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1、現場總線的(de)定義
現場總(zong)線是指以工(gōng)廠内的測量(liang)和控制機器(qi)間的數字通(tōng)🚶♀️訊爲♋主的網(wǎng)絡。也就是将(jiang)傳感器、各種(zhong)操作終端⛹🏻♀️和(hé)控制器間的(de)👣通訊及控制(zhi)器之間的通(tong)訊進行特化(huà)的網絡。原來(lái)這🔞些機器間(jian)的主體配線(xiàn)是ON/OFF、接點信号(hào)和‼️模拟信号(hào)⁉️，通過通訊的(de)數字化，使時(shí)間分割、多重(zhong)化、多點化成(chéng)爲可能，從而(ér)實現高性能(neng)化、高✍️可靠化(hua)、保養簡❗便化(hua)、節省配線（配(pei)線的共享）。
簡(jian)單說，現場總(zǒng)線就是以數(shù)字通信替代(dai)了傳統4-20mA模拟(ni)信号🔴及普通(tong)開關量信号(hao)的傳輸。
2、現場(chǎng)總線的技術(shù)特點
●系統的(de)開放性
開放(fang)系統是指通(tong)信協議公開(kāi)，各不同廠家(jia)的設備之間(jiān)可進行互連(lián)并實現信息(xi)交換，現場總(zong)線開拓者就(jiu)是要緻力于(yu)建🏃立統一的(de)工廠底層網(wǎng)絡的開放系(xì)統。這裏的開(kāi)放是指對相(xiàng)關标準的一(yi)緻、公開性，強(qiang)調對🌈标準的(de)共識與遵從(cong)🚩。一個開放系(xi)統，它可以與(yu)任何遵守相(xiang)同标準的其(qi)它設備或系(xi)統相連💰。一個(ge)具有總線功(gōng)能的現場總(zǒng)線網絡系統(tǒng)是開放的，開(kāi)放系統把系(xi)🛀統集成的權(quán)利交給了用(yong)戶。用戶🔞可按(an)自己的需要(yào)和📞對象把來(lai)自不同供應(ying)商的産品組(zǔ)成大🈲小随意(yi)的系統。
●互可(kě)操作性與互(hu)用性
●現場(chang)設備的智能(néng)化與功能自(zì)治性
它将傳(chuan)感測量、補償(chang)計算、工程量(liàng)處理與控制(zhì)等功能分散(san)到現場設備(bei)中完成，僅靠(kao)現場設備即(ji)可完成自😘動(dong)控⛷️制的基本(ben)功能，并可随(suí)時診斷設備(bèi)的運行狀态(tài)。
●系統結構的(de)高度分散性(xìng)
由于現場設(shè)備本身已可(ke)完成自動控(kong)制的基本功(gōng)能，使得現場(chǎng)總線已構成(chéng)一種新的全(quan)分布式控制(zhì)🙇♀️系統的體系(xi)結構。從根本(ben)上改變了現(xiàn)有DCS集中與分(fen)散相結合的(de)集散控制系(xi)統體系，簡化(hua)了系統結構(gòu)，提高了可靠(kao)性。
●對現場環(huan)境的适應性(xìng)
工作在現場(chǎng)設備前端，作(zuò)爲工廠網絡(luò)底層的現場(chǎng)總線，是專爲(wei)在現場環境(jing)工作而設計(ji)的，它可支持(chi)雙絞線、同軸(zhou)電纜、光纜、射(she)頻、紅外線、電(diàn)力線等，具有(yǒu)❗較強的抗幹(gàn)擾能力，能采(cǎi)用兩線制實(shi)現送電與通(tong)信，并可滿足(zu)本質防爆要(yào)求等。
3、現場總(zong)線的技術優(yōu)點
●節省硬件(jiàn)數量與投資(zi)
由于現場總(zong)線系統中分(fen)散在設備前(qian)端的智能設(shè)備能直接執(zhi)行多種傳感(gǎn)器、控制、報警(jing)和計算功能(neng)，因而可減少(shao)變送器的數(shù)量，不再需要(yao)單獨的控制(zhi)器、計算單元(yuán)等，也不再需(xū)要DCS系統的信(xin)号調理、轉換(huàn)、隔離技術等(děng)功能單元及(ji)其複♊雜接線(xian)，還🏃可以用工(gōng)控PC機作爲操(cao)作站，從而節(jiē)🤩省了一大筆(bǐ)💛硬件投資，由(yóu)🆚于控制設備(bèi)🐕的減少，還可(kě)減少控制室(shi)的占地面積(ji)。
