的9％。
4.4 WorldFIP成立于1987年3月，是以法国几个跨国公司为基础，开发了FIP（工厂仪表协议）现场总线系列产品。
到目前为止，WorldFIP协会拥有100多个成员，这些成员生产300多个WorldFIP现场总线产品。
WorldFIP产品在法国市场占有率大于60％，在欧洲市场占有大约25％的份额。
这些产品广泛用于发电及输配电、加工制造自动化、铁路运输过程自动化等领域，1996年6月成为欧洲标准EN50170第3卷。
用WorldFIP构成的系统分为三级，即过程级、控制级和监控级。
用单一的WorldFIP总线可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的需要。
WorldFIP的协议结构是由ISO/OSI模型的第一层、第二层和第七层构成。
其中第一层物理层符合IEC1158－2标准。
传输媒体可以是屏蔽双绞线或光纤。
传输速率为：31.25K bps用于过程控制。
1M bps用于加工制造系统。
2.5M bps用于驱动系统。
标准速率为1M bps，使用光纤时最高速率可达5M bps。
目前WorldFIP的总线产品有法国CEGELEC公司的Alspa-8000系统，Schneider公司的Modicon-TBXplc系统，GEC－ALSTHOM公司的S－900 SCADA系统等。
