現場總線簡介

現場總線(Fieldbus)自產生以來，一直是自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網，各自動化廠商紛紛推出自己的現場總線產品，并在不同的領域和行業得到了越來越廣泛的應用，現在已處于穩定發展期。近幾年，無線傳感網絡與物聯網(IoT)技術也融入工業測控系統中。

按照國際電工委員會(IEC)對現場總線一詞的定義，現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備與控制裝置之間實行雙向串行及多節點數字通信的技術。它作為工業數據通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場級控制設備之間，及其與更高控制管理層之間的聯系。它不僅是一個基層網絡，而且還是一種開放式、新型全分布式控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機及數據通信為主要內容的綜合技術，已成為自動化技術發展的熱點，并將導致自動化系統結構與設備的深刻變革。

現場總線的產生

在過程控制領域中，從20世紀50年代至今一直都在使用著一種信號標準，那就是4~20mA的模擬信號標準。20世紀70年代，數字式計算機引入到測控系統中，而此時的計算機提供的是集中式控制處理。20世紀80年代微處理器在控制領域得到應用，微處理器被嵌入到各種儀器設備中，形成了分布式控制系統。在分布式控制系統中，各微處理器被指定運行一組特定任務，通信則由一個帶有附屬“網關”的專有網絡提供，網關的程序大部分是由用戶編寫的。

隨著微處理器的發展和廣泛應用，產生了以IC代替常規電子線路以微處理器為核心，實施信息采集顯示、處理、傳輸及優化控制等功能的智能設備。對于一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數字式智能化儀表產品，其本身具備了諸如自動量程轉換、自動調零、自校正及自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態報告及趨勢圖等功能。通信技術的發展，促使傳送數字化信息的網絡技術開始廣泛應用。與此同時，基于質量分析的維護管理、與安全相關系統的測試的記錄以及環境監視需求的增加，都要求儀表能在當地處理信息，并在必要時允許被管理和訪問，這些也使現場儀表與上級控制系統的通信量大增。另外，從實際應用的角度，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性及可移植性等方面提出新需求。由此，現場總線產生了。

現場總線就是用于現場智能化裝置與控制室自動化系統之間的一個標準化的數字式通信鏈路，可進行全數字化、雙向及多站總線式的信息數字通信，實現相互操作以及數據共享。現場總線的主要目的是用于控制、報警和事件報告等工作。現場總線通信協議的基本要求是響應速度和操作的可預測性的最優化。現場總線是一個低層次的網絡協議，在其之上還允許有上級的監控和管理網絡，負責文件傳送等工作。現場總線為引入智能現場儀表提供了一個開放平臺，基于現場總線的分布式控制系統(FCS)，將是繼DCS后的新一代控制系統。

現場總線標準的制定

數字技術的發展完全不同于模擬技術，數字技術標準的制訂往往早于產品的開發，標準決定著新興產業的健康發展。國際電工委員會/國際標準協會(IEC/ISA)自1984年起著手現場總線標準工作，但統一的標準至今仍未完成。

IEC TC65(負責工業測量和控制的第65標準化技術委員會)于1999年底通過的8種類型的現場總線作為IEC61158最早的國際標準。

最新的IEC61158Ed.4標準于2007年7月出版。

IEC 61158Ed.4由多個部分組成，主要包括以下內容IEC 61158-1總論與導則:

IEC 61158-2物理層服務定義與協議規范;

IEC 61158-300數據鏈路層服務定義;

IEC 61158-400數據鏈路層協議規范;

IEC 61158-500應用層服務定義；

IEC61158-600應用層協議規

范。

IEC61158Ed.4標準包括的現場總線類型如下!

Type 1IEC61158(FF的H1);

Type 2CIP現場總線:

Type 3PROFIBUS現場總線:

Type 4P-Net現場總線;

Type 5FFHSE現場總線；

Type 6SwiftNet被撤銷；

Type 7WorldFIP現場總線；

Type 8INTERBUS現場總線,

Type 9FFH1以太網;

Type 10PROFINET實時以太網;

Type 11TCnet實時以太網:

Type 12EtherCAT實時以太網:

Type 13EtherNetPowerlink實時以太網;

Type 14EPA實時以太網:

Type 15Modbus-RTPS實時以太網，

Type16SERCOSI、I現場總線；

Type 17VNET/IP實時以太網;

Type 18CC-Link現場總線

Type 19SERCOS I 現場總線:

Type 20HART現場總線。

每種總線都有其產生的背景和應用領域。總線是為了滿足自動化發展的需求而產生的，由于不同領域的自動化需求各有其特點，因此，在某個領域中產生的總線技術一般對這一特定領域的滿足度高一些，應用多一些，適用性也好一些。

工業以太網引入工業領域

現場總線打破了傳統控制系統的結構形式，采用數字信號替代模擬信號的傳輸，在一對雙絞線上可以掛接多個節點。但在傳輸速率等方面具有一定的局限性，比如運動控制場合需要微妙級的數據刷新周期，現場總線難以滿足其要求。工業以太網以其應用廣泛、通信速率高及成本低廉等優勢引入到工業控制領域，成為新的熱點。工業以太網使用率正在工業自動化和過程控制市場上迅速增長，幾乎所有遠程I/0接口技術的供應商均提供一個支持TCP/IP協議的以太網接，如Siemens、Rockwell、GE、Fanuc等，他們銷售各自的PLC產品，但同時提供與遠程I/0和基于P0的控制系統相連接的接口。