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现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法一、现场总线的发展历程现场总线(Fieldbus)技术起源于20世纪80年代，当时主要是为了解决工业控制系统中数据传输和设备互联的问题。
随着技术的不断发展，现场总线技术已经成为现代工业自动化领域的关键技术之一。
1. 20世纪80年代初期，现场总线技术的研究与应用逐渐兴起，主要应用于石油、化工、钢铁等行业的过程控制系统。
2. 20世纪90年代，随着工业控制系统的发展和技术的进步，现场总线技术得到了广泛应用，几乎涵盖了所有工业生产领域。
3. 21世纪初至今，现场总线技术已经成为工业自动化系统的核心技术，越来越多的企业使用现场总线技术实现设备互联和数据传输。
二、现场总线的特点1. 开放性：现场总线技术遵循统一的国际标准，实现了不同厂商设备之间的互通互联。
2. 高可靠性：现场总线技术采用数字通信技术，具有抗干扰能力强和数据传输可靠的特点。
3. 高效率：现场总线技术可以实现设备之间的直接通信，减少了传统集中控制方式中的数据处理环节，提高了系统的响应速度和工作效率。
4. 易扩展性：现场总线技术采用网络式结构，扩展设备非常方便，可以根据实际需要进行灵活配置。
5. 低成本：现场总线技术可以减少布线、降低系统复杂度，从而减轻了系统维护和运行成本。
三、现场总线的分类根据现场总线的应用领域、通信协议和传输速率等特点，现场总线主要分为以下几类：1. 过程自动化现场总线：如FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS PA 等，主要用于过程控制系统中，实现设备之间的数据传输和控制。
2. 工厂自动化现场总线：如PROFIBUS DP、DeviceNet、CANopen 等，主要用于工厂自动化系统中，实现设备之间的数据交换和通信。
3. 传感器/执行器现场总线：如AS-i、IO-Link等，主要用于传感器、执行器等设备之间的通信。
四、现场总线的主要应用现场总线技术广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、造纸、建材等工业领域，主要用于以下几个方面：1. 设备监控与控制：通过现场总线实现设备之间的实时数据采集、监控和控制。
6种现场总线简介现场总线：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双相串行，多借点的通信总线。
1、P rofibusProfibus是作为德国国家标准DIN 19245和欧洲标准prEN 50170的现场总线。
ISO/OSI模型也是它的参考模型。
由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA 组成了Profibus系列。
DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。
FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。
该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。
它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。
PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2 （1 ）标准，可实现总线供电与本质安全防爆。
Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。
主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。
对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。
按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。
主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。
主站可采取对所有站点广播（不要求应答）或有选择地向一组站点广播。
Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。
其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。
5种现场总线CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。
在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。
由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。
为适应―减少线束的数量‖、―通过多个LAN，进行大量数据的高速通信‖的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。
此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。
现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。
而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,系统的实时性、可靠性较差;其次,CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CAN L与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。
现场总线种类及标准介绍现场总线就是用于过程控制现场仪表与控制室之间得一个标准得、开放得、双向得多站数字通信系统。
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术得发展,以全数字式现场总线(FIELDBUS)为代表得互联规范,正在迅猛发展与扩大。
