現場總線簡(jiǎn)介

1、現場總(zǒng)線的定義

現場總(zǒng)線是指以工廠内(nei)的測量和控制機(jī)器間的數字通訊(xun)爲主的網絡。也就(jiù)是将傳感器、各種(zhǒng)操作🐅終端和控制(zhì)器間的🌈通訊及控(kong)制器之間的通訊(xun)進行特化🔞的網絡(luò)。原來這些機器間(jiān)的主體配線是ON/OFF、接(jie)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻點信号和模拟信(xin)号，通過通訊的數(shu)字化，使時間分割(gē)、多重化、多點化成(chéng)爲可能，從而實現(xian)👈高性能化、高可靠(kào)化、保養簡便化、節(jie)省配線🏃🏻（配線的共(gong)享）。

簡單說，現場總(zǒng)線就是以數字通(tong)信替代了傳統4-20mA模(mo)拟信号及普通開(kai)關量信号的傳輸(shu)。

2、現場總線的技術(shù)特點

●系統的開放(fàng)性

　　開放系統是指(zhǐ)通信協議公開，各(ge)不同廠家的設備(bèi)之間可進行互連(lian)并實現信息交換(huan)，現場總線開拓❤️者(zhě)就是要緻力于建(jian)🧡立統一的工廠底(di)層網絡的開🌈放系(xi)統💜。這裏的開放是(shi)💋指對相關标準的(de)一緻、公開性，強調(diào)對标準的共💁識與(yǔ)遵從。一個開放系(xì)統，它可🙇‍♀️以與任何(he)遵守相同标準的(de)其它設備或系統(tǒng)相連。一個具有總(zong)線🈲功能的現場總(zong)線網絡系統是開(kāi)放🚩的，開放系♊統把(ba)系統集成的權利(li)交給了用戶。用戶(hu)可按自己的需要(yao)和👌對象把來自不(bu)同供應商的産品(pǐn)組成大小随意的(de)系統。

●互可操作性(xing)與互用性

　　這裏的(de)互可操作性，是指(zhi)實現互連設備間(jian)、系統間👣的🌈信息傳(chuan)送📐與溝通，可實行(háng)點對點，一點對多(duō)點的數字通信。而(er)互用性💰則意味着(zhe)不同生産廠家的(de)性🐉能類似🏃的設備(bèi)可進行互換而實(shí)現互用。

●現場設備(bèi)的智能化與功能(neng)自治性

　　它将傳感(gǎn)測量、補償計算、工(gōng)程量處理與控制(zhi)等功能分散到現(xian)場設備中完成，僅(jin)靠現場設備即可(kě)完🚶成自📞動控制的(de)基本功能，并可随(sui)時診斷設備的運(yun)行狀态。

●系統結構(gou)的高度分散性

　　由(you)于現場設備本身(shēn)已可完成自動控(kòng)制的基本功能，使(shǐ)得現場總線已構(gòu)成一種新的全分(fen)布式控制系統的(de)體系結構。從根本(ben)上改變了現有DCS集(ji)中與分散相結合(he)的集散控制系統(tong)體系，簡化了系統(tong)結構，提高了可靠(kào)性。

●對現場環境的(de)适應性

工作在現(xian)場設備前端，作爲(wèi)工廠網絡底層的(de)現場㊙️總線，是專爲(wèi)☀️在現場環境工作(zuo)而設計的，它可支(zhi)持雙絞線、同軸電(dian)👈纜、光纜、射🏃‍♂️頻、紅外(wài)線、電力線等，具有(yǒu)較強的抗幹擾能(neng)力，能采用兩線制(zhi)實現送電與通信(xìn)，并可滿㊙️足本質防(fáng)爆要求等。

3、現場總(zong)線的技術優點

●節(jiē)省硬件數量與投(tou)資

　　由于現場總線(xiàn)系統中分散在設(she)備前端的智能設(she)備♋能直接執行多(duo)種傳感器、控制、報(bao)警和計算功能，因(yīn)而可減少變送器(qì)的數量，不再需要(yào)單獨的控制器、計(jì)算單元等，也不再(zài)需要DCS系統的信号(hào)調理、轉換、隔離技(jì)術等功能單元及(jí)其複雜接線，還可(ke)以用工💛控PC機作爲(wèi)操作站，從而節省(shěng)了一大筆㊙️硬件投(tou)資，由于控制設備(bèi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的減少，還可減少(shǎo)控制室的占地面(mian)積。