●節省安裝費(fèi)用
現場總線(xian)系統的接線(xian)十分簡單，由(you)于一對雙絞(jiǎo)線或一條🐪電(diàn)纜上通常可(ke)挂接多個設(shè)備，因而電纜(lan)、端🏃♂️子、槽盒、橋(qiáo)架的用量大(da)大減少，連線(xiàn)設計與接頭(tou)校對的工作(zuò)量也大大減(jiǎn)少。當需要增(zeng)加現場控制(zhi)設備時，無需(xū)增設新的電(dian)纜，可就🔞近連(lian)接在原有的(de)電纜上，既節(jie)省⛷️了投資，也(yě)減少了設計(jì)、安裝的工作(zuo)量。據有關典(dian)型🙇♀️試驗工程(cheng)的測算🌈資料(liào)，可節約安裝(zhuang)費用60%以上。
●節(jiē)省維護開銷(xiāo)
由于現場控(kong)制設備具有(yǒu)自診斷與簡(jiǎn)單故障處理(li)🥵的✍️能力，并通(tōng)過數字通訊(xun)将相關的診(zhěn)斷維護信息(xī)🌈送往控制室(shi)，用戶可🔱以查(chá)詢所有設備(bei)的運行，診斷(duàn)維護信息，以(yǐ)便早期分析(xi)故障原因并(bing)⭐快速排除。縮(suo)短了維護停(tíng)工時間，同時(shí)由于系統結(jie)構簡化，連線(xiàn)🌏簡單而減少(shao)了維護工作(zuò)量。
4、現場總線(xiàn)網絡結構
星(xing)型：每個站點(diǎn)都連接到中(zhōng)間節點。
環型(xíng)：站點連接成(cheng)一封閉環路(lù)。
總線型：所有(yǒu)站點共享一(yi)條傳輸鏈路(lu)。
樹型：總線結(jié)構的擴展形(xing)式。
5、發展趨勢(shì)
從現場總線(xian)技術本身來(lái)分析，它有兩(liang)個明顯的發(fa)展趨勢：
二是Industrial Ethernet走向(xiang)工業控制網(wang)絡
工業以太(tai)網的發展
統(tǒng)一、開放的TCP/IP Ethernet是(shì)20多年來發展(zhan)較爲成功的(de)網絡技術 ，過(guo)去一直認⭐爲(wei)，Ethernet是爲IT領域應(yīng)用而開發的(de)，它與工業網(wang)絡在實🙇♀️時性(xing)、環境适應性(xìng)、總線饋電等(děng)許多方面的(de)要求存在差(chà)距，在工業自(zì)動化領域隻(zhī)能得到有限(xiàn)應用。 随着FF HSE的(de)成功㊙️開發以(yǐ)及PROFInet的推廣應(yīng)用，可以預✉️見(jiàn)Ethernet技術将會十(shi)分迅速地進(jin)入工業控制(zhi)系統的各級(ji)網絡。
地球上(shang)形成的工業(ye)以太網技術(shù)的四大陣營(yíng)：
主要用于離(li)散制造控制(zhi)系統的是：
●Modbus-IDA工(gong)業以太網
●Ethernet/IP工(gōng)業以太網
●PROFInet工(gōng)業以太網
主(zhu)要用于過程(cheng)控制系統的(de)是：
●Foundation Fieldbus HSE工業以太(tai)網
6、總線控制(zhì)組成
現場總(zong)線控制系統(tǒng)由測量系統(tong)、控制系統、管(guan)理系統💔三個(ge)🏃🏻部分組成，而(ér)通信部分的(de)硬、軟件是它(tā)較爲有特色(se)的部分🔞。
●現場(chǎng)總線控制系(xi)統：
它的軟件(jiàn)是系統的重(zhòng)要組成部分(fen)，控制系統的(de)軟件有組态(tai)軟件、維護軟(ruǎn)件、仿真軟件(jian)、設備軟件和(he)監控軟件等(deng)。首先選擇開(kai)發組态軟件(jiàn)、控制操作人(ren)機接口軟件(jian)MMI。通過組态軟(ruan)件，完成🐆功能(néng)塊之間的連(lian)接，選定功能(neng)塊參數，進行(háng)網絡組㊙️态。在(zài)網絡運行過(guo)程👌中對系統(tǒng)實時采集數(shù)據、進行數據(ju)處理、計算。優(yōu)化🏒控制及邏(luo)輯控制報警(jǐng)、監視、顯示、報(bao)表等。
