一、导言
现场总线在操控范畴锋芒毕露不过是最近几年，然而其来势凶涌，且有愈演愈烈之趋势。那么，终究什么是现场总线？什 么是现场总线操控体系？现场总线操控体系较之现在在工控界仍占主导位置的集散操控体系（DCS）有何特征和长处？在现场总 线规范没有一致之前，能选用吗？若欲选用，40多种现场总线，应选用哪一种？
本文将环绕以上问题打开论说，从操控体系的开展进程视点讨论现场总线的成因；论述现场总线的概念、体系结构和特征给呈现场总线的开展现状；提出面临现场总线百家争鸣的现状应采纳的对策；结合详细实例阐明现场总线开发运用办法。
二、现场总线的发生
纵观操控体系的开展史，不难发现，每一代新的操控体系推出都是针对老一代操控体系存在的缺点而给出的处理方案，终究在用户需求和商场竞争两大外因的推进下占领商场的主导位置，现场总线和现场总线操控体系的发生也不破例。
1、模仿外表操控体系
模仿外表操控体系于六七十年代占主导位置。其明显缺点是：模仿信号精度低，易受搅扰。
2、会集式数字操控体系
会集式数字操控体系于七八十年代占主导位置。选用单片机、PLC、SLC或微机作为操控器，操控器内部传输的是数字信 号，因而克服了模仿外表操控体系中模仿信号精度低的缺点，提高了体系的抗搅扰才能。会集式数字操控体系的长处是易于依据大局状况进行操控核算和判别，在操控办法、操控机时的挑选上能够一致调度和组织；缺乏的是，对操控器自身要求很高，有必要具有满足的处理才能和极高的牢靠性，当体系使命添加时，操控器的功率和牢靠性将急剧下降。
3、集散操控体系（DCS）
集散操控体系（DCS）于八、九十年代占主导位置。其间心思维是会集办理、涣散操控，即办理与操控相别离，上位机用于会集监督办理功用，若干台下位机下放涣散到现场完结分布式操控，各上下位机之间用操控网络互连以完结相互之间的信息传递。因而，这种分布式的操控体系体系结构有力地克服了会集式数字操控体系中对操控器处理才能和牢靠性要求高的缺点。在集散操控体系中，分布式操控思维的完结正是得益于网络技能的开展和运用，惋惜的是，不同的DCS厂家为到达独占运营 的意图而对其操控通讯网络选用各自专用的关闭办法，不同厂家的DCS体系之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以完结网络互连和信息同享，因而集散操控体系从该视点而言实质是一种关闭专用的、不具可互操作性的分布式操控体系且DCS造价贵重。在这种状况下，用户对网络操控体系提出了敞开化和下降本钱的迫切要求。
4、现场总线操控体系（FCS）
FCS正是适应以上潮流而诞生，它用现场总线这一敞开的，具有可互操作的网络将现场各操控器及外表设备互连，构成现场总线操控体系，一起操控功用彻底下放到现场，下降了设备本钱和保护费用。因而，FCS实质是 一种敞开的、具可互操作性的、彻底涣散的分布式操控体系，有望成为21世纪操控体系的主流产品。
三、现场总线及现场总线操控体系
1、现场总线的概念
现场总线是将自动化最底层的现场操控器和现场智能外表设备互连的实时操控通讯网络，遵从ISO的OSI敞开体系互连参阅模型的悉数或部分通讯协议。FCS则是用敞开的现场总线操控通讯网络将自动化最底层的现场操控器和现场智能外表设备互连的实时网络操控体系
2、现场总线与局域网的差异
（1）按功用比较，现场总线衔接自动化最底层的现场操控器和现场智能外表设备，网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、状况信息、操控信息等，传输速率低，但实时性高。简而言之，现场总线是一种实时操控网络。局域网用于衔接局域区域的各台核算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文本、声响、图画等，传输速率高，但不 要求实时性。从这个含义而言，局域网是一种高速信息网络。
（2）按完结办法比较现场总线可选用各种通讯介质，如双绞线、电力线、光纤、无线、红外线等，完本钱钱低。局域网需 要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，完本钱钱高。
3、现场总线操控体系体系结构
