現(xiàn)場總線已然必不可少,，對于現(xiàn)場總線的接納度和使用范圍正諸多增大。因此對于現(xiàn)場總線,，大家應(yīng)當(dāng)有所了解。

一,、何為現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場,、連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化測量控制系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸,、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò),。

位于生產(chǎn)控制現(xiàn)場和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層

v現(xiàn)場總線是低帶寬的控制網(wǎng)絡(luò)v

它與上層的Internet、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet相連

v構(gòu)成企業(yè)綜合自動化的通信網(wǎng)絡(luò)平臺

二,、現(xiàn)場總線控制組成

1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分,，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護(hù)軟件、仿真軟件,、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等,。首先選擇開發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機接口軟件MMI,。通過組態(tài)軟件,，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù),，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài),。在網(wǎng)絡(luò)運行過程中系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,、計算,。優(yōu)化控制及邏輯控制報警、監(jiān)視,、顯示,、報表等。

2.現(xiàn)場總線的測量系統(tǒng)

其特點為多變量高性能的測量,，使測量儀表具有計算能力等更多功能,，由于采用數(shù)字信號，具有高分辨率,，準(zhǔn)確性高,、抗干擾、抗畸變能力強,，同時還具有儀表設(shè)備的狀態(tài)信息,，可以對處理過程進(jìn)行調(diào)整。

3.設(shè)備管理系統(tǒng)

可以提供設(shè)備自身及過程的診斷信息,、管理信息,、設(shè)備運行狀態(tài)信息(包括智能儀表)、廠商提供的設(shè)備制造信息,。

4.總線系統(tǒng)計算機服務(wù)模塊

以客戶機/服務(wù)器模式是目前較為流行的網(wǎng)絡(luò)計算機服務(wù)模式,。服務(wù)器表示數(shù)據(jù)源(提供者)，應(yīng)用客戶機則表示數(shù)據(jù)使用者,，它從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù),，并進(jìn)一步進(jìn)行處理?？头繖C運行在PC機或工作站上,。服務(wù)器運行在小型機或大型機上，它使用雙方的智能,、資源,、數(shù)據(jù)來完成任務(wù),。

5.數(shù)據(jù)庫

它能有組織的、動態(tài)的存儲大量有關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享,、交叉訪問，具有高度獨立性,。工業(yè)設(shè)備在運行過程中參數(shù)連續(xù)變化,，數(shù)據(jù)量大，操作與控制的實時性要求很高,。因此就形成了一個可以互訪操作的分布關(guān)系及實時性的數(shù)據(jù)了系統(tǒng),。

6.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件：系統(tǒng)管理主機、服務(wù)器,、網(wǎng)關(guān),、協(xié)議變換器、集線器,、用戶計算機等底層智能化儀表

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件：NetWarc、LAN Mangger,、Vines

服務(wù)器操作軟件：Lenix,、os/2、windowNT,、數(shù)據(jù)庫,、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等,。

三,、總線分類

目前世界上存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，這些現(xiàn)場總線大都用于過程自動化,、醫(yī)藥領(lǐng)域,、加工制造、交通運輸,、國防,、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域,，目前的工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)可歸為三類：485網(wǎng)絡(luò),、HART網(wǎng)絡(luò)、FieldBUS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò),。

485網(wǎng)絡(luò)：RS485/MODBUS是現(xiàn)在流行的一種工業(yè)組網(wǎng)方式,，其特點是實施簡單方便，而且現(xiàn)在支持RS485的儀表又特別多?，F(xiàn)在的儀表商也紛紛轉(zhuǎn)而支持RS485/MODBUS,，原因很簡單,， RS485的轉(zhuǎn)換接口不僅便宜得而且種類繁多。至少在低端市場上,，RS485/MODBUS仍將是最主要的工業(yè)組網(wǎng)方式,。

HART網(wǎng)絡(luò)：HART是由艾默生提出的一個過度性總線標(biāo)準(zhǔn)，主要特征是在4-20毫安電流信號上面疊加數(shù)字信號,，但該協(xié)議并未真正開放,，要加入他的基金會才能拿到協(xié)議，而加入基金會要一定的費用,。HART技術(shù)主要被國外幾家大公司壟斷,，近些年國內(nèi)也有公司在做，但還沒有達(dá)到國外公司的水平?，F(xiàn)在有很多智能儀表帶有[HART圓卡],，支持HART通訊功能。但從國內(nèi)情況來看,，還沒有真正用到這部分功能來進(jìn)行設(shè)備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控,，最多只是利用手操器對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。從長遠(yuǎn)來看,，由于HART通信速率低,、組網(wǎng)困難等原因，HART儀表的應(yīng)用將呈下滑趨勢,。

