1、現場(chang)總線的定(dìng)義
現場總(zǒng)線是指以(yǐ)工廠内的(de)測量和控(kong)制機器間(jiān)的數字通(tong)訊爲主的(de)網絡。也就(jiu)是将傳感(gan)器、各種操(cāo)作終端和(he)控制器間(jian)的通訊及(ji)控制器之(zhi)間的通訊(xun)進行特化(hua)的網絡。原(yuan)來這些機(ji)器間的主(zhu)體配線是(shi)ON/OFF、接點信号(hào)和模拟信(xìn)号💔，通過通(tong)訊💃的數字(zì)化🏃♂️，使時間(jian)分割、多重(zhong)化、多點化(huà)成爲可能(néng)，從而實現(xiàn)高性能化(hua)、高可靠化(hua)、保養簡便(biàn)化、節省配(pèi)線♍（配線的(de)共享）。
簡單(dān)說，現場總(zǒng)線就是以(yi)數字通信(xìn)替代了傳(chuán)統4-20mA模拟信(xìn)号及普通(tōng)開關量信(xìn)号的傳輸(shū)。
2、現場總線(xiàn)的技術特(te)點
●系統的(de)開放性
開(kāi)放系統是(shi)指通信協(xié)議公開，各(ge)不同廠家(jia)的設備之(zhi)間可進行(háng)🌈互連并實(shi)現信息交(jiāo)換，現場總(zong)線開拓者(zhě)就是要緻(zhi)力🧡于建立(li)統一的工(gong)廠底層網(wang)絡的開放(fang)系統。這裏(li)的開放是(shi)指對相關(guān)标準的一(yī)緻、公開性(xìng)，強調對标(biāo)準的共識(shi)與遵從。一(yi)個開放系(xì)統，它可🔞以(yǐ)與任何遵(zūn)☔守相同标(biāo)準的其它(ta)設備或系(xì)統相連。一(yī)個具有總(zong)線功能的(de)現場總線(xian)網絡系統(tǒng)是開放⚽的(de)，開放系統(tong)把系統集(jí)成的權利(lì)交給了用(yòng)戶。用戶可(kě)按自己的(de)需要和對(duì)象把來自(zi)不同供㊙️應(ying)商的産品(pǐn)組成大小(xiao)随意的系(xì)👈統。
●互可操(cao)作性與互(hù)用性
●現場(chǎng)設備的智(zhi)能化與功(gong)能自治性(xing)
它将傳感(gǎn)測量、補償(chang)計算、工程(cheng)量處理與(yu)控制等功(gōng)能分散到(dao)現場設備(bèi)中完成，僅(jin)靠現場設(she)備即可完(wan)成自動控(kòng)❄️制的基本(běn)🧑🏾🤝🧑🏼功能，并可(kě)随時診斷(duàn)設備的運(yùn)行狀态。
●系(xi)統結構的(de)高度分散(san)性
由于現(xiàn)場設備本(ben)身已可完(wan)成自動控(kòng)制的基本(běn)功能，使得(de)🔅現場總線(xian)已構成一(yi)種新的全(quán)分布式控(kong)制🏃🏻♂️系統的(de)體系結構(gòu)。從根本上(shàng)改變了現(xiàn)有DCS集中與(yǔ)分散相結(jié)合的集散(sàn)控制系統(tong)體系，簡化(huà)了系統結(jié)構，提高了(le)可靠性。
●對(duì)現場環境(jìng)的适應性(xing)
工作在現(xiàn)場設備前(qián)端，作爲工(gong)廠網絡底(dǐ)層的現場(chǎng)總♉線，是專(zhuān)爲在現場(chang)環境工作(zuo)而設計的(de)，它可支持(chi)雙絞🐅線、同(tong)軸電🔞纜、光(guāng)纜、射頻、紅(hong)外線、電力(lì)線等，具有(you)較強的❄️抗(kang)幹擾能力(lì)，能采用兩(liǎng)線制實現(xian)送電與通(tong)✨信，并可滿(man)📧足本質防(fang)爆要求等(děng)。
