現場總線簡(jian)介

1、現場總線的(de)定義

現場總(zong)線是指以工(gong)廠内的測量(liàng)和控制機器(qì)間的👄數字通(tong)訊爲主的網(wang)絡。也就是将(jiāng)傳感器、各種(zhǒng)操作🥰終端和(hé)控制器間的(de)通訊及控制(zhì)器之間的通(tōng)訊進行特化(huà)的網絡。原來(lai)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(shi)間分割、多重(zhong)化、多⭐點化成(cheng)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(pèi)線的共享）。

簡(jiǎn)單說，現場總(zong)線就是以數(shu)字通信替代(dai)了傳統4-20mA模拟(nǐ)⚽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(fàng)系統是指通(tong)信協議公開(kai)，各不同廠家(jiā)的設備之間(jian)🈚可進行互連(lián)并實現信息(xī)交換，現場總(zǒng)線開拓者就(jiù)是要緻力于(yu)建立統一的(de)工廠底層網(wang)絡的開‼️放系(xi)統。這裏的👨‍❤️‍👨開(kāi)放是指對相(xiàng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻關标準🛀🏻的一(yī)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(xiàng)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(tong)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(yao)和🈲對象把來(lai)自不同✊供應(yīng)商的産品組(zǔ)成大小随意(yì)的系統。

●互可(kě)操作性與互(hu)用性

　　這裏的(de)互可操作性(xìng)，是指實現互(hù)連設備間、系(xi)統間的信息(xi)傳送與溝通(tong)，可實行點對(duì)點，一點對多(duo)點的數字通(tong)信。而互用性(xìng)則意味着不(bu)同生産廠家(jiā)的性能類似(si)的設備可進(jin)行互換而實(shí)現互用。

●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(liang)處理與控制(zhì)等功能分㊙️散(sàn)到現場設備(bèi)中完成，僅靠(kao)現場設備即(ji)可完成自動(dong)控制的基本(běn)🤞功能，并可随(suí)時診斷設備(bèi)的運行狀态(tai)。

●系統結構的(de)高度分散性(xing)

　　由于現場設(shè)備本身已可(kě)完成自動控(kòng)制的基本功(gōng)能🐅，使得現🔱場(chang)✏️總線已構成(cheng)一種新的全(quán)分布式控制(zhi)系統的體系(xì)結構。從根本(běn)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(huà)了系統結構(gou)👨‍❤️‍👨，提高了可靠(kao)性。

●對現場環(huan)境的适應性(xing)

工作在現場(chǎng)設備前端，作(zuò)爲工廠網絡(luo)底層的現場(chǎng)總線，是🔴專爲(wèi)在現場環境(jing)工作而設計(ji)的，它可支持(chi)雙絞線、同🐪軸(zhóu)電纜、光纜、射(she)頻、紅外線、電(dian)力線等，具有(you)較強的✉️抗幹(gan)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(you)點

●節省硬件(jian)數量與投資(zī)

　　由于現場總(zǒng)線系統中分(fen)散在設備前(qián)端的智能設(shè)備能直接執(zhi)行多種傳感(gan)器、控制、報警(jing)和計算功能(neng)，因而可減少(shao)變送器☂️的數(shu)量，不再需要(yao)單獨的控制(zhì)器、計算⭕單元(yuan)等，也不再需(xū)要DCS系統的信(xìn)号調理、轉換(huàn)、隔離技術等(děng)功能單元及(jí)其複🌈雜接線(xiàn)，還可以用工(gong)控PC機作爲操(cao)作站，從而節(jie)省了一大筆(bi)硬件投資，由(yóu)于控制設備(bèi)的減少，還可(ke)減少控制室(shì)的占地面積(ji)。

●節省安裝費(fei)用

　　現場總線(xiàn)系統的接線(xiàn)十分簡單，由(yóu)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(lǎn)、端子、槽🤟盒、橋(qiao)架的用量大(da)大減少，連線(xiàn)設計與接頭(tou)校對的工作(zuo)量也大大減(jian)👨‍❤️‍👨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(ye)減少了設計(jì)、安裝的工作(zuo)量💃。據有關典(dian)型試驗工程(chéng)的測算資料(liào)，可節約安裝(zhuang)費用60%以上。

●節(jie)省維護開銷(xiāo)

由于現場控(kong)制設備具有(you)自診斷與簡(jian)單故障處理(li)💯的能力，并通(tong)過數字通訊(xùn)将相關的診(zhěn)斷維護信息(xī)送往控制室(shi)，用戶可以查(cha)詢所有設備(bèi)的運行，診斷(duàn)維護信息，以(yi)便早期分析(xī)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(jié)構💋簡化，連線(xian)簡單而減少(shǎo)了維護工作(zuò)量。