●節省安裝費用(yong)

　　現場總線系統的(de)接線十分簡單，由(yóu)于一對雙絞線👨‍❤️‍👨或(huò)一條電😍纜上通常(cháng)可挂接多個設備(bei)，因而電纜、端子、槽(cáo)🈲盒、橋架的用量大(dà)大♈減少，連線設計(jì)與接頭校對的工(gong)作量也大大減少(shǎo)。當需✔️要增加現場(chang)控制設備時，無需(xu)💔增設新的🔴電纜，可(kě)就近連接在💋原有(you)的電纜上，既節省(shěng)🚩了投資，也減少了(le)設計、安裝的工作(zuò)量🌈。據有關典型試(shi)驗工程的測算資(zi)料，可節約安裝費(fèi)用60%以上。

●節省維護(hu)開銷

由于現場控(kòng)制設備具有自診(zhen)斷與簡單故障處(chù)理的能力，并♋通過(guò)數字通訊将相關(guan)的診斷維護信息(xi)送往控制室，用戶(hu)可以查詢所有設(shè)備的運行，診斷維(wei)護信息，以便早期(qi)分析故障原因并(bing)快速排除。縮短了(le)維護🔞停工時間，同(tóng)時由于系統結構(gou)簡化，連線簡單而(ér)減少了維護工作(zuò)量。

4、現場總線網絡(luò)結構

星型：每個站(zhàn)點都連接到中間(jiān)節點。

環型：站點連(lián)接成一封閉環路(lu)。

總線型：所有站點(dian)共享一條傳輸鏈(liàn)路。

樹型：總線結構(gòu)的擴展形式。

5、發展(zhǎn)趨勢

從現場總線(xian)技術本身來分析(xi)，它有兩個明顯的(de)發💃🏻展❗趨勢：

　　一是尋(xun)求統一的現場總(zong)線标準

　　二是Industrial Ethernet走向(xiang)工業控制網絡

工(gōng)業以太網的發展(zhǎn)

　　統一、開放的TCP/IP Ethernet是20多(duō)年來發展較爲成(cheng)功的網絡技術☎️ ，過(guò)去一直認爲，Ethernet是爲(wèi)IT領域應用而開發(fa)的，它與工業網絡(luò)在實♻️時性、環境适(shi)應性、總線饋電等(deng)許多方面🐅的要求(qiu)存在差📐距，在工業(yè)自動化領域隻能(néng)得到有🐇限應用。 随(sui)🥰着FF HSE的成功開發以(yǐ)及PROFInet的推廣應用，可(kě)以預♍見Ethernet技術将會(hui)♍十分迅速地進入(rù)工業控制系統的(de)各🈲級網絡。

地球上(shang)形成的工業以太(tài)網技術的四大陣(zhèn)營：

　　主要用于離散(san)制造控制系統的(de)是：

　　●Modbus-IDA工業以太網

　　●Ethernet/IP工(gong)業以太網

　　●PROFInet工業以(yǐ)太網

　　主要用于過(guò)程控制系統的是(shi)：

　　●Foundation Fieldbus HSE工業以太網

6、總線(xiàn)控制組成

現場總(zǒng)線控制系統由測(cè)量系統、控制系統(tǒng)、管理系統三個部(bu)分組成，而通信部(bù)分的硬、軟件是它(tā)較爲有特色的部(bù)分。

　　●現場總線控制(zhì)系統：

　　它的軟件是(shi)系統的重要組成(cheng)部分，控制系統的(de)軟件有組态🛀軟件(jian)、維護軟件、仿真軟(ruǎn)件、設備軟件和監(jian)控軟件等。首先選(xuan)擇🈲開發組态軟件(jiàn)、控制操作人機接(jie)口軟件MMI。通過組态(tai)軟件，完成🎯功能塊(kuai)之間的連接，選定(ding)功能塊參數，進行(hang)網絡組态。在網絡(luo)運行過程中對系(xi)統實時采集數據(ju)、進行數據處理、計(jì)算。優化🧑🏾‍🤝‍🧑🏼控制及邏(luo)輯控制報警、監視(shi)、顯示、報表等。