由于采用现场总线将使控制系统结构简单,系统安装费用减少并且易于维护;用户可以自由选择不同厂商、不同品牌得现场设备达到最佳得系统集成等一系列得优点,现场总线技术正越来越受到人们得重视。
近十几年由于现场总线得国际标准不能建立,现场总线发展得种类较多,约有40余种:如德国西门子公司Siemens得ProfiBus,法国得FIP,英国得ERA,挪威得FINT,Echelon公司得LONWorks,PhenixContact公司得InterBus,RoberBosch公司得CAN,Rosemounr公司得HART,CarloGarazzi公司得Dupline,丹麦ProcessData公司得Pnet,PeterHans公司得FMux,以及ASI(ActraturSensorInterface),MODBus,SDS,Arcnet,国际标准组织基金会现场总线FF:FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美国得DeviceNet与ControlNet等等。
现场总线得种类主要有:基金会现场总线FF;ProfiBus;WorldFIP;ControlNet/DeviveNet;CAN等1、基金会现场总线FF现场总线基金会包含100多个成员单位,负责制订一个综合IEC/ISA标准得国际现场总线。
它得前身就是可互操作系统协议ISPInterperableSystemProtocol)基于德国得ProfiBis标准,与工厂仪表世界协议WORLD(WorldFactoryInstrumentationProtocol)基于法国得FIP标准。
ISP与WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。
5类现场总线技术现场总线是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。
它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
本文小编介绍五类常见的现场总线。
1、CAN总线CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。
其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制领域。
它也是基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。
其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。
各节点可随时发送消息。
传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。
CAN总线采用短消息报文，每一帧有效字节数为8个;当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。
2、HART总线HART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通信协议。
它是用于现场智能仪表和控制室设备间通信的一种协议。
它包括ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。
HART 通信可以有点对点或多点连接模式。
这种协议是可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡产品，因而在当前的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能仪表市场上占有很大的份额。
3、基金会现场总线FF基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技术。
其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World FIP 协议。
这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。
基金会现场总线分为H1和高速H2两种通信速率。
现场总线及其国际标准
现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，用于连接现场设备和控制系统。
它可以通过单一通信链路传输数据和控制信号，实现实时监控和控制。
现场总线的国际标准有多种，其中最常用的是国际电工委员会（IEC）的标准。
1. IEC 61158：这是IEC针对现场总线制定的系列标准，其中
包括了不同类型的现场总线协议。
比如，IEC 61158-2是关于CAN总线的标准，IEC 61158-5是关于设备网关接口（DeviceNet）的标准，IEC 61158-6是关于媒体独立接口（Ethernet/IP）的标准。
2. Profibus：这是一种常用的现场总线协议，也是IEC 61158
标准的一种实现。
它可以传输数据和控制信号，广泛应用于工业自动化领域。
3. Foundation Fieldbus：这是另一种常用的现场总线协议，也
是IEC 61158标准的一种实现。
它采用数字通信和控制技术，
适用于过程控制系统。
4. Modbus：这是一种开放的现场总线协议，不属于IEC 61158标准，但在工业自动化领域得到了广泛应用。
它简单易用，适用于小型控制系统。
这些国际标准提供了一种统一的现场总线通信协议，使不同厂
家的设备可以进行互操作，提高了工业自动化系统的灵活性和可靠性。
常用现场总线种类介绍现场总线是一种用于工业现场的数字通讯网络，它可以连接各种智能设备，如传感器、控制器、执行器等，实现数据交换和控制功能。
现场总线有很多种类型，根据不同的应用领域、通讯协议和物理层标准，可以分为以下几类FF现场总线：一种专门用于过程自动化的现场总线，采用面向内容的编址方案和非破坏性的仲裁机制，支持多主站和分布式控制。
LonWorks现场总线：一种基于神经元芯片的分布式智能控制网络，最初用于楼宇自动化，后来扩展到工业自动化、数据采集、SCADA系统等领域。
Profibus现场总线：一种德国推出的现场总线标准，包括DP型、FMS 型和PA型三种子类型，分别适用于加工自动化、一般自动化和过程自动化。