4、現場總線(xian)網絡結構

星(xīng)型：每個站點(diǎn)都連接到中(zhong)間節點。

環型(xing)：站點連接成(chéng)一封閉環路(lu)。

總線型：所有(yǒu)站點共享一(yi)條傳輸鏈路(lù)。

樹型：總線結(jie)構的擴展形(xing)式。

5、發展趨勢(shì)

從現場總線(xiàn)技術本身來(lai)分析，它有兩(liang)個明顯的發(fā)展趨勢：

　　一是(shi)尋求統一的(de)現場總線标(biao)準

　　二是Industrial Ethernet走向(xiàng)工業控制網(wǎng)絡

工業以太(tài)網的發展

　　統(tong)一、開放的TCP/IP Ethernet是(shi)20多年來發展(zhǎn)較爲成功的(de)網絡技術 ，過(guò)去一直認爲(wei)，Ethernet是爲IT領域應(ying)用而開發的(de)，它與工業網(wǎng)絡🐉在實時性(xìng)⛱️、環境适應性(xing)、總線饋電等(deng)許多方面的(de)要求存在差(cha)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(yi)及🍓PROFInet的推廣應(yīng)🚩用，可以預見(jiàn)Ethernet技術将會十(shí)分迅速地進(jin)入工業控制(zhi)系統的各級(jí)網絡。

地球上(shàng)形成的工業(yè)以太網技術(shù)的四大陣營(ying)：

　　主要用于離(li)散制造控制(zhi)系統的是：

　　●Modbus-IDA工(gōng)業以太網

　　●Ethernet/IP工(gōng)業以太網

　　●PROFInet工(gong)業以太網

　　主(zhǔ)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(zhi)組成

現場總(zong)線控制系統(tong)由測量系統(tǒng)、控制系統、管(guǎn)理系統三個(ge)📐部分組成，而(er)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(xì)統：

　　它的軟件(jiàn)是系統的重(zhong)要組成部分(fen)，控制系統的(de)軟件🔞有♈組态(tai)軟件、維護軟(ruan)件、仿真軟件(jiàn)、設備軟件和(he)監控軟件等(děng)。首先🔱選擇開(kāi)發🈚組态軟件(jian)、控制操作人(rén)機接口軟件(jian)MMI。通過組态軟(ruan)件，完成功能(neng)塊🆚之間的連(lian)接，選定功能(neng)塊參數，進行(hang)網絡組❓态。在(zai)網絡🌂運行過(guò)程🚶‍♀️中對系統(tong)實時采集數(shù)據、進行數據(ju)處理、計算。優(you)化💃🏻控制及邏(luó)輯控制報警(jing)、監視、顯示、報(bào)表等。

　　●現場總(zǒng)線的測量系(xi)統：

　　其特點爲(wèi)多變量高性(xìng)能的測量，使(shi)測量儀表具(ju)有計算能力(lì)❗等更多功能(neng)，由于采用數(shu)字信号，具有(you)高分辨🛀率，準(zhun)确性👣高、抗幹(gan)擾、抗畸變能(néng)力強，同時還(hái)具有儀表設(she)備的狀态信(xìn)息，可以對處(chu)理過程進行(háng)調整。

　　●設備管(guǎn)理系統：

　　可以(yǐ)提供設備自(zi)身及過程的(de)診斷信息、管(guǎn)理信息、設備(bei)運行狀态信(xìn)息（包括智能(néng)儀表）、廠商提(ti)供的設備制(zhì)造信息。例如(ru)Fisher—Rosemoune公司，推出AMS管(guǎn)理系統，它安(ān)裝在主計算(suàn)機内，由它完(wan)成管理功能(néng)，可以構成一(yī)個現場設備(bèi)的綜合管理(li)系統信息庫(kù)，在此基礎上(shang)實現設備的(de)可靠性分析(xī)以及預測性(xìng)維護。将被動(dong)的管理模式(shì)改變爲可預(yu)測性的管理(li)維護模式AMS軟(ruǎn)件是以現場(chang)服務器爲平(píng)台的T型結構(gou)，在現場服務(wu)器上支撐模(mó)塊化，功能豐(fēng)富的應用軟(ruan)件爲用戶提(tí)供一個圖形(xing)化界面。

