现场总线的概念和特点

随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实现网络化管理控制已经成为一种必然趋势，改善工业控制系统同样也需要在不同生产设备之间实现高效、可靠、标准化的互联，经过多年的努力，国际上最后公布了8种现场总线。制定总线的初衷在于不同厂家的设备进行互连，可是，这8种总线目前是不能完全互连的。

所谓现场总线，是指将现场设备(如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等)与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。现场总线控制系统FCS是集当今计算机技术、网络技术和控制技术为一体的当代最先进的计算机控制技术，它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将成为现代计算机控制系统的主流。具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。现场总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，节省了系统的硬件和布线费用，方便了用户对系统的组态、管理和维护。

现场总线(Field b山)技术是工业自动化最深刻变革之一。PLC和工控机采用现场总线后可方便地作为νo站和监控站连接在DCS系统中。现场总线可以更容易地从现场获取设备信息，工厂操作员和管理人员能够对其过程进行更严格的控制，从而改进性能、增加过程的可用性和一致性。

当前，国际上具有代表性的现场总线技术与产品是Profibus、CanBus与LonWorks， CC-link，DeviceNet， Modbus等，后面分别予以简要说明。

2.现场总线技术特征

现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。

(D现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体(双绞线、同 轴电缆或光纤)以总线拓扑相连。

(2)网络数据通信采用基带传输(即数字数据传输)，数据传输速率高(为IMb/s或lOMb/s级)，实时性好，抗干扰能力强。

(3)废弃了集散控制系统(DCS)中的vo控制站，将这一级功能分配给通信网络完成。

(4)分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性。

(5)开放式互连结构，既可与同层网络相连，又可通过网络互连设备与控制级网络或管 理信息级网络相连。

(6)互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络。

3.现场总线通信协议特点

(1)现场总线通信协议基本遵照ISO/OSI参考模型，主要实现第1、2、7层功能。

(2)物理层采用EIA-RS232、EIA-RS42万RS485等协议。由于在某些情况下，现场传感器、 变送器要从现场总线"窃取"电能作为它们的工作电源，因此对总线上数字信号的强度(驱动能力)、传输速率、信噪比以及电缆尺寸、线路长度等都提出一定要求。

(3)数据链路层考虑到现场设备故障较多，更换频繁，所以数据链路层媒体访问控制多 采用受控访问(包括轮询和令牌)协议，通常，各CPU、PLC作为主站，传感器、变送器等作为从站。另外，须支持点一点、点→多点和广播通信方式。

(4)应用层解决应用什么样的高级语言(或过程控制语言)来作为面向用户的编程(或 组态)语言，其中包括设备名称、网络变量与配置(捆绑)关系，参数与功能调用及相关说明等，一般应具有符合IECl131-3标准的图形用户界面。

4.现场总线与局域网的区别

(1)按功能比较，现场总线连接自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备，网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、状态信息、控制信息等，传输速率低，但实时性高。简而言之，现场总线是一种实时控制网络。局域网用于连接局部区域的各台计算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文本、声音、图像等，传输速率高，但不要求实时性。从这个意义而言，局域网是一种高速信息网络。

(2)按实现方式比较现场总线可采用各种通信介质，如双绞线、电力线、光纤、无线、 红外线等，实现成本低。局域网需要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。