CAN总线：一种最早用于汽车电子控制系统的现场总线，具有高速、高可靠、高性价比的特点，后来应用到工业自动化、医疗设备、航空航天等领域。
Devicenet：一种基于CAN技术的低成本、高性能的通讯网络，可以将各种工业设备连接到网络上，消除了硬接线的成本和复杂度，提供了设备级诊断功能。
HART总线：一种兼容4~20mA模拟信号的数字通讯标准，采用FSK频移键控信号，在模拟信号上叠加数字信号进行双向通讯，数据传输率为1.2kbps。
— 1 —CC-Link现场总线：一种由三菱电机为主导推出的现场总线，可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。
P-NET现场总线：一种由丹麦公司开发的现场总线，采用多重主站和多重网络结构，支持多重通信方式，适用于过程自动化、制造业自动化等领域。
WorldFIP现场总线：一种法国推出的现场总线，采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，不同应用领域采用不同的总线速率，支持多种通信方式和双总线结构。
— 2 —。
现场总线种类及标准现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。
随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。
由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。
近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。
现场总线的种类主要有：基金会现场总线FF；ProfiBus；WorldFIP；ControlNet/DeviveNet；CAN等1、基金会现场总线FF现场总线基金会包含100多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。
它的前身是可互操作系统协议ISP（InterperableSystemProtocol）--基于德国的ProfiBis标准，和工厂仪表世界协议WORLD （WorldFactoryInstrumentationProtocol）--基于法国的FIP标准。
ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层）。
另外增加了用户层。
2、ProfiBusProfiBus自1984年开始研制现场总线产品，现以成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，欧洲市场占有率大于40%，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。
1996年6月ProfiBus被采纳为欧洲标准EN50170第二卷。
PNO为其用户组织，核心公司有：Siemens公司，E+H 公司，Samson公司，Softing公司等。
ProfiBus技术特性：ProfiBus以ISO7498为基础，以开放式系统互联网络OSI （OpenSystemInterconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。
ProfiBus 家族包括ProfiBus-DP，ProfiBus-PA，ProfiBus-FMS。
ProfiBus-DP（DecentralizedPeriphery）是一种高速和便宜的通信连接，用于自动控制系统和设备级分散的I/0之间进行通信。
ProfiBus-FMS （FieldBusMessageSpecification）用来解决车间级通用性通信任务。
与LLI（LowerLayerInterface）构成应用层，FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务，LLI协调了不同的通信关系并向FMS提供了不依赖设备访问数据链层。
ProfiBus-PA（ProcessAutomation）专为过程自动化而设计的，它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上。
根据IEC61158-2国际标准，ProfiBus-PA可用双绞线供电技术进行数据通信，数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议和描述现场设备的PA行规。
当使用电缆耦合器，ProfiBus-PA装置能很方便的连接到ProfiBus-DP网络。
[主要内容摘自“PROFIBUS-与现场总线国际标准”欧阳劲松梅恪]3、WorldFIPWorldFIP协会成立于1987年3月，以法国CEGELEC、SCHNEIDER等公司为基础开发了FIP（工厂仪表协议）现场总线系列产品。
协会有100多个成员，产品在法国市场占有率大于60%，欧洲约25%。
产品适用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化等领域。
1996年6月WorldFIP被采纳为欧洲标准EN50170。
WorldFIP是一个开放系统，不同系统、不同厂家生产的装置都可以使用WorldFIP，应用结构可以是集中型、分散型和主站-从站型。
WorldFIP现场总线构成的系统可分为三级：过程级、控制级和监控级，这样用单一的WorldFIP总线就可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的需要了。
WorldFIP协议有物理层、数据链路层和应用层组成。
应用层定义为两种：MPS定义和SubMMS定义。
MPS是工厂周期/非周期服务，SubMMS是工厂报文的子集。
物理层的作用能够确保连接到总线上的装置间进行位信息的传递。
介质是屏蔽双绞线或光纤。
传输速度有31.25kb/s，1Mb/s和2.5Mb/s，标准速度是1Mb/s，使用光纤时最高可达5Mb/s。
WorldFIP的帧有三部分组成，即帧起始定界符（FSS），数据和检验字段，以及帧结束定界符。
