现场总线控制系统现状及前景.doc

现场总线控制系统的现状和发展前景
序言
随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。
现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。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。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司都投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS(Fieldbus Control System)系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C(Computer计算机、Control控制、Commcenication通信)技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。
现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过10年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现正在引起工业控领域的一次前所未有的技术革命。现场总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之上，标准的编程语言(DDL)和强大的通信功能，使现场总线控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的控制方法。
进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的高速发展，我国现场总线控制系统行业保持了多年高速增长，并随着我国加入WTO, 近年来，现场总线控制系统行业的出口也形势喜人，2008年，全球金融危机爆发，我国现场总线控制系统行业发展也遇到了一些困难，如国内需求下降，出口减少等，现场总线控制系统行业普遍出现了经营不景气和利润下降的局面，2009年，随着我国经济刺激计划出台和全球经济走出低谷，我国现场总线控制系统行业也逐渐从金融危机的打击中恢复，重新进入良性发展轨道。
本文将通过介绍现场总线的发展、特点、应用及现状和现场总线控制系统，让我们更深刻的了解到现场总线控制系统的运用基础、形成原因及其未来发展趋势！
目录
序言 1
摘要 5
一．概述 5
二．现场总线控制系统的产生 6
2.1模拟仪表控制系统 6
2.2集中式数字控制系统 6
2.3集散控制系统（DCS） 6
2.4现场总线控制系统（FCS） 7
三．现场总线控制系统 7
3.1.现场总线控制系统体系结构 7
3.2现场总线控制系统的特点 8
3.3 现场总线控制系统的关键要点 9
3.4现场总线控制系统带来的变革 9
3.5现场总线控制系统的典型应用 9
3.6现场总线控制系统市场前景分析 10
3.6.1市场需求 10
3.6.2企业效益 10
四．现场总线控制系统与现场总线的联系 11
4.1现场总线技术是FCS的核心 11
五．现场总线 12
5.1现场总线的概念 12
5.2现场总线的特点及优点 12
5.2.1现场总线的特点 12
5.2.2现场总线的优点 13
5.3现场总线存在的问题 13
5.4典型的现场总线技术 13
5.5现场总线的发展 14
5.5.1现场总线发展现状 14
5.5.2现场总线技术的发展趋势 14
5.6主流现场总线 15
5.6.1基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF） 15
5.6.2 CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网） 15
5.6.3 Lonworks 15
5.6.4 DeviceNet 15
5.6.5 PROFIBUS 16
5.6.6 HART 16
5.6.7 CC-Link 16
5.6.8 WorldFIP 16
5.6.9 INTERBUS 17
5.7现场总线的应用 17
5.7.1现场总线的主要产品 17
5.7.2现场总线在国内的应用 18
5.7.3现场总线在国际的应用 18
六． 结束语 19
６．１结束语 19
七．参考文献 19
八．评分标准 20

摘要：阐述了工业控制系统的现场控制总线的体系结构，现场总线控制的特点，现场总线控制与现场总线的联系，接着阐述了现场总线的产生，介绍了现场总线的特点、优点和存在的问题，分析了现场总线的现状及发展趋势，介绍了一些主流的现场总线和现场总线的应用。同时，也介绍了现场控制总线体统体系及特点。关键词：现场总线控制系统 体系结构 特点 联系 现场总线　现状　发展 主流现场总线
一．概述
现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。经历了十几年的时间，现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化工、电力、楼宇自控等各个控制领域。现场总线控制技术由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的PLC点对点接线的控制方法。
现场总线技术的控制系统（Fieldbus Control System-FCS）是以现场总线为基础发展起来的全数字控制系统。实际上就是以现场总线技术为核心，以基于现场总线的智能I/O 或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。
现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control System）系统,已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前，在现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。

二．现场总线控制系统的产生

纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。

2.1模拟仪表控制系统
模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。

2.2集中式数字控制系统
集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。采用单片机、PLC、SLC或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信 号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。

2.3集散控制系统（DCS）
集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。
在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技术的发展和应用，遗憾的是，不同的DCS厂家为达到垄断经营 的目的而对其控制通讯网络采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此集散控制系统从该角度而言实质是一种封闭专用的、不具可互操作性的分布式控制系统且DCS造价昂贵。在这种情况下，用户对网络控制系统提出了开放化和降低成本的迫切要求。

2.4现场总线控制系统（FCS）
FCS正是顺应以上潮流而诞生，它用现场总线这一开放的，具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此，FCS实质是 一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。