●節省硬(yìng)件數量與(yǔ)投資
由于(yu)現場總線(xian)系統中分(fèn)散在設備(bèi)前端的智(zhi)能設備⭐能(neng)⚽直接執行(hang)多種傳感(gan)器、控制、報(bao)警和計算(suàn)功能，因而(ér)可減少變(biàn)送器🐅的數(shù)🔆量，不再需(xu)要單獨的(de)控制器、計(ji)算單元等(děng)，也不再需(xu)要DCS系🚩統的(de)信号調理(li)、轉換、隔離(lí)技術🙇♀️等功(gong)能單元及(ji)其複雜接(jiē)線，還💚可以(yi)用工⛱️控PC機(ji)作爲操🙇🏻作(zuò)站，從而節(jie)📧省了一大(dà)筆硬件投(tóu)資，由于控(kòng)制設備的(de)💜減少，還可(kě)減少⭐控制(zhì)室的占地(di)⭐面積。
現場總線(xian)系統的接(jiē)線十分簡(jiǎn)單，由于一(yi)對雙絞線(xian)或😄一條電(diàn)纜上通常(cháng)可挂接多(duo)個設備，因(yīn)而電纜、端(duān)子、槽❌盒、橋(qiáo)架的用量(liang)大大減少(shao)，連線設計(jì)與接頭校(xiào)💃對的工作(zuò)量也大大(da)減少。當需(xū)💃要增加現(xian)場控制設(she)備時，無需(xu)增設新的(de)電纜，可就(jiu)近連接在(zài)🈲原有的電(dian)纜上，既節(jie)省了投資(zi)，也減少了(le)設計、安裝(zhuang)的工作量(liang)。據有關典(diǎn)型試驗工(gong)程的測算(suàn)資料，可節(jiē)約安裝費(fei)⭕用60%以上。
●節(jie)省維護開(kāi)銷
由于現(xian)場控制設(she)備具有自(zì)診斷與簡(jian)單故障處(chù)理的能力(lì)，并通⛹🏻♀️過數(shù)字通訊将(jiāng)相關的診(zhen)斷維護信(xin)息送往控(kòng)制室，用戶(hu)可💋以查詢(xun)所有設備(bèi)的運行，診(zhěn)斷維護信(xin)息，以便早(zao)期分🈲析故(gu)障原因并(bing)快速排除(chú)。縮短了維(wei)護停工時(shi)間，同時由(yóu)于系統結(jié)構簡化，連(lián)線💃🏻簡單而(ér)減少了維(wéi)護工作量(liang)。
4、現場總線(xiàn)網絡結構(gou)
星型：每個(ge)站點都連(lián)接到中間(jian)節點。
樹型：總(zǒng)線結構的(de)擴展形式(shì)。
5、發展趨勢(shì)
一(yī)是尋求統(tong)一的現場(chang)總線标準(zhun)
工業(ye)以太網的(de)發展
統一(yi)、開放的TCP/IP Ethernet是(shì)20多年來發(fa)展較爲成(cheng)功的網絡(luo)技術 ，過去(qu)一✨直認爲(wèi)，Ethernet是爲IT領域(yù)應用而開(kai)發的，它與(yu)工業網絡(luo)在實時性(xing)、環境适應(ying)性、總線饋(kuì)電等許多(duō)方面的要(yao)求😍存在差(cha)㊙️距，在工💋業(yè)自動化領(ling)域隻能得(de)到有限應(yīng)用。 随着FF HSE的(de)成功開發(fā)以及🌈PROFInet的推(tuī)廣應用，可(kě)以預見Ethernet技(ji)術将會十(shí)分迅速地(di)進入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡。
地球上(shàng)形成的工(gong)業以太網(wang)技術的四(sì)大陣營：
主(zhǔ)要用于離(li)散制造控(kòng)制系統的(de)是：
●Modbus-IDA工業以(yi)太網
●Ethernet/IP工業(yè)以太網
