浅谈什么是现场总线

根据国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯，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。

一、现场总线的特点

国际电工委员会（IEC）对现场总线主要有以下三点要求：

（1）统一数据链路上过程控制单元(CPU)、PLC等与数字I/O设备互连；

（2）现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；

（3）在保证系统可靠性的基础上，有利于减小软硬件开销，降低成本和通讯媒体安装费用。SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是：

（1）星型总线—用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线；

（2）总线型总线—数据传输距离长、速率高，采用点对点、点对多点和广播式通信方式。
　　
从目前来看，还没有哪一种现场总线能够满足上述全部要求，各种现场总线都有自己的长处和短处。虽然用户和市场有标准化的需要，但在短期内，现场总线标准无法统一，多种现场总线并存的情况在今后较长的时间将依然存在，IEC61158标准的产生就说明了这一点。下面，将对各种现场总线的特点进行分析对比。
　　
二、现场总线控制技术
　　
1、现场总线控制系统
　　
现场总线控制系统（FCS）是集计算机技术、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，是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。这种系统主要用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，在未来将成为现代计算机控制系统的主流。
　　
2、现场总线的发展现状
　　
现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段，目前已开发出40多种现场总线。其中，符合IEC61158国际标准规定的有8种总线，包括：德国西门子公司支持的Profibus、基金会现场总线FF、德国Phoenix Contact公司支持的Interbus、美国Rockwell公司支持的Controlnet、法国Alstom公司支持的Worldfip、主要由Fisheer-Rosemount公司支持的FF HSE、，美国波音公司支持的Swift Net以及丹麦的Peocess。此外，还有几种在工业控制领域广泛应用的总线，如德国Bosch公司为汽车应用而开发的CANBUS、美国Echelon公司开发的Lon Works总线等。在这些总线中，最具影响力的有5种，分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks，其性能对照见表1。
　　
3、几种总线通信模型概述

目前，各种现场总线既遵循开放系统的原则，也兼顾了自己的特点和特殊要求（如表2所示）。参考OSI协议模型，Worldfip总线实现了OSI参考模型的1、2、7层服务，能提供变量服务、消息服务和网络管理服务，是一种数据流总线。Profibus总线也包括了OSI模型1、2、7层服务，其中Profibus-FMS把第3层到第6层服务放在底层由接口完成，Profibus-FMS/PA属于数据流总线，Profibus-DP则属于字节总线。Lonworks使用了Lontalk协议，实现了OSI参考模型全部七层服务，一种折中、平衡的现场总线，但也因此会在有些应用场合增加网络的负担，影响了通信速度。CAN总线只规定了物理层和数据链路层，用户在应用中自己定义通信协议，有突出的灵活性，有成本优势和速度优势，但一般的应用都是位总线，不适合大流量通信。