●現場總(zǒng)線的測量系(xì)統：
其特點爲(wei)多變量高性(xing)能的測量，使(shi)測量儀表具(jù)有計算能力(lì)等更多功能(néng)，由于采用數(shu)字信号，具有(yǒu)高分辨👅率，準(zhǔn)确性高、抗幹(gàn)擾、抗畸變能(neng)力強，同時還(hái)具有儀表🐇設(shè)備的狀态信(xìn)息，可以🛀🏻對處(chù)理過程進行(háng)調整。
可以(yi)提供設備自(zì)身及過程的(de)診斷信息、管(guǎn)理信息、設備(bèi)運行狀态信(xin)息（包括智能(néng)儀表）、廠商提(tí)供的設備制(zhi)造信息。例如(ru)Fisher—Rosemoune公司，推出AMS管(guan)理系統，它安(ān)裝在主計算(suàn)機内，由它完(wán)成管理功能(néng)，可以構成一(yī)個現場設備(bei)的綜合管理(li)系統信息庫(ku)，在此基礎上(shang)實現設備的(de)可靠性分析(xī)以及預測性(xing)維護。将被動(dòng)的管理模式(shì)改變爲可預(yù)測性的管理(li)維護模式AMS軟(ruǎn)件是以現場(chǎng)服務器爲平(píng)台的T型結構(gòu)，在現場服務(wù)器上支撐模(mó)塊化，功能豐(feng)富的應用軟(ruan)件爲用戶提(ti)供一個圖形(xíng)化界面。
●總線(xiàn)系統計算機(ji)服務模式：
以(yi)客戶機/服務(wu)器模式是目(mu)前較爲流行(háng)的網絡計算(suan)機服務模式(shi)。服務器表示(shì)數據源（提供(gong)者），應用客戶(hù)機則表示數(shù)據使用者，它(ta)從數據源獲(huo)取數據，并進(jin)一步進行處(chu)理。客房機運(yun)行在PC機或工(gōng)作站上。服務(wu)器運行在小(xiǎo)型機或大型(xing)機上，它使用(yong)雙方的智能(neng)、資源、數據來(lái)完成任務。
●數(shu)據庫：
它能有(you)組織的、動态(tai)的存儲大量(liang)有關數據與(yǔ)應用程序，實(shi)現數據的充(chong)分共享、交叉(cha)訪問，具有高(gāo)度獨立性。工(gong)業設備在運(yun)㊙️行過程中參(can)數連續變化(hua)，數據量大，操(cāo)作與控制的(de)實🤞時性要求(qiú)很高。因此就(jiù)形成了一個(ge)可以互訪操(cāo)作的分布關(guān)系及實時性(xìng)的數🥰據庫系(xì)統，市面上成(cheng)熟的供選用(yong)的如關系數(shu)據庫中的Orad，sybas，Informix，SQL Server；實(shi)時數💔據庫中(zhong)的Infoplus，PI，ONSPEC等。
●網絡系(xi)統的硬件與(yǔ)軟件：
網絡系(xì)統硬件有：系(xi)統管理主機(jī)、服務器、網關(guan)、協議變換器(qì)、集線器，用戶(hù)計算機等及(jí)底層智能化(huà)儀表。網絡系(xi)統軟件有網(wang)絡操作軟件(jian)如：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務器操(cao)作軟件如Lenix，os/2，Window NT。應(yīng)用軟件數據(ju)庫、通信協議(yi)、網絡管理協(xié)議等。[1]
7、主流現(xiàn)場總線簡介(jiè)
●基金會現場(chǎng)總線（FoundationFieldbus 簡稱FF）