　　●現場(chǎng)總線的測量系統(tǒng)：

　　其特點爲多變量(liàng)高性能的測量，使(shi)測量儀表具有計(jì)算能力等更多功(gōng)能，由于采用數字(zi)信号，具有高分辨(biàn)率，準确性高、抗幹(gan)擾🌐、抗畸變能力強(qiang)，同時還具🏒有儀表(biao)設備的狀态信息(xī)，可以對處理🚶‍♀️過程(chéng)進行調整。

　　●設備管(guǎn)理系統：

　　可以提供(gong)設備自身及過程(cheng)的診斷信息、管理(lǐ)信息、設備運行狀(zhuàng)态信息（包括智能(néng)儀表）、廠商提供的(de)設備制造信息。例(li)如Fisher—Rosemoune公司，推出AMS管理(lǐ)系統，它安裝在主(zhu)計算機内，由它完(wan)成管理功能，可以(yi)構成一個現場設(she)備的綜合管理系(xi)統信息庫，在此基(jī)礎上實現設備的(de)可靠性分析以及(jí)預測性維護。将被(bèi)動的管理模式改(gai)變爲可預測性的(de)管理維護模式AMS軟(ruan)件是以現場服務(wu)器爲平台的T型結(jié)構，在現場服務器(qi)上支撐模塊化，功(gōng)能豐富的應用軟(ruan)件爲用戶提供一(yi)個圖形化界面。

　　●總(zong)線系統計算機服(fu)務模式：

　　以客戶機(jī)/服務器模式是目(mù)前較爲流行的網(wang)絡計算機服務模(mo)式。服務器表示數(shù)據源（提供者），應用(yong)客戶機則表示數(shù)據使用者，它從數(shù)據源獲取數據，并(bing)進一步進行處理(li)。客房機運行在PC機(jī)或工作站上。服務(wu)器運行在小型機(ji)或大型機上，它使(shǐ)用雙方的智能、資(zī)源、數據來完成任(rèn)務。

　　●數據庫：

　　它能有(you)組織的、動态的存(cún)儲大量有關數據(jù)與應用程序，實現(xian)數據的充分共享(xiang)、交叉訪問，具有高(gao)度獨立性。工業設(she)備在運行過程中(zhōng)參數連續變化，數(shu)據❓量大，操作與控(kòng)制的實時性要🌐求(qiu)很高。因此就形成(chéng)了一個可以互訪(fang)操作的分布關系(xi)及實時性的數據(jù)庫系統，市面上成(chéng)熟的㊙️供選用的如(ru)關系數據庫中的(de)Orad，sybas，Informix，SQL Server；實時數據庫中的(de)Infoplus，PI，ONSPEC等。

　　●網絡系統的硬(ying)件與軟件：

　　網絡系(xì)統硬件有：系統管(guǎn)理主機、服務器、網(wǎng)關、協議變換器、集(jí)線器，用戶計算機(jī)等及底層智能化(hua)儀表。網絡系統軟(ruan)件有網絡操作軟(ruan)件如：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務器操作(zuò)軟件如Lenix，os/2，Window NT。應用軟件(jian)數據庫、通信協議(yì)、網絡管理協議等(deng)。[1]

7、主流現場總線簡(jiǎn)介

●基金會現場總(zong)線（FoundationFieldbus 簡稱FF）

　　以Fisher-Rousemount公司爲(wèi)首的聯合了橫河(hé)、ABB、西門子、英維斯等(děng)80家公司制定的ISP協(xié)㊙️議和以Honeywell公司爲首(shou)的聯合歐洲等地(dì)150餘家公司制定的(de)WorldFIP協議于2025年12月合并(bìng)的。該總線在過程(chéng)自動化領域得到(dào)了廣泛的應用，具(jù)有良好的發展前(qian)景。