应用层服务有三个不同的组：BAAS（Bus Arbitrator Application Services），MPS （Manufacturing Periodical / a Periodical Services），SubMMS（Subset of Messaging Services）。
MPS服务提供给用户：本地读/写服务，远方读/写服务，参数传输/接收指示，使用信息的刷新等。
处理单元通过WorldFIP的通信装置（通信数据库和通信芯片组成）挂到现场总线上。
通信芯片包括通信控制器和线驱动，通信控制器有FIPIU2，FIPCO1，FULLFIP2，MICROFIP等，线驱动器用于连接电缆（FIELDRIVE，CREOL）或光纤（FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS）。
通信数据库用于在通信控制器和用户应用之间建立链接。
[主要内容摘自“法国WorldFIP现场总线技术概况”缪学勤]4、ControlNet/DeviveNetControlNet的基础技术是在RockwellAutomation企业于1995年10月公布。
1997年7月成立了ControlNetInternational组织（/），Rockwell转让此项技术给该组织。
组织成员有50多个如ABBRoboties，HoneywellInc.，YokogawaCorp.，ToshibaInternational，Procter&Gamble，OmronElectronicsInc.等。
DeviceNet的相关网址（/）传统的工厂级的控制体系结构有五层即工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层组成。
而Rockwell自动化系统简化为三层结构模式：信息层（Ethernet以太网），控制层（ControlNet控制网），设备层（DeviceNet 设备网）。
ControlNet层常传输大量的I/O和对等通讯信息，具有确定性和可重复性的，紧密联系控制器和I/O设备的要求。
它具备如下特点：1）ControlNet在单根电缆上支持两种类型的信息传输：有实时性的控制信息和I/O数据传输，无时间苛求的信息发送和程序上/下载；2）ControlNet技术采取了一种新的通信模式，以生产者/客户模式取代了传统的源/目的模式它不仅支持传统的点对点通讯，而且允许同时向多个设备传递信息。
生产者/客户模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率；3）ControlNet使用同轴电缆可达6km，节点数99个，两个节点间距离最长达1000m，48个节点距离可长达250m，采用光纤和中继器后通讯距离可达几十公里。
ControlNet应用于过程控制，自动化制造等领域。
5、CANCAN(ControllerAreaNetwork)称为控制局域网，属于总线式通讯网络。
CAN总线规范了任意两个CAN节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。
CAN的数据链路层功能包括帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。
CAN网络具有如下特点：CANBUS网络上任意一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送信息，而不分主从。
通讯灵活，可方便地构成多机备份系统及分布式监测、控制系统。
网络上的节点可分成不同的优先级以满足不同的实时要求。
采用非破坏性总线裁决技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。
具有点对点，一点对多点及全局广播传送接收数据的功能。
通讯距离最远可达10KM/5KBPS，通讯速率最高可达1MBPS/40M。
网络节点数实际可达110个。
每一帧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低。
每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极低，可靠性极高．通讯介质采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。
在传输信息出错严重时，节点可自动切断它与总线的联系，以使总线上的其它操作不受影响。
现场总线标准现场总线标准有如下种类：丹麦国家标准DSF21906：P-Net德国国家标准DIN19245（1-2）：ProfiBus-FMS德国国家标准DIN19245（3）：ProfiBus-DP德国国家标准DIN19245（4）：ProfiBus-PA法国国家标准FIPC46601-607：WorldFIP日本JEMA标准CC-Link美国国家标准ANSI/NEMA以等同方式支持的ISA/IEC标准草案1)ISA/IEC61158-1总论；2)ISA/IEC61158-2物理层规范3)ISA/IEC61158-3链路层服务定义1998/09/30未通过4)ISA/IEC61158-4链路层规范；1998/09/30未通过5)ISA/IEC61158-5应用层服务定义；1998/09/30未通过6)ISA/IEC61158-6应用层规范；1998/09/30未通过7)ISA/IEC61158-7管理系统8)ISA/IEC61158-8一致性试验9)ISA/IEC61804过程控制模块欧洲标准EN50170（CLC65CX）Vol.IP-NetVol.IIProfiBusVol.IIIWorldFIPVol.IVFF,联合王国(UK)IEC国家委员会提议Vol.VControlNet,联合王国(UK)IEC国家委员会提议欧洲标准EN50254（CLC65CX）1)ProfiBusDP2)FIPDWF3)Interbus欧洲标准EN50295（CLCTC17B）1)ASI欧洲标准prEN503251)DeviceNet美国Rockwell2)SDS美国Honeywell国际标准ISO118981)德国CANbus;2)美国DeviceNet;3)特性接近ProfiBus;国际标准IEC62026(IECSC65C)1)ASI法国、德国2)DeviceNet美国Rockwell3)SDS美国Honeywell。