基金會現(xian)場總線采用(yong)國标化組織(zhī)ISO的開放化系(xì)統互聯🙇🏻OSI的✔️簡(jian)化🆚模型（1，2，7層），即(jí)物理層、數據(ju)鏈路層、應用(yong)層，另外增加(jia)了用戶層。FF分(fen)低🐅速H1和高速(su)H2兩種通信速(sù)率，前者傳輸(shu)速率爲31.25Kbit/秒，通(tong)信距離可達(da)1900m，可💛支持總線(xiàn)供電和防爆(bao)環境。後者傳(chuan)輸速率爲1Mbit/秒(miǎo)和2.5Mbit/秒，通信距(jù)離㊙️爲750m和500m，支持(chí)雙絞線、光纜(lan)和無線發射(shè)，協⛱️議符号IEC1158-2标(biāo)準。FF的物理媒(mei)介🌈的傳輸信(xìn)号采用曼切(qiē)斯特編碼。
●CAN（ControllerAreaNetwork 控(kong)制器局域網(wǎng)）
早期由德國(guo)BOSCH公司推出，它(ta)廣泛用于離(li)散控制領域(yù)，其總線規範(fan)已被ISO國标組(zǔ)織制定爲國(guo)标，得到了Intel、Motorola、NEC等(deng)公司的支持(chi)。
CAN協議分爲二(èr)層：物理層和(he)數據鏈路層(ceng)。CAN的信号傳輸(shū)采用短幀🧑🏽🤝🧑🏻結(jie)構，傳輸時間(jian)短，具有自動(dòng)關閉功能，具(ju)❤️有較強的抗(kàng)幹擾能力。CAN支(zhi)持多主工作(zuò)方式，并采用(yòng)了非破壞性(xing)總線仲裁技(jì)術，通過設置(zhi)🈲優先級來避(bì)免沖突，通訊(xùn)距離可達10KM/5Kbps/s，通(tong)訊速率可達(da)40M /1Mbp/s，網絡節點數(shu)實際可達110個(gè)。目前已有多(duō)家公司開發(fā)了符合CAN協議(yì)的通信芯片(pian)。
●Lonworks
它由Echelon公司推(tuī)出，并由Motorola、Toshiba公司(si)共同倡導。
它(tā)采用ISO/OSI模型的(de)全部7層通訊(xun)協議，采用面(miàn)向對象的設(shè)計方⁉️法，通過(guo)網絡變量把(bǎ)網絡通信設(shè)計簡化爲參(can)數🌈設置🙇🏻。支持(chí)🤩雙絞線、同軸(zhóu)電纜、光纜和(hé)紅外線等多(duo)種通信介質(zhi)，通訊速率從(cong)300bit/s至1.5M/s不等，直接(jiē)通信距離可(kě)達2700m（78Kbit/s），被譽爲通(tong)用控制網絡(luo)。Lonworks技術采用的(de)LonTalk協議被封裝(zhuāng)到Neuron（神經元）的(de)芯片中，并🌐得(dé)以實現。采用(yong)Lonworks技術和神🐪經(jīng)元芯片的産(chǎn)🏒品，被廣泛應(ying)用在樓宇自(zi)動化🐇、家庭自(zì)動化、保🏃♀️安系(xi)統、辦公設備(bèi)、交通運輸、工(gong)業過程控✍️制(zhì)等行業。
DeviceNet是一(yī)種低成本的(de)通信連接也(yě)是一種簡單(dan)的網絡解決(jue)方案，有着開(kāi)放的網絡标(biao)準。DeviceNet具有的直(zhi)接互聯性不(bu)僅改良了設(shè)備間的通信(xin)而且提供了(le)相當重要的(de)設備級陣⛱️地(dì)功能。DebiceNet基于CAN技(jì)術，傳輸🐅率爲(wèi)125Kbit/s至500Kbit/s,每個網絡(luo)的節點爲64個(gè)，其💰通信模式(shì)爲：生産者/客(kè)戶（Producer/Consumer），采用💃多信(xin)道廣播信息(xi)發送方式。位(wèi)于DeviceNet網絡上的(de)設備可以自(zi)由連接或斷(duan)開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(she)備的💃安裝布(bu)🌈線成本也較(jiao)低。DeviceNet總🏃🏻♂️線的組(zu)織結構是Open DeviceNet Vendor Association（開(kāi)放式設備網(wang)絡供應商協(xie)會，簡稱“ODVA”）。