　　●總線(xian)系統計算機(jī)服務模式：

　　以(yi)客戶機/服務(wù)器模式是目(mu)前較爲流行(hang)的網絡計算(suan)機服務模式(shì)。服務器表示(shi)數據源（提供(gong)者），應用客戶(hu)機則表示數(shu)據使用者，它(ta)從數據源獲(huò)取數據，并進(jin)一步進行處(chù)理。客房機運(yùn)行在PC機或工(gong)作站上。服務(wù)器運行在小(xiao)型機或大型(xíng)機上，它使用(yòng)雙方的智能(néng)、資源、數據來(lái)完成任務。

　　●數(shu)據庫：

　　它能有(yǒu)組織的、動态(tài)的存儲大量(liang)有關數據與(yu)應用程🚶序，實(shí)💯現數據的充(chōng)分共享、交叉(chā)訪問，具有高(gao)度獨立性。工(gōng)業設備在運(yùn)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(jiu)形成了一個(ge)可以互訪操(cao)作的分布關(guan)系及實時性(xìng)的數🈲據庫系(xi)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(xì)統的硬件與(yu)軟件：

　　網絡系(xì)統硬件有：系(xì)統管理主機(jī)、服務器、網關(guan)、協議變換器(qì)、集線器，用戶(hu)計算機等及(jí)底層智能化(hua)儀表。網絡系(xì)統軟件有網(wang)絡操作軟件(jiàn)如：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務器操(cāo)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(xie)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）

　　以(yi)Fisher-Rousemount公司爲首的(de)聯合了橫河(he)、ABB、西門子、英維(wéi)斯等80家公🌈司(si)制定的✉️ISP協議(yi)和以Honeywell公司爲(wèi)首的聯合歐(ou)洲等地150餘💞家(jiā)公司制❓定的(de)WorldFIP協議于2025年12月(yue)合并的。該總(zǒng)線在過程自(zi)動化領域得(de)到了廣泛的(de)應🔅用，具有🥰良(liang)好的發展前(qian)景。

基金會現(xiàn)場總線采用(yòng)國标化組織(zhi)ISO的開放化系(xi)統互聯OSI的簡(jian)化模型（1，2，7層），即(ji)物理層、數據(jù)鏈路層、應用(yòng)層，另外增加(jiā)了用👄戶層。FF分(fèn)低💜速H1和高速(su)H2兩種通信速(su)率👨‍❤️‍👨，前者傳輸(shu)速率爲31.25Kbit/秒，通(tong)👉信距離可達(dá)1900m，可支持總線(xian)供電和防爆(bào)環境。後者傳(chuán)輸速率爲1Mbit/秒(miao)和2.5Mbit/秒，通信距(ju)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(méi)介的傳輸信(xin)号采用🤟曼切(qie)斯特編碼。

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

早期由德國(guó)BOSCH公司推出，它(tā)廣泛用于離(lí)散控制領域(yu)，其🧑🏾‍🤝‍🧑🏼總線規範(fan)已被ISO國标組(zu)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(céng)。CAN的信号傳輸(shū)采用短幀結(jie)構，傳輸時間(jian)短，具有自動(dong)關閉功能，具(ju)📞有較👨‍❤️‍👨強的抗(kàng)幹擾能♌力。CAN支(zhī)持多主工作(zuò)方式，并采用(yòng)了非破壞性(xing)總線仲裁技(ji)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(tōng)訊速率可達(da)40M /1Mbp/s，網絡節點數(shù)實際可達110個(ge)。目前已有多(duo)家公司開發(fa)了符合CAN協議(yì)的通信芯片(piàn)。

　　●Lonworks

它由Echelon公司推(tui)出，并由Motorola、Toshiba公司(si)共同倡導。

它(ta)采用ISO/OSI模型的(de)全部7層通訊(xun)協議，采用面(mian)向對象的設(she)計方法，通過(guo)網絡變量把(bǎ)網絡通信設(she)計簡化爲參(cān)數設置。支持(chi)雙絞🏃‍♀️線、同軸(zhou)電纜、光纜和(hé)紅外線等多(duō)種通信介質(zhì)，通訊速率從(cóng)300bit/s至1.5M/s不等，直接(jie)通信距離可(ke)達2700m（78Kbit/s），被譽爲通(tōng)用控制網絡(luò)。Lonworks技❓術采用的(de)LonTalk協議被封裝(zhuang)到Neuron（神經元）的(de)芯片中，并得(de)以實現。采用(yong)Lonworks技術和神☂️經(jing)元芯片的産(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自(zì)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(zhi)🐇等行業。