主要用于(yu)過程控制(zhì)系統的是(shi)：
●Foundation Fieldbus HSE工業以太(tài)網
6、總線控(kòng)制組成
現(xiàn)場總線控(kong)制系統由(yóu)測量系統(tong)、控制系統(tǒng)、管理系♊統(tong)三🈲個部分(fèn)組成，而通(tōng)信部分的(de)硬、軟件是(shì)它較爲有(you)特色的部(bù)分。
●現場總(zong)線控制系(xì)統：
它的軟(ruǎn)件是系統(tǒng)的重要組(zu)成部分，控(kong)制系統的(de)軟件有組(zu)态📐軟件、維(wéi)護軟件、仿(pang)真軟件、設(shè)備軟件和(hé)監控軟✨件(jiàn)等。首先選(xuan)擇🥰開發💜組(zu)态軟件、控(kòng)制操作人(ren)機接口軟(ruǎn)件MMI。通過組(zu)态軟件，完(wan)成功能塊(kuai)之間的連(lian)接，選定功(gong)能塊參數(shu)，進行網絡(luo)組态。在網(wǎng)絡運行過(guò)程中對系(xi)統實時采(cǎi)集數據、進(jìn)行數據處(chu)理、計算。優(yōu)化控制及(ji)邏輯📞控制(zhi)報警、監視(shì)、顯示、報表(biao)等。
其特(tè)點爲多變(biàn)量高性能(neng)的測量，使(shi)測量儀表(biao)具有計算(suàn)能力等更(geng)多功能，由(yóu)于采用數(shù)字信号，具(jù)有高分辨(bian)🧡率，準确性(xing)💛高、抗幹擾(rǎo)、抗畸變能(neng)力強，同時(shi)還具有儀(yí)表🔴設備的(de)♌狀态信息(xī)，可以對處(chu)理💯過程進(jìn)行調❗整。
●設(shè)備管理系(xi)統：
可以提(ti)供設備自(zi)身及過程(cheng)的診斷信(xìn)息、管理信(xìn)息、設備運(yun)行狀态信(xin)息（包括智(zhi)能儀表）、廠(chang)商提供的(de)設備制造(zào)信息。例如(rú)Fisher—Rosemoune公司，推出(chu)AMS管理系統(tǒng)，它安裝在(zai)主計算機(ji)内，由它完(wan)成管理功(gōng)能，可以構(gòu)成一個現(xian)場設備的(de)綜合管理(li)系統信息(xī)庫，在此基(ji)礎上實現(xian)設備的可(ke)靠性分析(xī)以及預測(cè)性維護。将(jiāng)被動的管(guǎn)理模式改(gai)變爲可預(yu)測性的管(guan)理維護模(mó)式AMS軟件是(shì)以現場服(fu)務器爲平(ping)台的T型結(jié)構，在現場(chǎng)服務器上(shàng)支撐模塊(kuài)化，功能豐(fēng)富的應用(yòng)軟件爲用(yong)戶提供一(yī)個圖形化(hua)界面。
●總線(xian)系統計算(suàn)機服務模(mo)式：
以客戶(hu)機/服務器(qi)模式是目(mu)前較爲流(liú)行的網絡(luo)計算機服(fu)務模式。服(fú)務器表示(shi)數據源（提(tí)供者），應用(yong)客戶機則(zé)表示數據(jù)使用者，它(tā)從數據源(yuan)獲取數據(ju)，并進一步(bù)進行處理(li)。客房機運(yùn)行在PC機或(huò)工作站上(shàng)。服務器運(yun)行在小型(xing)機或大型(xing)機上，它使(shi)用雙方的(de)智能、資源(yuan)、數據來完(wan)成任務。