FieldBus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域的熱點技術(shù)之一,，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)標(biāo)志著自動化控制技術(shù)又一個新時代的開始?，F(xiàn)場總線是連接控制現(xiàn)場的儀表與控制室內(nèi)的控制裝置的數(shù)字化,、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò),。其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向,、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字化通信?，F(xiàn)場總線技術(shù)近年來成為國際上自動化和儀器儀表發(fā)展的熱點,，它的出現(xiàn)使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了革命性的變化，使自控系統(tǒng)朝著“智能化,、數(shù)字化,、信息化、網(wǎng)絡(luò)化,、分散化”的方向進(jìn)一步邁進(jìn),，形成新型的網(wǎng)絡(luò)通信的全分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus ControlSystem)。然而,，到目前為止,，現(xiàn)場總線還沒有形成真正統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),，ProfiBus、CANbus,、CC-Link等多種標(biāo)準(zhǔn)并行存在,，并且都有自己的生存空間。何時統(tǒng)一,，遙遙無期,。目前，支持現(xiàn)場總線的儀表種類還比較少,，可供選擇的余地小,，價格又偏高，用量也較小,。

四,、優(yōu)缺點

1.特點

現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò),。

通信標(biāo)準(zhǔn)的公開,、一致，使系統(tǒng)具備開放性,，設(shè)備間具有互可操作性,。

功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。

控制功能下放到現(xiàn)場,，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

2.優(yōu)點

現(xiàn)場總線使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入信息網(wǎng)絡(luò)的行業(yè),，為其應(yīng)用開拓了更為廣闊的領(lǐng)域;

一堆雙絞線上可接掛多了控制設(shè)備,，便于節(jié)省安裝費用;

節(jié)省維護(hù)開銷;

提高了系統(tǒng)的可靠性;

為用戶提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動權(quán)。

3.缺點

網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲,，通信系統(tǒng)的瞬時錯誤和數(shù)據(jù)包丟失,，發(fā)送與到達(dá)次序的不一致等都會破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性，使得控制系統(tǒng)的分析與綜合變得更為復(fù)雜,，使控制系統(tǒng)的性能受到負(fù)面影響,。

五、何為工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容,，但在產(chǎn)品設(shè)計上,，在實時性、可靠性,、環(huán)境適應(yīng)性等方面滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要,，是繼現(xiàn)場總線之后發(fā)展起來，最被認(rèn)同也最具發(fā)展前景的一種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò),。

工業(yè)以太網(wǎng)的本質(zhì)就是以太網(wǎng)技術(shù)辦公自動化走向工業(yè)自動化,。

六,、操作要求

1.工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的高溫、潮濕,、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在,，要求工業(yè)級的產(chǎn)品具有氣候環(huán)境適應(yīng)性，并要求耐腐蝕,、防塵和防水,。

2.工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在,，需要采取防爆措施保證安全生產(chǎn),。

3.工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的振動、電磁干擾大,，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)必須具有機械環(huán)境適應(yīng)性(如耐振動,、耐沖擊)、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性(EMC)等,。

4.工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件的供電,，通常是采用柜內(nèi)低壓直流電源標(biāo)準(zhǔn)，大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內(nèi)所需電源為低壓24V直流,。

5.采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝,，安裝方便，適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求,，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件要能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內(nèi),，并容易更換。

七,、主要標(biāo)準(zhǔn)

工業(yè)以太網(wǎng)是按照工業(yè)控制的要求,，發(fā)展適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層和用戶層協(xié)議，使以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)真正應(yīng)用到控制層,，延伸到現(xiàn)場層,，而在信息層又盡可能采用IT行業(yè)一切有效而又最新的成果，因此,，工業(yè)以太網(wǎng)與以太網(wǎng)在工業(yè)中的應(yīng)用全然不是同一個概念,。

1.IDA的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

DA是一種完全建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的工業(yè)以太網(wǎng)規(guī)范，將一種實時的基于WEB的分布自動化環(huán)境與集中的安全體系結(jié)構(gòu)加以結(jié)合,，目標(biāo)是創(chuàng)立一個基于TCP/IP的分散自動化的解決方案,。

2.Ethernet/IP的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

ODVA除了擁有DviceNET和ControlNet，還控制另一個總線EtherNet/IP,，它把處于應(yīng)用層和用戶層的DeviceNet和ControlNet的目標(biāo)庫CIP(包含了所有經(jīng)典的PLC運算),，與以太網(wǎng)物理介質(zhì)捆綁在一起。

3.PROFlnet的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

如圖,，它的數(shù)據(jù)鏈路層采用了旨在減小處理通信棧所需時間的一種傳輸協(xié)議,，從而極大地縮短了網(wǎng)絡(luò)的刷新時間,，確保刷新時間在5~10MS。實時通道除了可進(jìn)行循環(huán)傳輸外,，還可完成非循環(huán)(事件觸發(fā),、過程數(shù)據(jù)修改、操作指令下達(dá)等)傳輸,。同時還要加入網(wǎng)絡(luò)管理,、WEB功能，以及直接集成I/O設(shè)備等,。