三．现场总线控制系统
3.1.现场总线控制系统体系结构
现场总线控制系统FCS是以现场总线为基础的开放式、全数字式的控制系统。它通常由以下3部分组成：现场智能仪表、控制器；现场总线系统；监控、组态计算机。其中现场智能仪表、控制器、计算机等都通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上，故现场总线网卡及通信协议软件是FCS的基础和神经中枢。与此同时，组态技术包含有系统组态、数据库组态及控制算法组态，生成的参数及算法不仅可以在控制器中运行，还可以在远程I／O或智能设备上运行。
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；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；通信媒体安装费用较低。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。其总线接口，有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。总线接口的缺省地址通常设为"0"电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必须的。通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线电源。而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。

图3.1 现场总线控制系统体系结构
如图1所示，最底层的Infranet控制网即FCS，各控制器节点下放分散到现场，构成一种彻底 的分布式控制体系结构，网络拓扑结构任意，可为总线形、星形、环形等，通讯介质不受限制，可用双绞线、电力线、无线、红外线等各种形式。FCS形成的Infranet控制网很容易与Intranet企业内部网和Internet全球信息网互连，构成一个完整的企业网络三级体系结构。

3.2现场总线控制系统的特点
第一，FCS 的信号传输实现了全数字化，从最底层的传感器和执行器都采用现场总线网络，逐层向上直至最高层均为通信网络互连;第二，FCS 的系统结构是全分散式，FCS 废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之，即把DCS 控制站的功能化整为零，分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，实现彻底的分散控制;第三，FCS 的现场设备具有互操作性，不同厂商的现场设备既可互连也可互换，并可以统一组态，彻底改变传统DCS 控制层的封闭性和专用性;第四，FCS 的通信网络为开放式互连网络，既与同层网络互连，也可与不同层网络互连，用户可极其方便地共享网络数据库;第五，FCS 的技术和标准实现了全开放，无专利许可要求，可供任何人使用，从总线标准、产品检验到信息发布全是公开的，面向世界任何一个制造商和用户。

3.3 现场总线控制系统的关键要点
（1）现场总线控制系统的核心是现场总线协议，即现场总线标准一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯
传输为基本依据。 用现场总线在控制现场建立一条可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。
（2）现场总线控制系统的基础是数字智能传感器数字智能传感器是FCS 系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
（3）现场总线控制系统的实质是信息处理现场化无论采用什么类型控制系统，系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的实质就是信息处理的现场化，也是智能化仪表和现场总线所追求的目标。

3.4现场总线控制系统带来的变革
综上所述，现场总线对当今的自动化带来以下7 个方面的变革:
（1）用一对通信线连接多台数字仪表代替一对信号线只能连接一台模拟仪表;
（2）用多变量、双向、数字通信方式代替单变量、单向、模拟传输方式;
（3）用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模拟仪表;
（4）用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站;
（5）用现场控制系统FCS 代替集散控制系统DCS;
（6）变革传统的信号标准、通信标准和系统标准;
（7）变革传统的自动化系统的体系结构、设计方法和安装调试方法。

3.5现场总线控制系统的典型应用
现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，几乎涵盖了所有连续、离散工业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼半自动化、家庭自动化等。它的出现和快速发展体现了控制领域对降低成本、提高可靠性、增强可维护
性和提高数据采集的智能化的要求。下面以Profibus 为例，说明现场总线控制系统的典型应用。
PROFIBUS 是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。 PROFIBUS 由三个兼容部分组成， 即PROFIBUS － DP（ Decentralized Periphery），PROFIBUS－PA（ProcessAutomation ） ， PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification)。这三个部分分别在三大典型系统中有所应用：
（1）连续的工艺过程自动控制，如石油化工，典型产品是Profibus—PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。
（2）分立的工艺动作自动控制，如汽车，典型产品是PROFIBUS – DP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O 的通信。使用PROFIBUS－DP 可取代办24VDC 或4－20mA 信号传输。
（3）多点控制，如楼宇自动化，典型产品是 PROFIBUS－FMS：用于监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。
与其它现场总线系统相比，PROFIBUS 的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170 作保证，并经实际应用验证
具有普遍性。

3.6现场总线控制系统市场前景分析
3.6.1市场需求
目前，国内各行业竞争激烈。企业逐步认识到只有不断引人新技术才能使企业得到持续稳定地发展。企业有追求新技术、改造现有系统的需求。现场总线技术是未来自动化技术发展主流，基于现场总线的先进控制系统以其明显的技术优势和价格优势，在分布式控制系统市场中将逐步替代PLC产品。
3.6.2企业效益
（1）对现场设备制造商参与基于现场总线的先进控制系统开发的现场设备制造商将本企业传统产品提高了一个技术水平。由于现场总线技术的开放性，企业开发的现场总线产品可以集成到任何现场总线控制系统中。
（2）对自动化系统集成商应用现场总线的先进控制系统的自动化系统集成商有条件以系统为平台，利用自身在行业领域中的优势，开发出具有专用技术的控制系统，使系统集成增值，增加利润并扩大市场份额。