它能(neng)有組織的(de)、動态的存(cun)儲大量有(yǒu)關數據與(yu)應用程🌈序(xu)，實現🧡數⛷️據(ju)的充分共(gong)享、交叉訪(fǎng)問，具有高(gao)度獨立性(xìng)。工業設備(bei)👉在運行過(guò)程中參數(shu)連續變化(hua)，數據量大(dà)，操作與控(kong)制的實時(shi)性要求很(hen)高⭐。因此就(jiù)形成了一(yi)個可以互(hu)訪操作的(de)分布關系(xi)及實時性(xìng)的數🚶♀️據庫(kù)系統，市面(miàn)上成熟的(de)供選用的(de)如關系數(shù)據庫中的(de)Orad，sybas，Informix，SQL Server；實時數據(jù)庫中的Infoplus，PI，ONSPEC等(děng)。
●網絡系統(tǒng)的硬件與(yu)軟件：
網絡(luo)系統硬件(jian)有：系統管(guan)理主機、服(fú)務器、網關(guan)、協議變換(huan)器、集線器(qì)，用戶計算(suan)機等及底(di)層智能化(huà)儀表。網絡(luò)系統軟件(jian)有網絡操(cao)作軟件如(rú)：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務器操(cāo)作軟件如(rú)Lenix，os/2，Window NT。應用軟件(jiàn)數據庫、通(tōng)信協議、網(wǎng)絡管理協(xie)議等。[1]
7、主流(liú)現場總線(xiàn)簡介
●基金(jīn)會現場總(zǒng)線（FoundationFieldbus 簡稱FF）
以(yi)Fisher-Rousemount公司爲首(shou)的聯合了(le)橫河、ABB、西門(mén)子、英維斯(sī)等80家公👉司(sī)制定的ISP協(xie)議和以Honeywell公(gong)司爲首的(de)聯合歐洲(zhou)等地150餘家(jia)公司制定(ding)的WorldFIP協議于(yu)1994年🧑🏾🤝🧑🏼9月合并(bing)的。該總線(xiàn)在過程自(zì)動化♈領域(yu)得到了廣(guang)泛的應用(yong)，具有良好(hǎo)的發展前(qián)景。
基金會(hui)現場總線(xian)采用國标(biao)化組織ISO的(de)開放化系(xì)統互聯OSI的(de)㊙️簡化模型(xing)（1，2，7層），即物理(li)層、數據鏈(lian)路層、應用(yong)層🌈，另外🌈增(zēng)加了用🌏戶(hu)層。FF分低💋速(sù)H1和高速H2兩(liang)種通信速(su)率，前者傳(chuán)輸速率爲(wèi)31.25Kbit/秒，通🤞信距(ju)離可達1900m，可(kě)支持總線(xiàn)供電和防(fáng)爆環境。後(hòu)者傳輸速(sù)率🈲爲1Mbit/秒和(hé)2.5Mbit/秒，通信距(ju)離爲750m和500m，支(zhi)持雙絞線(xian)、光纜和無(wu)線發射，協(xie)📞議符号IEC1158-2标(biāo)準。FF的物理(lǐ)媒介的🏃🏻♂️傳(chuan)輸信号采(cǎi)用曼切斯(si)特編碼。
早期由(you)德國BOSCH公司(si)推出，它廣(guǎng)泛用于離(li)散控制領(ling)域，其總線(xian)規範已被(bèi)ISO國标組織(zhi)制定爲國(guo)标，得到了(le)Intel、Motorola、NEC等公司⛱️的(de)支持。
●Lonworks
它(tā)由Echelon公司推(tuī)出，并由Motorola、Toshiba公(gōng)司共同倡(chang)導。