4.HSE的通信結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議

美國的FF(現(xiàn)場總線基金會)采用高速以太網(wǎng)開發(fā)的FCS系統(tǒng)控制級以上通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng),，控制級以下仍使用H1現(xiàn)場總線，構(gòu)成信息集成開放的體系結(jié)構(gòu),，HSE遵循標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)規(guī)范,。FF在去規(guī)范中規(guī)定了21中功能塊，供基本過程控制和先進(jìn)過程控制使用,。這些標(biāo)準(zhǔn)功能塊駐留與HSE相連的現(xiàn)場設(shè)備中,，只要通過組態(tài)就予以鏈接。為進(jìn)行復(fù)雜的批處理和混合控制等應(yīng)用,，F(xiàn)F還規(guī)定了柔性功能塊,，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集的監(jiān)控、子系統(tǒng)接口,、事件順序,、多路數(shù)據(jù)采集，并可用作與PLC和其他協(xié)議通信的網(wǎng)間連接器,，所以我們可得出這樣一個結(jié)論：HSE工業(yè)以太網(wǎng)為連續(xù)的過程控制工業(yè)和斷續(xù)的制造業(yè)所需的連續(xù)實時控制提供了各種的解決方案,，它為連續(xù)過程控制系統(tǒng)、斷續(xù)制造的控制系統(tǒng),、批量控制系統(tǒng)以及MES、ERP等企業(yè)信息管理系統(tǒng)的集成,，提供了一種相當(dāng)成熟的工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,。

八、應(yīng)用于工業(yè)控制需要解決的問題

工業(yè)以太網(wǎng),，一般來講技術(shù)上與商業(yè)以太網(wǎng)兼容,，但在產(chǎn)品設(shè)計時，在實時性,、可靠性,、環(huán)境的適應(yīng)性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要，是一種典型的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò),。與商用以太網(wǎng)相比,，工業(yè)以太網(wǎng)在以下方面具有特殊要求：

1.要求有高實時性與良好的時間確定性

2.傳送信息多為短幀信息,，且信息交換頻繁

3.容錯能力強，可靠性,、安全性好

4.控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高度分散性

5.控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單實用,，工作效率高

6.控制設(shè)備的智能化與控制功能的自治性

7.與信息網(wǎng)絡(luò)之間有高效率的通信，易于實現(xiàn)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成

8.設(shè)備的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性

9.遠(yuǎn)距離傳輸

10.總線供電

11.網(wǎng)絡(luò)安全性

12.互操作性

九,、優(yōu)勢

1.應(yīng)用廣泛

以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),，收到廣泛的技術(shù)支持，最典型的的以太網(wǎng)應(yīng)用形式如：Ethernet+TCP/IP+web,。幾乎所有的編程語言都支持Ethernet的應(yīng)用開發(fā),。

2.成本低廉

由于以太網(wǎng)的應(yīng)用最為廣泛，因此收到硬件開發(fā)商與生產(chǎn)廠商的高度重視與廣泛支持,，有很多硬件產(chǎn)品供用戶選擇,，而且由于應(yīng)用廣泛，硬件價格也相對低廉,。

3.通信速率高

目前以太網(wǎng)的通信速率為10M,、100M的快速以太網(wǎng)也開始廣泛應(yīng)用，1000M以太網(wǎng)技術(shù)也逐漸成熟,，10G以太網(wǎng)也正在研究,，其通信速率比目前的現(xiàn)場總線快得多。

4.軟硬件資源豐富

以太網(wǎng)已應(yīng)用多年,，人們對以太網(wǎng)的設(shè)計,、應(yīng)用等多方面有很多的經(jīng)驗，對其技術(shù)也十分熟悉,。大量的軟件資源和設(shè)計經(jīng)驗可以顯著降低系統(tǒng)開發(fā)和培訓(xùn)費用,，從而可以顯著降低系統(tǒng)的整體成本，并大大加快系統(tǒng)開發(fā)和推廣速度,。

5.可持續(xù)發(fā)展能力強

由于以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用,，它的反戰(zhàn)一直得到廣泛的重視和大量的技術(shù)投入，形成全球性的技術(shù)支持,，并且在當(dāng)前信息瞬息萬變的時代,，企業(yè)的生存與發(fā)展將很大程度上依賴于一個快速而有效的通信網(wǎng)絡(luò)管理，信息技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展將更加迅速,，也更加成熟,，由此保證了以太網(wǎng)技術(shù)不斷地持續(xù)向前發(fā)展。

6.易于實現(xiàn)管控一體化

易于實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫集成,，建立統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò),，可實現(xiàn)嵌入式控制器，智能現(xiàn)場測控儀表和傳感器等方便地接入以太網(wǎng)絡(luò)，直至與Internet相連,。