基金會現場總(zǒng)線采用國标化組(zu)織ISO的開放化系統(tong)互🔅聯OSI的簡化模型(xing)（1，2，7層），即物理層、數據(jù)鏈路層、應用層，另(lìng)外增加了用戶層(ceng)。FF分低速H1和高速H2兩(liǎng)種通信速率，前者(zhě)傳🔴輸速率爲31.25Kbit/秒，通(tong)信距離可達1900m，可支(zhi)持總線供電和防(fáng)爆環境。後者傳輸(shū)速率🥵爲1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通(tong)信距離爲750m和500m，支持(chí)雙絞線、光纜和無(wu)線發射，協議符号(hào)IEC1158-2标準。FF的物理媒介(jiè)🚶的傳輸信号采用(yòng)曼切斯特編碼。

　　●CAN（ControllerAreaNetwork 控(kòng)制器局域網）

早期(qi)由德國BOSCH公司推出(chū)，它廣泛用于離散(sàn)控制領域，其總線(xian)規範已被ISO國标組(zǔ)織制定爲國标，得(de)到了Intel、Motorola、NEC等公司的支(zhi)持。

CAN協議分爲二層(céng)：物理層和數據鏈(lian)路層。CAN的信号傳輸(shū)采用短幀結構，傳(chuan)輸時間短，具有自(zi)動關閉功能，具有(yǒu)較強的抗幹擾能(néng)力。CAN支持多主工作(zuo)方式，并采用了非(fēi)破壞性總🤩線仲裁(cai)技術，通過設置優(you)先級來避免沖突(tu)，通訊距離可達10KM/5Kbps/s，通(tōng)訊速率可達40M /1Mbp/s，網絡(luò)節點數☁️實際可達(dá)110個。目前已有多家(jiā)公司開發🚶‍♀️了符合(he)CAN協議💛的通信芯片(pian)。

　　●Lonworks

它由Echelon公司推出，并(bing)由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。

它采用ISO/OSI模型的全(quan)部7層通訊協議，采(cǎi)用面向對象的✂️設(shè)計方法，通過網絡(luo)變量把網絡通信(xin)設計簡化爲參數(shù)🛀🏻設置。支持💯雙絞線(xian)、同🚩軸電纜、光纜和(he)紅外線等🈚多種通(tōng)信介質✔️，通訊速率(lü)從300bit/s至1.5M/s不等，直🏃接通(tōng)信距離可達2700m（78Kbit/s），被譽(yù)爲通用控👨‍❤️‍👨制網絡(luo)。Lonworks技術采用的LonTalk協議(yi)被封裝到Neuron（神經元(yuán)）的芯片中，并得以(yǐ)實現。采🔴用Lonworks技術和(he)神經元芯片的産(chǎn)品，被廣泛應用在(zai)樓宇自動化✨、家庭(tíng)自動化、保安系統(tǒng)、辦公設備、交通運(yùn)輸、工業過程控制(zhì)等行業。

　　●DeviceNet

　　DeviceNet是一種低(di)成本的通信連接(jiē)也是一種簡單的(de)網絡解決方案，有(yǒu)⛹🏻‍♀️着開放的網絡标(biāo)準。DeviceNet具有的直接互(hu)聯♋性不僅改🐆良了(le)設備間的通信而(ér)且提供了相當重(zhòng)要的設備級陣地(di)功能。DebiceNet基于CAN技術，傳(chuan)輸💃率爲125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wang)絡的節點爲64個，其(qí)通信模式爲：生産(chan)者⭐/客戶（Producer/Consumer），采用多信(xin)道廣播信息發送(song)方式。位于DeviceNet網絡🙇‍♀️上(shàng)的設備可🈲以自由(you)連接🎯或斷開，不影(yǐng)響網上的其他設(she)備📱，而且其設備的(de)安裝布線成本也(yě)較低。DeviceNet總線的組織(zhī)結構是Open DeviceNet Vendor Association（開放式設(she)備網絡供應商協(xie)會，簡稱“ODVA”）。