　　●DeviceNet

　　DeviceNet是一(yī)種低成本的(de)通信連接也(ye)是一種簡單(dān)的網絡♌解決(jué)🍓方❗案，有🍉着開(kai)放的網絡标(biao)準。DeviceNet具有的直(zhí)接互聯♋性不(bu)僅改良了設(she)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(ge)，其通信模式(shì)爲：生産者/客(kè)戶（Producer/Consumer），采用多信(xìn)道廣播信息(xi)發送方式。位(wei)于DeviceNet網絡上的(de)設備可以自(zi)由連接⭐或斷(duàn)開，不影響網(wǎng)👨‍❤️‍👨上的其他設(she)備，而且其設(she)備的安裝布(bù)線成本也較(jiao)低。DeviceNet總線的組(zu)織結構是Open DeviceNet Vendor Association（開(kai)放式設備網(wang)絡供應商協(xié)會，簡稱🌏“ODVA”）。

　　●PROFIBUS

　　PROFIBUS是德(de)國标準（DIN19245）和歐(ōu)洲标準（EN50170）的現(xian)場總線标準(zhun)。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組㊙️成(chéng)。DP用于⭐分散外(wai)設間高速數(shu)據傳輸，适用(yòng)于加工自動(dong)化領域。FMS适用(yòng)于紡織、樓宇(yu)自動化、可編(biān)程控制👣器、低(dī)壓開關等🔴。PA用(yòng)于過程自動(dòng)🏃化的總線類(lei)型，服從IEC1158－2标準(zhun)。PROFIBUS支持主-從系(xì)統、純主站系(xi)統、多主多從(cong)混合系統等(děng)幾種傳🙇🏻輸方(fāng)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(cǎi)用中繼器延(yán)長至10km，傳輸介(jiè)質爲雙絞線(xiàn)或者光纜，可(kě)挂接127個站點(diǎn)。

　　●HART

HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，早(zǎo)期由Rosemount公司開(kai)發。

其特點是(shì)在現有模拟(nǐ)信号傳輸線(xian)上實現數字(zì)信💋号通信🐅，屬(shu)于模拟系統(tǒng)向數字系統(tǒng)轉變的過渡(du)産品。其通信(xin)模型采用物(wu)理⭐層、數據鏈(liàn)路層和應用(yòng)層三層，支持(chi)點對點主從(cóng)應答方式和(hé)多點廣播方(fang)式。由于它采(cai)用模拟數字(zì)信号混和，難(nán)以開發通用(yong)的通信接口(kou)芯片。HART能利用(yong)總🐇線供電，可(ke)滿❌足防爆的(de)要求，并可用(yòng)于由🐕手持編(bian)程器與管理(li)系統主機作(zuò)爲主設備的(de)雙主設備系(xi)統👅。

　　●CC-Link

CC-Link是Control&Communication Link（控制與(yǔ)通信鏈路系(xì)統）的縮寫，在(zài)2025年12月，由三菱(ling)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(yǐ)将控制和信(xìn)息數據同是(shì)以10Mbit/s高速傳送(song)🐪至現場網絡(luo)，具有性能優(yōu)越、使用簡單(dān)、應用廣泛、節(jie)省成👌本等優(yōu)點。其不🆚僅解(jiě)決了工業現(xiàn)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(luò)❌，同時也可覆(fu)蓋較高層次(cì)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(hé)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(guó)。其在歐洲市(shi)場占有重要(yao)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(yong)不同的應用(yòng)領域的需求(qiu)，而且沒有網(wang)關或網橋，用(yòng)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(shí)現“透明聯接(jie)”，并對FF的H1進行(hang)了技術😘拓展(zhǎn)，如速率等。在(zai)與IEC61158的連接方(fang)⛱️面，WorldFIP做得比較(jiào)好，走在世界(jiè)前列☂️。

　　●INTERBUS

INTERBUS是德國(guo)Phoenix公司推出的(de)較早的現場(chǎng)總線，2025年12月成(chéng)爲國❌标🔞IEC61158。

INTERBUS采用(yong)國标化組織(zhī)ISO的開放化系(xi)統互聯OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層），即(ji)🔞物🈲理層、數據(jù)鏈路層、應用(yong)層，具有強大(dà)的可靠性、可(kě)🛀診斷性和易(yi)維護性。其采(cǎi)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(ge)保證了數據(jù)傳輸的同步(bù)性和周期性(xing)；該總線的實(shi)時性、抗幹擾(rǎo)性和可維護(hù)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(ling)跑者。