它采用(yòng)ISO/OSI模型的全(quán)部7層通訊(xun)協議，采用(yòng)面向對象(xiàng)的🈲設計方(fang)法，通🔞過網(wang)絡變量把(ba)網絡通信(xin)設計簡化(hua)爲參數設(she)置。支持雙(shuang)絞線、同軸(zhóu)電纜、光纜(lan)和紅外線(xiàn)等多種通(tōng)🌈信介質，通(tōng)訊速⛹🏻♀️率從(cong)300bit/s至1.5M/s不等，直(zhí)接通信距(jù)離可達2700m（78Kbit/s），被(bei)譽❗爲通用(yong)控制網絡(luo)。Lonworks技術采用(yòng)的LonTalk協議被(bèi)封❗裝到Neuron（神(shen)經元）的芯(xin)片中，并得(de)以實現。采(cǎi)用Lonworks技術和(hé)神經元芯(xīn)片的❗産品(pin)，被廣泛應(ying)用在樓宇(yǔ)自動化、家(jiā)庭自動化(huà)、保安系統(tǒng)、辦公設🌂備(bei)、交通運輸(shū)、工業過程(cheng)控制㊙️等行(hang)業。
●DeviceNet
DeviceNet是一種(zhong)低成本的(de)通信連接(jiē)也是一種(zhong)簡單的網(wang)絡解🏃♂️決❤️方(fang)案，有着開(kai)放的網絡(luo)标準。DeviceNet具有(yǒu)的直接互(hù)聯性不僅(jǐn)改良了設(she)備間的✌️通(tōng)信而且提(ti)供了相當(dang)重要的設(she)備級陣⭐地(dì)功能。DebiceNet基于(yú)CAN技術，傳輸(shu)率爲125Kbit/s至500Kbit/s,每(mei)個網絡的(de)節點爲64個(ge)，其通信模(mó)式爲：生産(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采(cai)用多信道(dào)廣播🔴信息(xī)發送方式(shi)。位于DeviceNet網絡(luo)上的設備(bèi)可🧑🏽🤝🧑🏻以自由(yóu)連接或斷(duàn)開，不影響(xiang)網上的其(qí)他設備，而(ér)且其設備(bei)的安裝布(bù)線成本也(yě)較低。DeviceNet總線(xiàn)的組織結(jié)構是Open DeviceNet Vendor Association（開放(fang)式設備網(wǎng)絡🔞供應商(shāng)協會，簡稱(chēng)“ODVA”）。
●PROFIBUS
PROFIBUS是德國标(biāo)準（DIN19245）和歐洲(zhōu)标準（EN50170）的現(xiàn)場總線标(biao)準。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列(liè)㊙️組成。DP用于(yú)分散外設(shè)間高速數(shu)據傳輸，适(shi)用于加工(gōng)自動化領(ling)域。FMS适用于(yu)紡織、樓宇(yu)自動化、可(ke)編程控制(zhi)器、低壓開(kāi)關等。PA用于(yu)過程自動(dòng)化的總線(xian)類型，服從(cóng)IEC1158－2标準。PROFIBUS支持(chi)主-從系統(tong)、純主站系(xi)統、多主多(duō)從混合系(xi)😍統等幾種(zhǒng)傳輸方式(shì)。PROFIBUS的傳💘輸速(su)率爲9.6Kbit/s至12Mbit/s，傳(chuan)輸距離在(zai)☂️9.6Kbit/s下爲1200m，在12Mbit/s小(xiao)爲200m，可采用(yong)中繼器延(yán)長至10km，傳輸(shū)介質爲雙(shuang)絞線或者(zhě)光纜，可挂(gua)接127個站點(dian)。
●HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫(xie)，早期由Rosemount公(gōng)司開發。
