現(xiàn)場總線的分類及發(fā)展趨勢

　　現(xiàn)場總線技術(shù)自70年代誕生至今，由于它在減少系統(tǒng)線纜，簡化系統(tǒng)安裝、維護(hù)和管理，降低系統(tǒng)的投資和運(yùn)行成本，增強(qiáng)系統(tǒng)性能等方面的優(yōu)越性，引起人們的廣泛注意，得到大范圍的推廣，導(dǎo)致了自動控制領(lǐng)域的一場革命。

　　現(xiàn)場總線簡介

　　現(xiàn)場總線(Fieldbus)是指開放式、國際標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、相互交換操作的雙向傳送、連接智能儀表和控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這是一項(xiàng)以智能傳感、控制、計算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，是信息化帶動工業(yè)化和工業(yè)化推動信息化的適用技術(shù)，是能應(yīng)用于各種計算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線，因現(xiàn)場總線潛在著巨大的商機(jī)，世界范圍內(nèi)的各大公司都投入相當(dāng)大的人力、物力、財力來進(jìn)行開發(fā)研究[1]。當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新，過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS(FieldbusControlSystem)系統(tǒng)，已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字信號取代模擬信號，在3C(Computer計算機(jī)、Control控制、Commcenication通信)技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競爭，仍未形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。由于現(xiàn)場總線以計算機(jī)、微電子、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，這一技術(shù)正在從根本上改變控制系統(tǒng)的理念和方法，將極大地推動整個工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，對工業(yè)自動化系統(tǒng)的影響將是積極和深遠(yuǎn)的。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)代工業(yè)數(shù)字通信的前沿技術(shù)，是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)的集成，也是信息技術(shù)、測量技術(shù)在信息時代的體現(xiàn)?，F(xiàn)場總線技術(shù)經(jīng)過10年的研發(fā)、試驗(yàn)和局部應(yīng)用階段，現(xiàn)已開始大量地在中小系統(tǒng)中應(yīng)用，并開始在超大規(guī)模的自動化系統(tǒng)工程中應(yīng)用?，F(xiàn)場總線技術(shù)是工業(yè)數(shù)字通信時代的先驅(qū)，它的出現(xiàn)正在引起工業(yè)控領(lǐng)域的一次前所未有的技術(shù)革命?，F(xiàn)場總線不僅僅是分散于最底層的控制系統(tǒng)，而且是建立于整個工業(yè)體系的通信系統(tǒng)，它的通信協(xié)議建立在控制策略之上，標(biāo)準(zhǔn)的編程語言(DDL)和強(qiáng)大的通信功能，使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)成為貫徹操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，被認(rèn)為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，將逐步取代傳統(tǒng)的控制方法。

　　幾種主流現(xiàn)場總線介紹

　　1、基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus簡稱FF）

　　這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。基金會現(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。

　　2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）

　　最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。

　　3、Lonworks它由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部７層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現(xiàn)。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。

　　4、DeviceNet

　　DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結(jié)構(gòu)是OpenDeviceNetVendorAssociation（開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會，簡稱“ODVA”）。

　　5、PROFIBUS

　　PROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158－２標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點(diǎn)。

　　6、HART

　　HART是HighwayAddressableRemoteTransducer的縮寫，最早由Rosemount公司開發(fā)。其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。由于它采用模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。