PROFIBUS是德(de)國标準（DIN19245）和歐(ou)洲标準（EN50170）的現(xian)場總線标準(zhun)。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成(cheng)㊙️。DP用于分散外(wài)設間高速數(shù)據傳輸，适用(yòng)于加工自動(dong)🙇🏻化領域。FMS适用(yong)于紡織、樓宇(yu)自動化、可編(bian)程控制器、低(di)壓開關等。PA用(yong)于過程自動(dòng)化的總📱線類(lei)型，服從IEC1158－2标準(zhǔn)。PROFIBUS支持🤩主-從系(xì)統、純主站系(xi)統、多主多從(cóng)混合系統等(děng)幾種傳輸方(fang)式。PROFIBUS的傳輸速(su)率爲9.6Kbit/s至12Mbit/s，傳輸(shū)距離在9.6Kbit/s下爲(wei)1200m，在12Mbit/s小爲200m，可采(cai)用中繼器延(yan)👣長至10km，傳輸介(jiè)質爲雙🙇♀️絞線(xian)或者光纜，可(ke)🌏挂接127個站點(dian)。
●HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，早(zao)期由Rosemount公司開(kāi)發。
●CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控制與(yǔ)通信鏈路系(xì)統）的縮寫，在(zai)2025年12月，由三菱(líng)電🔞機爲⭐主導(dǎo)的多家公司(si)推出，其增長(zhǎng)勢頭迅猛，在(zài)亞洲占有較(jiào)💜大份額。
在其(qi)系統中，可以(yi)将控制和信(xìn)息數據同是(shì)以10Mbit/s高速傳送(sòng)🤟至現場網絡(luo)，具有性能優(yōu)越、使用簡單(dan)、應用廣泛、節(jiē)🐪省成本等優(you)點。其不💘僅解(jiě)決了工業現(xian)場配線🤩複雜(zá)的問題，同時(shi)具有優異的(de)🌈抗噪性能和(hé)兼容性。CC-Link是一(yī)個以設備層(ceng)爲主的網絡(luo)，同時也可🚶♀️覆(fu)蓋較高層次(ci)的控制層和(he)較低層🈲次的(de)傳感層。
●WorldFIP
WorkdFIP的北(bei)美部分與ISP合(he)并爲FF以後，WorldFIP的(de)歐洲部分仍(réng)保持獨立⛷️，總(zong)㊙️部設🔆在法國(guo)。其在歐洲市(shi)場占有重要(yào)地位，特🍓别是(shi)在法國占有(you)率大約爲60%。WorldFIP的(de)特點是具有(you)單一的總線(xiàn)結構來适用(yòng)不同的應用(yòng)💜領域的需求(qiu)，而且沒有網(wang)關或♌網橋，用(yong)軟件的辦法(fǎ)😄來解決高速(su)和低速🈚的銜(xián)接。WorldFIP與FFHSE可🚩以實(shi)現“透明聯接(jiē)”，并對FF的😘H1進行(hang)了技術拓展(zhan)，如速率等。在(zai)與IEC61158的連接方(fāng)面，WorldFIP做得比較(jiào)好，走在世界(jiè)前列。
●INTERBUS
INTERBUS是德國(guó)Phoenix公司推出的(de)較早的現場(chang)總線，2025年12月成(chéng)爲國标IEC61158。
INTERBUS采用(yòng)國标化組織(zhi)ISO的開放化系(xi)統互聯OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層），即(jí)物理層♊、數據(jù)鏈路層、應用(yòng)層，具有強大(da)的可靠性、可(ke)🔞診斷性和⭐易(yì)維護性。其采(cai)用集總幀型(xíng)的數據環通(tong)信🆚，具有低速(sù)度、效🔅率高的(de)特點，并嚴格(gé)保證了🌈數據(jù)傳輸📞的同步(bù)性和周期性(xing)㊙️；該總線的㊙️實(shí)時性、抗幹擾(rǎo)性和可🏃🏻♂️維護(hu)性也非‼️常出(chu)色。INTERBUS廣泛💁地應(ying)用到汽車、煙(yān)草、倉儲、造🏒紙(zhǐ)、包裝、食品等(děng)工業，成爲現(xian)場🍓總線的領(lǐng)跑者。