其(qi)特點是在(zài)現有模拟(nǐ)信号傳輸(shū)線上實現(xian)數字信号(hao)通信，屬于(yu)模拟系統(tong)向數字系(xi)統轉變的(de)過渡産品(pin)。其通信模(mó)型采用物(wù)理🌈層、數據(ju)鏈路層和(he)應用層三(san)層，支持點(diǎn)對點主從(cóng)應答方式(shi)和多點廣(guang)播方式。由(you)于它采用(yong)模拟數字(zì)信号混和(hé)，難以開⭕發(fā)通用的通(tong)信接口芯(xin)片。HART能利用(yòng)總線供電(dian)，可滿足防(fáng)爆的要求(qiu)，并可用于(yu)🐉由手持編(biān)程器與管(guan)理系統主(zhu)機作爲主(zhu)設備的雙(shuang)主設備系(xi)統。
●CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控制(zhi)與通信鏈(liàn)路系統）的(de)縮寫，在2025年(nian)12月，由三菱(ling)電機💃🏻爲主(zhu)導的多家(jiā)公司推出(chū)，其增長勢(shì)頭迅猛，在(zài)亞🌈洲占有(you)較大份🈲額(é)。
在其系統(tong)中，可以将(jiāng)控制和信(xin)息數據同(tóng)是以10Mbit/s高速(sù)傳送👅至現(xian)場網絡，具(ju)有性能優(yōu)越、使用簡(jian)單、應用廣(guǎng)泛、節省成(cheng)💃🏻本等😄優點(diǎn)。其不僅解(jie)決了工業(ye)現場配線(xian)🌂複雜的問(wèn)題，同時具(jù)有🈚優異的(de)抗噪性☔能(neng)和兼容性(xìng)。CC-Link是一個以(yǐ)👄設備層爲(wei)⚽主的網絡(luo)，同時也可(kě)覆蓋較高(gāo)層次的控(kong)制層和較(jiao)低層‼️次的(de)傳感層。
●WorldFIP
WorkdFIP的(de)北美部分(fen)與ISP合并爲(wèi)FF以後，WorldFIP的歐(ou)洲部分仍(reng)保持獨立(lì)，總部設😄在(zài)法國。其在(zai)歐洲市場(chǎng)占有重要(yao)地位，特别(bié)是在法國(guó)占有率❄️大(dà)約爲60%。WorldFIP的特(tè)點是具有(you)單一的總(zǒng)線結構來(lái)适用不同(tong)的應用領(ling)域的需求(qiú)，而且沒有(yǒu)網關或網(wang)橋，用軟件(jian)的辦法🏃♂️來(lai)解決高速(sù)和低速🧑🏾🤝🧑🏼的(de)銜接。WorldFIP與FFHSE可(ke)以實現“透(tou)明聯接”，并(bìng)對FF的☂️H1進行(hang)了技術拓(tuò)展，如速率(lü)等。在與IEC61158的(de)連接方面(mian)，WorldFIP做得比較(jiao)好☔，走在世(shi)界前列。
●INTERBUS
INTERBUS是(shi)德國Phoenix公司(sī)推出的較(jiào)早的現場(chǎng)總線，2025年12月(yuè)成爲國标(biāo)🈲IEC61158。
INTERBUS采用國标(biao)化組織ISO的(de)開放化系(xì)統互聯OSI的(de)簡化模型(xing)（1，2，7層🔅），即物理(lǐ)層🔞、數據鏈(lian)路層、應用(yòng)層，具有強(qiáng)大的可靠(kào)性、可診斷(duàn)性和易維(wei)護性。其采(cai)用集總幀(zhen)型的數據(jù)環通信，具(ju)有低速度(du)、效率高的(de)特點，并嚴(yán)格保證了(le)數據傳輸(shū)🔆的同步性(xìng)和周期性(xing)；該總線的(de)實時性、抗(kàng)幹擾性和(he)可✔️維護性(xìng)也非常出(chu)色。INTERBUS廣泛地(dì)應用到汽(qi)⚽車、煙草、倉(cāng)儲、造紙、包(bāo)裝、食品等(deng)工業，成爲(wèi)現場總線(xiàn)🈲的領跑者(zhě)。
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