　　●PROFIBUS

　　PROFIBUS是德國标(biāo)準（DIN19245）和歐洲标準（EN50170）的(de)現場總線标準。由(you)PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組🤩成。DP用于🌈分(fèn)散外設間高速數(shu)據傳輸，适用于加(jiā)工自動化領✏️域。FMS适(shi)用于紡織、樓宇自(zì)動化、可編程控制(zhi)器、低壓開關等。PA用(yòng)于過❄️程自動化的(de)總線類型，服從✉️IEC1158－2标(biao)準。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統、多主(zhǔ)多從混合系統等(deng)幾種傳輸方式。PROFIBUS的(de)傳🔴輸速率爲9.6Kbit/s至12Mbit/s，傳(chuán)輸距離在9.6Kbit/s下爲1200m，在(zài)12Mbit/s小爲200m，可采用中繼(jì)器延長至10km，傳輸介(jiè)質爲雙絞線或者(zhě)光纜，可😘挂接127個站(zhan)點。

　　●HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，早期(qi)由Rosemount公司開發。

其特(te)點是在現有模拟(nǐ)信号傳輸線上實(shí)現數字信号通信(xìn)，屬于模拟系統向(xiang)數字系統轉變的(de)過渡産品。其通信(xìn)模型🚩采用物理層(ceng)、數據鏈路層和應(ying)用層三層，支持點(dian)對點主從應答方(fāng)式和多點廣播方(fāng)式。由于它采用模(mo)拟數字信号混和(he)，難以開發通用的(de)通信接口芯片。HART能(néng)利用總線供電，可(kě)滿足防爆的要求(qiú)，并可用于由手持(chi)編程器與管理系(xì)統主機🈲作爲主設(shè)備的雙主設備系(xi)統。

　　●CC-Link

CC-Link是Control&Communication Link（控制與通信(xìn)鏈路系統）的縮寫(xie)，在2025年12月，由三菱電(diàn)機爲主導🔞的多家(jia)公司推出，其增長(zhang)勢頭迅猛，在亞洲(zhou)占有較大份額。

在(zài)其系統中，可以将(jiāng)控制和信息數據(ju)同是以10Mbit/s高速傳送(sòng)🍓至現場網絡，具有(yǒu)性能優越、使用簡(jian)單、應用廣泛、節省(sheng)成本等優點。其不(bu)僅解決了工業現(xiàn)場配線🌈複雜的問(wèn)題，同時具有優異(yì)的抗噪性🆚能和兼(jiān)容性。CC-Link是一個以設(shè)備層爲主的網絡(luo)，同時也可覆蓋較(jiao)高層次的控制層(céng)和較低層次的傳(chuán)感層。

　　●WorldFIP

　　WorkdFIP的北美部分(fen)與ISP合并爲FF以後，WorldFIP的(de)歐洲部分仍保持(chi)獨立，總部設在♻️法(fǎ)國。其在歐洲市場(chǎng)占有重要地位，特(tè)别是在法國占有(yǒu)率大約爲60%。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總(zong)線結♉構來适用不(bu)同的應用領域的(de)需求，而且沒有網(wǎng)關或網橋，用軟件(jian)的辦法來解決高(gāo)速和低速的銜接(jie)。WorldFIP與FFHSE可以實現“透明(míng)聯接”，并對FF的H1進行(háng)了技術🔆拓展，如速(sù)率等。在與IEC61158的連接(jiē)方面，WorldFIP做得比較好(hao)，走在世界前列。

　　●INTERBUS

INTERBUS是(shi)德國Phoenix公司推出的(de)較早的現場總線(xian)，2025年12月成爲國🎯标IEC61158。

INTERBUS采(cǎi)用國标化組織ISO的(de)開放化系統互聯(lian)OSI的簡化模型（1，2，7層），即(ji)物理層🌈、數據鏈路(lu)層、應用層，具有強(qiang)大的可靠性、可診(zhen)斷性和易維護性(xing)🤞。其采用集總幀型(xing)的數據環通信，具(jù)有低速度、效率高(gāo)的特點，并嚴格保(bǎo)證了數據傳輸的(de)同步性和周期性(xing)；該總線的實時性(xing)、抗🚩幹擾性和可維(wei)護性也非常出色(sè)。INTERBUS廣泛地應用到汽(qi)車、煙草、倉儲、造紙(zhi)、包裝、食品等✉️工業(yè)，成爲現場🤞總線的(de)領跑者😍。