現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System）是一種全數(shù)字串行、雙向通信系統(tǒng)，用于連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在工廠網(wǎng)絡(luò)的分級中，既是過程控制和智能儀表的局部網(wǎng)，也是在網(wǎng)絡(luò)上傳遞控制應(yīng)用的平臺。
定義
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是一種全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)，旨在解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信問題，以及這些設(shè)備與高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。
作用
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、電力等多個方面的自動化系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。2003年4月，IEC61158 Ed.3現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)第3版正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了包括TS61158在內(nèi)的10種類型的現(xiàn)場總線。
特征
技術(shù)特征
現(xiàn)場總線技術(shù)具有以下特征：
1. 全數(shù)字化通信
2. 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
3. 互可操作性與互用性
4. 現(xiàn)場設(shè)備的智能化
5. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性
6. 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性
系統(tǒng)特點(diǎn)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：
1. 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)。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
優(yōu)點(diǎn)
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。
2. 一對雙絞線上可掛接多個控制設(shè)備，節(jié)省安裝費(fèi)用。
3. 節(jié)省維護(hù)開銷。
4. 提高了系統(tǒng)的可靠性。
5. 為用戶提供了更靈活的系統(tǒng)集成主動權(quán)。
發(fā)展現(xiàn)狀
盡管國際電工技術(shù)委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEC/ISA）自1984年起就開始制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，但由于各國各公司的利益之爭，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)尚未完成。市場上存在約四十種現(xiàn)場總線，其中不到十種占據(jù)了80%的市場份額。每種總線都有其特定的應(yīng)用領(lǐng)域，并且大多都有大型跨國公司為背景并成立相應(yīng)的國際組織。此外，許多設(shè)備制造商參與了多個總線組織，以便擴(kuò)大其產(chǎn)品的使用范圍。盡管如此，由于市場競爭激烈，各大總線都在努力開發(fā)接口技術(shù)，使其能夠與其他總線相連。
主流現(xiàn)場總線
基金會現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus）
基金會現(xiàn)場總線是由美國Fisher-Rousemount公司牽頭，聯(lián)合橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議，以及Honeywell公司牽頭，聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的World FIP協(xié)議于1994年9月合并而成。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。
CAN（Controller Area Network）
CAN最初由德國博世公司公司推出，現(xiàn)已發(fā)展成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定的國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了英特爾、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為兩層：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。
Lonworks
Lonworks由美國echelon公司推出，并由Motorola、東芝公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部七層通訊協(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)。
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。
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。
HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer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)字電路轉(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。
CC-Link
CC-Link是Control&傳播學(xué) Link（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。
WorldFIP
WorldFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨(dú)立，總部設(shè)在法國。其在歐洲市場占有重要地位，特別是在法國占有率大約為60%。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。
INTERBUS
INTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場總線，2000年2月成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS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，具有強(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。
發(fā)展趨勢
現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢包括尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)和Industrial Ethernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的四大陣營已經(jīng)形成，其中包括Modbus-IDA工業(yè)以太網(wǎng)、Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)、PROFInet工業(yè)以太網(wǎng)和Foundation Fieldbus HSE工業(yè)以太網(wǎng)。
參考資料 >
現(xiàn)場總線技術(shù)介紹和現(xiàn)場總線系統(tǒng)應(yīng)用研究.電子工程世界-news.eeworld.com.cn...-2024-5-2.2024-10-30
第4節(jié) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng).電子發(fā)燒友.2024-10-30
現(xiàn)場總線的原理和組成.電子發(fā)燒友.2024-10-30