如图1所示，最底层的Infranet操控网即FCS，各操控器节点下放涣散到现场，构成一种彻底 的分布式操控体系结构，网络拓扑结构恣意，可为总线形、星形、环形等，通讯介质不受约束，可用双绞线、电力线、无线、红外线等各种办法。FCS构成的Infranet操控网很简单与Intranet企业界部网和Internet全球信息网互连，构成一个完好的企业 网络三级体系结构。
4、现场总线操控体系的特征
（1）敞开性和可互操作性
敞开性意味FCS将打破DCS大型厂家的独占，给中小企业开展带来了平等竞争的机会。可互操作性完结操控产品的“即插即用”功用，然后运用户对不同厂家工控产品有更多的挑选地步。
（2）彻底的涣散性
彻底的涣散性意味着体系具有较高的牢靠性和灵活性，体系很简单进行重组和扩建，且易于保护。
（3）低本钱
衡量一套操控体系的整体本钱，不只考虑其造价，并且应该调查体系从设备调试到运转保护整个生命周期内总投入。相对DCS而言，FCS敞开的体系结构和OEM技能将大大缩短开发周期，下降开发本钱，且彻底涣散的分布式结构将1对1模仿信号传输方 式变为1对N的数字信号传输办法，节省了模仿信号传输进程中许多的A/D、D/A转化设备、布线设备本钱和保护费用。因而从整体上来看，FCS的本钱大大低于DCS的本钱。
能够说，敞开性、涣散化和低本钱是现场总线最明显的三大特征，它的呈现将使传统的自动操控体系发生划年代的革新，这场革新的深度和广度将超越历史上任何一次革新，必将创始自动操控的新纪元。
四、现场总线的开展现状
现场总线开展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。现在已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、P-Net、FIP、ISP等，其间最具影响力的有5种，分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks（功用对照见表1）
1、FF（Foundation Fieldbus现场基金会总线）由美国仪器协会（ISA）1994推出，代表公司有Honeywell和Fisher-Rosemount，首要运用于石油化工、接连工业进程操控中的外表。FF的特征是其通讯协议在ISO的OSI物理层、数据链路
层和运用层3层之上附加了用户层，经过方针字典OD（Object Dictionary）和设备描述言语DDL（Device Description Language）完结可互操作性。现在依据FF的现场总线产品有，美国Smar公司出产的压力温度变送器，Honeyweill&Rockweill 推出的ProcessLogix体系，Fisher-Rosemount推出的PlantWeb。
2、Profibus（Process Fieldbus）德国西门子公司1987年推出，首要运用于PLC。产品有三类：FMS用于主站之间的通讯；DP用于制作职业从站之间的通讯；PA用于进程职业从站之间的通讯。因为Profibus开发出产的现场总线产品开发时刻早至 十年前，限于其时核算机网络水平，大多建立在IT网络规范基础上，跟着运用范畴不断扩大和用户要求越来越高，现场总线的 产品只能在原有IT协议结构上进行部分的修正和弥补，致使在操控体系内添加了许多的转化单元（如各种耦合器），这为该产 品往后的进一步开展带来了必定的局限性。
3、HART（Highway Addressable Remote Tranducer可寻址长途传感器数据通路）美国Rosemount公司1989年推出，首要应 用于智能变送器。HART为一过渡性规范，它经过在4-20mA电源信号线上叠加不同频率的正弦波（2200HZ表“0”，1200HZ表“1”）来传送数字信号，然后确保了数字体系和传统模仿体系的兼容性，估计其生命周期为最近20年。
4、CAN（Controller Area Network操控局域网络）德国Bosch 6公司1993年推出，运用于轿车监控、开关量操控、制作业 等。介质拜访办法为非破坏性位裁定办法，适用于实时性要求很高的小型网络，且开发工具廉价。Motorala、Intel、Philips 均出产独立的CAN芯片和带有CAN接口的80C51芯片。CAN型总线产品有AB公司的DeviceNet、台湾研华的ADAM数据收集产品等。