四．现场总线控制系统与现场总线的联系
4.1现场总线技术是FCS的核心
现场总线技术的控制系统（Fieldbus Control System-FCS）是以现场总线为基础发展起来的全数字控制系统。实际上就是以现场总线技术为核心，以基于现场总线的智能I/O 或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。

图1 为 FCS 基本构成图
FCS 的关键是现场总线技术与现场总线智能传感器，国内企业应吸取在PLC、DCS 技术和产业化方面发展的经验教训，把握机遇，开发出拥有自主知识产权、基于现场总线技术的控制系统，将国内工业自动化装备提高到一个新的水平，使我国自动化行业在未来国际自动化技术领域中及市场份额上都占有一席之地。
接下来我将介绍一下现场总线。
五．现场总线
5.1现场总线的概念
现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议。FCS则是用开放的现场总线控制通讯网络将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时网络控制系统。

图3.1 现场总线结构图
资源来源：现场总线技术与现场总线控制系统 刘紫燕

5.2现场总线的特点及优点
5.2.1现场总线的特点
现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。
5.2.2现场总线的优点
现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域。同时，现场总线的一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用。而且，现场总线节省维护开销。再者，现场总线提高了系统的可靠性。最后，现场总线为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。

5.3现场总线存在的问题
虽然现场总线技术发展非常迅速,但也存在许多问题,制约其应用范围的进一步扩大。
（1）首先是现场总线的选择。虽然目前IEC组织已达成了国际总线标准,但总线种类仍然过多,而每种现场总线都有自己最合适的应用领域,如何在实际中根据应用对象,将不同层次的现场总线组合使用,使系统的各部分都选择最合适的现场总线,对用户来说,仍然是比较棘手的问题
（2）系统的集成问题。由于实际应用中一个系统很可能采用多种形式的现场总线,因此如何把工业控制网络与数据网络进行无缝的集成,从而使整个系统实现管控一体化,是关键环节。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时选哪个功能块是要仔细考虑的;要使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
（3）存在技术瓶颈问题。主要表现在：
1）当总线电缆截断时,整个系统有可能瘫痪。用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点目前许多现场总线不能保证。
2）本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省线缆优点的发挥。目前各国都在对现场总线本质安全概念（FISCO）理论加强研究,争取有所突破。
3）系统组态参数过分复杂。现场总线的组态参数很多,不容易掌握,但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。

5.4典型的现场总线技术
2003年4月，IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准，规定10种类型的现场总线。
他们分别是：Type 1 TS61158现场总线、Type 2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线、 Type 3 Profibus现场总线、Type 4 P-NET现场总线 、Type 5 FF HSE现场总线、Type 6 SwiftNet现场总线、Type 7 World FIP现场总线、Type 8 Interbus现场总线、Type 9 FF H1现场总线和Type 10 PROFInet现场总线。

5.5现场总线的发展
5.5.1现场总线发展现状
目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司Siemens的ProfiBus，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。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有80％左右的市场。
每种总线大都有其应用的领域，比如FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域；DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业，而这些划分也不是绝对的，每种现场总线都力图将其应用领域扩大，彼此渗透。
为了加强自己的竞争能力，很多总线都争取成为国家或者地区的标准，比如PROFIBUS已成为德国标准，WorldFIP已成为法国标准等。
为了扩大自己产品的使用范围，很多设备制造商往往参与不止一个甚至多个总线组织。各个总线彼此协调共存。
5.5.2现场总线技术的发展趋势
从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：一是寻求统一的现场总线国际标准，二是Industrial Ethernet走向工业控制网络。
统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。 随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。

5.6主流现场总线
下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
5.6.1基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）
这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 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），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
5.6.2 CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网）
最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
5.6.3 Lonworks
它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。
5.6.4 DeviceNet
DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。DeviceNet总线的组织结构是Open DeviceNet Vendor Association（开放式设备网络供应商协会，简称“ODVA”）。
5.6.5 PROFIBUS
PROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型，服从IEC1158－2标准。PROFIBUS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。PROFIBUS的传输速率为9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m，在12Mbit/s小为200m，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。
5.6.6 HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写，最早由Rosemount公司开发。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的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。
5.6.7 CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控制与通信链路系统）的缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。在其系统中，可以将控制和信息数据同是以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。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005年7月CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。
5.6.8 WorldFIP
WorkdFIP的北美部分与ISP合并为FF以后，WorldFIP的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位，特别是在法国占有率大约为60%。WorldFIP的特点是具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求，而且没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。WorldFIP与FFHSE可以实现“透明联接”，并对FF的H1进行了技术拓展，如速率等。在与IEC61158第一类型的连接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。
5.6.9 INTERBUS
INTERBUS是德国Phoenix公司推出的较早的现场总线，2000年2月成为国际标准IEC61158。INTERBUS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），即物理层、数据链路层、应用层，具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。其采用集总帧型的数据环通信，具有低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色。INTERBUS广泛地应用到汽车、烟草、仓储、造纸、包装、食品等工业，成为国际现场总线的领先者。
此外较有影响的现场总线还有丹麦公司Process-Data A/S 提出的P-Net，该总线主要应用于农业、林业、水利、食品等行业；SwiftNet现场总线主要使用在航空航天等领域，还有一些其他的现场总线这里就不再赘述了。

