1.导言
七十年代曾经，操控体系中选用模仿量对传输及操控信号进行转化、传递，其精度差、受搅扰信号影响大，因此整个操控体系的操控作用及体系稳定性都很差。七十年代末，跟着大规模集成电路的呈现，微处理器技能得到很大开展。微处理器功用强、体积小、牢靠性高、经过恰当的接口电路用于操控体系，操控作用得到进步；可是尽管如此，仍是归于会集式操控体系。跟着进程操控技能、自动化外表技能和计算机网络技能的老练和开展，操控范畴又发生了一次技能革新。这次革新使传统的操控体系（如集散操控体系）不管在结构上仍是在功用上都发生了巨大的腾跃，这次革新的根底便是现场总线技能的发生。
现场总线是衔接现场智能设备和自动化操控设备的双向串行、数字式、多节点通讯网络，它也被称为现场底层设备操控网络（INFRANET）。80年代以来，各种现场总线技能开端呈现，人们要求对传统的模仿外表和操控体系革新的呼声也越来越高，然后使现场总线成为一次世界性的技能革新浪潮。美国外表协会(ISA)于1984年开端拟定现场总线规范，在欧洲有德国的PROFIBUS和法国的FIP等，各种现场总线规范连续构成。其间首要的有：基金会现场总线FF（Foundation Fieldbus）、操控局域网络CAN（Controller Area Network）、部分操作网络LonWorks（Local Operating Network）、进程现场总线PROFIBUS（Process Field Bus）和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)等。可是不论如何，拟定单一的敞开世界现场总线规范是开展的必定。
2.现场总线技能及其特色
现场总线是当今自动化范畴技能开展的热门之一，被誉为自动化范畴的计算机局域网。现有的大都现场设备，为进步其功用价格比，在完结其内部操作时都选用了微处理器和数字化元件，于是就提出了有必要在这些范畴的数字设备之间完结数字通讯的要求。
现场总线是衔接智能现场设备和自动化体系的全数字、双向、多站的通讯体系。首要处理工业现场的智能化仪器外表、操控器、履行机构等现场设备间的数字通讯以及这些现场操控设备和高档操控体系之间的信息传递问题。它归纳了数字通讯技能、计算机技能、自动操控技能、网络技能和智能外表等多种技能手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模仿信号或数字一模仿信号操控的局限性，构成一种全涣散、全数字化、智能、双向、互连的通讯与操控体系。现场总线则是衔接智能现场设备和自动化体系的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，其根底是智能外表。涣散在各个工业现场的智能外表经过数字现场总线连为一体，并与操控室中的操控器和监督器一同一同构成现场总线操控体系FSC。经过遵照必定的世界规范，能够将不同厂商的现场总线产品集成在同一套FCS中，具有交换性和互操作性。FCS把传统DCS的操控功用进一步下放到现场智能外表，由现场智能外表完结数据收集、数据处理、操控运算和数据输出等功用。现场外表的数据（包含收集的数据和确诊数据）经过现场总线传到操控室的操控设备上，操控室的操控设备用来监督各个现场外表的运转状况，保存各智能外表上传的数据，一同完结少数现场外表无法完结的高档操控功用。别的，FCS还可经过网关和企业的上级办理网络相连，以便企业办理者把握第一手资料，为决议计划供给依据。所以现场总线具有以下杰出特色：
2.1敞开性
现场总线操控体系（FCS）选用公开化的通讯协议，恪守同一通讯规范的不同厂商的设备之间能够互连及完结信息交流。用户能够灵敏选用不同厂商的现场总线产品来组成实践的操控体系，到达最佳的体系集成。
2.2 互操作性
互操作性是指不同厂商的操控设备不只能够彼此通讯，并且能够一致组态，完结同一的操控战略和“即插即用”，不同厂商的功用相同的设备能够交换。
2.3 灵敏的网络拓扑结构
现场总线操控体系能够依据杂乱的现场状况组成不同的网络拓扑结构，如树型、星型、总线型和层次化网络结构等。
2.4 体系结构的高度涣散性
现场设备自身归于智能化设备，具有独立自动操控的根本功用，然后从根本上改变了DCS的会集与涣散相结合的体系结构，构成了一种全新的分布式操控体系，完结了操控功用的彻底涣散，进步了操控体系的牢靠性，简化了操控体系的结构。现场总线与上一级网络断开后仍可保持底层设备的独立正常运转，其智能程度大大加强。
2.5 现场设备的高度智能化
传统的DCS运用相对会集的操控站，其操控站由CPU单元和输入/输出单元等组成。现场总线操控体系则将DCS的操控站功用彻底涣散到现场操控设备，仅靠现场总线设备就能够完结自动操控的根本功用，如数据收集与补偿、PID运算和操控、设备自校验和自确诊等功用。体系的操作员能够在操控室完结长途监控，设定或调整现场设备的运转参数,还能凭借现场设备的自确诊功用对毛病进行定位和确诊。
2.6 对环境的高度适应性
现场总线是专为工业现场规划的，它能够运用双绞线、同轴电缆、光缆和无线的办法来传送数据，具有很强的抗搅扰才干。常用的数据传输线是廉价的双绞线，并答应现场设各运用数据通讯线进行供电，还能满意实质安全防爆要求。
3.首要现场总线简介
3.1基金会现场总线（Foundation Fieldbus）