5、LonWorks（LON Local Operating System部分操作体系）美国Echelon公司1991年推出，首要运用于楼宇自动化、工业 自动化和电力职业等。LonTalk的悉数7层协议，介质拜访办法为P-P CSMA（猜测P-坚持载波监听多路复用），选用网络逻辑地 址寻址办法，优先权机制确保了通讯的实时性，安全机制选用证明办法，因而能构建大型网络操控体系。Echelon公司推出的Neuron神经元芯片实质为网络型微操控器，该芯片强壮的网络通讯处理功用配以面向方针的网络通讯办法，大大下降了开发人 员在结构运用网络通讯方面所需花费的时刻和费用，而可将精力会集在所拿手的运用层进行操控战略的编制，因而业界许多专家以为LonWorks总线是一种很有期望的现场总线。依据LonWorks的总线产品有美国Action公司的Flexnet&Flexlink等。
五、咱们的对策
1、要不要搞FCS在国外正蓬勃开展，我国工控界应怎么迎候自控范畴这场革新的到来呢？这个问题可从剖析我国工控业的开展进程和现状中找到答案。我国民族工控产品如PLC、DCS长时间落后于国外，底子原因是国外少量几家大公司为确保其独占运营的位置对其工控产品选用关闭式结构，我国对其要害中心技能只要经过引入消化后方可把握，因而贻误了商场机会而总是落后于人家，受制于人。现场总线技能的敞开性战略无疑为我国工控界在世界商场上的开展带来了一个千载一时的平等竞争机会，当游戏规则的变更使咱们站在同一起跑线上时，就看谁争先恐后，抢先占领商场，把握自动权，终究领导商场。因而，咱们应当紧紧抓住这一关键，首先推出有我国特征的现场总线产品，创始我国自己的世界工控产品的名牌，然后翻开我国工控界开展的新篇章。
2、搞哪种FCS ?已然确认搞FCS，面临品种繁复的现场总线，应该搞哪种呢？剖析现场总线多样性发生的原因，有助于理清这一思维。形成现场总线多样性的局势，一是因为职业习气，如Profibus一向运用于PLC职业，FF运用于外表职业；二是因为利益冲突，各工控厂商都不乐意抛弃自己的规范而损失已占用的商场份额。清楚明了，现场总线规范彻底一致尚为时过早。鉴于此，关于我国工控界的开展，主张采纳以下战略：
（1）短期方针依据详细针对的职业特征，如楼宇自动化、进程自动化等，挑选这一范畴有较好成绩的一种（或两种）现场总线，加以研讨开发，一方面抢先推出自己有特征的产品，占领商场，发生运用价值和社会效益；另一方面在于要点把握现场总线的实质和精华，以不变应万变，如果选用的总线没能成为终究规范总线，因为各总线之间实质的相通性，因而也能很快转产到终究的规范总线。
（2）长时间方针把握各总线的精华后，取长补短，拟定我国自己的现场总线规范，复兴我国民族工控业。
六、开发实例
针对楼宇自动化职业，鉴于LonWorks现场总线在该范畴中杰出的成绩，咱们开发研制出一种依据LonWorks通用网络型智能操控器节点产品和可视图形化操控组态渠道——Visual Control Configuration 。该套产品特征在于现在国外大多数LonWorks产品开发商仍停留在集成Echelon公司供给的Neuron C 编程环境阶段，欲运用Neuron C 编制高效的操控运用程序，不只需求了解这种高档指令言语自身，并且有必要对Neuron1芯片的内部硬件结构、存储器的地址空间分配等各个技能环节有深化的了解和把握，这对终究用户和现场技能人员来说显然是不现实的要求，可视图形化操控组态渠道Visual Control Configuration很好地处理了这一问题，相似流程图的图形化表明办法，操控组态言语依照世界电工委员会IEC1131-3规范，将操控程序变为工程技能人员所构思的操控战略的图形化映象，而图元间的衔接联系则表明操控算法的数据流程，有经历的现场 操控技能人员无须专门培训即可在短期内完结操控战略的编制，便利高效。现在，咱们已在工程项目中运用该操控组态软件渠道Visual Control Configuration 和LonWorks 通用网络智能操控器的节点，成功开发了南宁交通银行的收支操控体系。
七、结束语
现场总线的年代即将来临，让咱们以热心和自动的姿势迎候这场世纪之交的机会和应战。