5.7现场总线的应用
现场总线主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。
主要用于制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。
5.7.1现场总线的主要产品
连接于总线上的产品，可以分为有源和无源两大类。
1.有源产品
有源产品可以产生通讯信号、响应信号、调整信号或者兼而有之。 有源产品包括以下部件： 　
（1）节点（Node）：总线上可以编址的设备。
（2）总线模块(Bus Modulea）：任何形式的现场节点，可以使用端子或接插件连接传感器、阀门、按钮等各种现场装置。
（3）网关（Gateway）：一种特殊的节点，用于两面种不同的总线之间的信号和数据变换。
（4）放大器：一种用于实时（加强）信号，以精确复制原始信号。连接同一总线的两部分，解决通讯信号在通讯线上由于电气损耗而造成的衰减。当信号变弱而不变形时可以使用放大器。
（5）中继器（Repeater）：用于加强信号，产生不变形的新信号。连接同一总线的两端，当信号变弱或变形时可以使用中继器。
（6）桥（Bgridge）：有两类桥。一种是用于连接同一种协议，不同传输速度的两个段。另一种是一种智能的中继器，当通讯的源地址和目的地址位于不同总线段时，用于重复两个段间的数据。桥必须被编程设定地址和相关的段。当桥读地址时，要有几个位的等待时间。桥可以应用于设备级总线，但应用并不普遍。
（7）路由器（Router）：用于广域网的高等级桥。这类产品很少应用于设备级总线。
（8）有源多端口分接器（Active hub）多端口中继器或放大器，以增加总线的分支能力。
（9）接口卡、接口模块（Interface card,interface module）：指网关的常用术语，作为PLC或PC到设备及总线的接口。
2.无源总线产品
无源总线产品包括：
（1）T型分支（Tee）：用于产生总线上的一路分支。 　　
（2）无源多端口分接器（Passive hub：多端口T型分支。
（3）终端电阻（Terminating Resistor）：安装在总线的始端和末端的电阻，用于稳定和调整信号。
（4）总线电缆（Busline）：连接节点，传送数据的各种电缆。
5.7.2现场总线在国内的应用
1998年8月，中国第一套现场总线系统由国家电力公司热工研究院从美国Fisher-Rosemount公司引进，该系统采用PlantWebTM基于现场结构的最新技术，同时也是在中国第一次运用FF技术。它将智能化现场设备、规模可变的平台和模块化软件结合在一起，实现过程控制。这套系统将用于国内大中型火力发电厂汽轮机性能考核测试，它包括一套DeltaV规模可变的过程控制系统、AMS设备管理系统以及100余套基于FF技术的压力温度变送器。该项目的引进也标志着我国电力自动化技术进入了一个新时代。
5.7.3现场总线在国际的应用
1996年10月，在美国芝加哥举行的96ISA展览会上，醒目地展现了基金会现场总线；1998年4月在北京举行的多国仪器仪表展览会上，名目繁多的现场总线产品，更是给人一种现场总线已是大势所趋的感觉。1998年的中国控制会议上，专门安排了现场总线控制系统的大会专题报告，表明现场总线技术不仅是工业控制系统的必然趋势，同时也成为控制理论研究的新方向。现场总线技术的兴起，推动了DCS的全面革新，为工业自动化实施先进控制策略创造了条件，同时也有力地推动了计算机通信等相关技术的迅速发展。
总之，现场总线已经有广泛的应用，并将保持继续高势头继续向前发展！

六． 结束语
６．１结束语
当前，国际上各个自动化公司都在现场总线方面投入了巨大的资源进行研究与开发，因为这是进入下一代控制系统的关键技术，谁能够为解决现场总线目前存在
的问题拿出完整有效的解决方案，谁就占据了市场的先机。另外，下一代控制系统要真正形成巨大的市场，除技术上要走向成熟之外，还要有一个能够得到广泛认可的标准。
正如电子技术是单元式组合仪表控制系统的关键技术，软件技术是数字化控制系统如DCS、PLC等的关键技术一样，网络技术将是FCS的关键技术。可以说， 一套简洁明了、高效可靠、标准化的网络通信规约将是FCS