现场总线技术及应用

现场总线是在20世纪年代中期发展起来的。现场总线技术是将专用的微处理器植入传统的测控仪表，使其具备了数字计算和通信能力，采用连接简单的双绞线、同轴电缆、光纤等作为总线，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测控仪表之间、远程监控计算机之间实现数据共享，形成适应现场实际需要的控制系统。它的出现改变了以往采用电流、电压模拟信号进行测控信号变化慢，信号传输抗干扰能力差的缺点，也改变了集中式控制可能造成的全线瘫痪的局面。由于微处理器的使用，使得现场总线有了较高的测控能力，提高了信号的测控和传输精度，同时丰富了控制信息内容，为远程传送创造了条件。

现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，一出现便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普通遍关注。现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统FCS（FieldbusControlSystem）。

一、现场总线的特点

现场总线系统打破了传统模拟控制系统采用的一对一的设备连线模式，而采用了总线通信方式，因而控制功能可不依赖控制室计算机直接在现场完成，实现了系统的分散控制，现场总线控制系统与传统的控制系统结构对经如图1所示。

1、增强了现场级的信息采集能力

现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够很好地满足工厂自动化乃至CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化的通信网络，它不单纯取代4～20mA信号，还可实现设备状态、故障和参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。

2、开放式、互操作性、互换性、可集成性

不同厂家产品只要使用同一种总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其他厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺方法、配方等集成到通用控制系统中，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控制系统。

3、系统可靠性高、可维护性好

基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警和记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可靠性。

4、降低了系统及工程成本

对于大范围、大规模I/O分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。

二、几种代表性现场总线技术

目前国际上现有总线及总线标准不下200种，具有一定影响和已占有一定市场份额的总线有如下几种：

1、基金会现场总线（FF）

其前身以美国Fisher-Rosemout公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、SIEMENS等80多家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150多家公司制定的WorldFIP协议，在1994年两大集团合并成立FF基金会。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1通信速率31.25Kbps，通信距离1900m，H2通信速率可为1M和1.5Mbps两种，通信距离分别为500m和750m。目前，FF总线的应用领域以过程自动化为主。如：化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。

2、Lonworks总线

由Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布。其通信速率从300kbps到1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700m。Lonworks总线应用广泛，主要包括楼宇自动化，家庭自动化、保安系统、数据采集、SCADA系统等。国内主要应用于楼宇自动化。

3、Profibus总线

Profibus总线1996年3月被批准为欧洲标准，由Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS组成Profibus系列。DP用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域应用；FMS即现场信息规范，适用于纺织、楼宇、电力等；PA适用于过程自动化。Profibus总线技术由德国SIEMEMS为主的10多家公司共同推出。传输速率为9.6Kbps到12Mbps，传输距离12Mbps为100m，1.5Mbps为400m。

4、CAN总线

CAN总线是控制局域网的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间数据通信。由于得到Motorola、Intel、Philip、Siemens、NEC等公司支持，广泛应用于离散控制领域，通信速率最高可达1Mbps/400m，直接传输距离最远10km/5Kbps，具有较强的抗干扰能力。

5、HART总线

HART总线是可寻址远程传感器高速通道的英文缩写。其最早由Rosemount公司开发并得到80多家著名仪表公司的支