基金会现场总线是由现场总线基金会推出。与私有的网络总线协议不同，FF总线不附归于任何一个企业或国家。其总线体系结构是参照、ISO的OSI模型中物理层、数据链路层和运用层，并增加了用户层而建立起来的通讯模型。FF得到了世界上简直一切的闻名外表制造商的支撑，一同恪守IEC的协议规划，与IEC的现场总线世界规范和草案根本-致，加上它在技能上的优势，所以极有期望成为将来的首要世界规范。
FF总线供给了Hl和H2两种物理层规范。Hl是用于进程操控的低速总线，传输速率为31.25Kbps，传输间隔为200m、450m、1200m、1900m四种（加中继器能够延伸），可用总线供电，支撑实质安全设备和非实质安全总线设备。H2为高速总线，其传输速率为1Mbps（此刻传输间隔为750m）或2.5bps（此刻传输间隔为为500m）。H1和H2每段节点数可达32个，运用中继器后可达240个，Hl和H2可经过网桥互连。FF的杰出特色在于设备的互操作性、改进的进程数据、更早的猜测保护及牢靠的安全性。
3.2 进程现场总线Profibus
Profibus由Siemens公司提出并竭力倡议，己先后成为德国国家标DIN19245和欧洲规范EN50170，是一种敞开而独立的总线规范，在机械制造、工业进程操控、智能建筑中充任通讯网络。Profibus由Profibus-PA、Profibus-DP和 Profibus-FMS三个系列组成。Profibus-PA （Process Automation）用于进程自动化的低速数据传输，其根本特性同FF的H1总线，能够供给总线供电和实质安全，并得到了专用集成电路（ASIC）和软件的支撑。Profibus-DP与Profibus-PA兼容，根本特性同FF的H2总线，可完结高速传输，适用于涣散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，衔接Profibus-PA和加工自动化。Profibus-FMS适用于一般自动化的中速数据传输，首要用于传感器、履行器、电气传动、PLC、纺织和楼宇自动化等。后两个系列选用RS485通讯规范，传输速率从9.6kbps到12Mbps，传输间隔从1200M到l00m（与传输速率有关）。介质存取操控的根本办法为主站之间的令牌办法和主站与从站之间的主从办法，以及归纳这两种办法的混合办法。Profibus是一种比较老练的总线，在工程上的运用十分广泛。
3.3 LonWorks
LonWorks技能是选用神经元芯片(Neuron Chip)技能，在ISO的OSI七层协议上完结的网络操控技能，选用面向对象的编程办法，运用网络变量或显式音讯进行彼此通讯。
3.4CAN
操控器局域网（Controller area network 简称CAN）是德国Bosch公司于1983年为轿车运用而开发的。它的根本规划规范要求有高的位速率，高抗电磁搅扰性。并且能够检测出发生的任何过错。在轿车制造业以及航空工业中遭到广泛运用。www.diangon.com
3.5 HART总线
HART协议是由Rosemount公司于1986年提出的通讯协议。它是用于现场智能外表和操控室设备间通讯的一种协议。它包含ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和运用层。HART通讯能够有点对点或多点衔接形式。这种协议是可寻址长途传感器高速通道的敞开通讯协议，其特色是在现有模仿信号传输线上完结数字信号通讯，归于模仿体系向数字体系改变进程中的过渡产品，因此在当时的过渡时期具有较强市场竞争力，在智能外表市场上占有很大的比例。
4、FCS操控体系
传统的计算机操控体系一般选用DCS结构。在DCS中，对现场信号需求进行点对点的衔接，并且I/O端子与PLC或自动化外表一同被放在操控柜中，而不是放在现场。这就需求铺设很多的信号传输电缆，布线杂乱，既费料又费时，信号简单衰减并简单被搅扰，并且又不方便保护。DCS一般由操作员站、操控站等组成，结构杂乱，本钱高。并且DCS不是敞开体系，互操作性差，难以完结数据同享。而根据PC的FCS则彻底克服了这些缺陷。
（1）在FCS中，一切的I/O模块均放在工业现场，并且一切的信号经过分布式智能I/O模块在现场被转化成规范数字信号，只需一根电缆就可把一切的现场子站衔接起来，进而把现场信号十分简捷地传送到操控室监控设备上，降低了本钱，又便于装置和保护，一同数字化的数据传输使体系具有很高的传输速度和很强的抗搅扰才干。
（2）FCS具有敞开性。在FCS中，软件和硬件都遵照相同的规范，交换性好，更新换代简单。程序规划选用IEC1131-3五种世界规范编程言语，编程和开发工具是彻底敞开的，一同还能够运用PC丰厚的软硬件资源。
（3）体系的功率大为进步。在FCS中，一台PC可一同完结本来要用两台设备才干完结的PLC和NC/CNC使命。在多使命的Windows NT操作体系下，PC中的软PLC能够一同履行多达十几个PLC使命，既进步了功率，又降低了本钱。且PC上的PLC具有在线调试和仿真功用，极大地改进了编程环境。
在FCS中，体系的根本结构为：工控机或商用PC、现场总线主站接口卡、现场总线输入/输出模块、PLC或NC/CNC实时多使命操控软件包、组态软件和运用软件。上位机的首要功用包含体系组态、数据库组态、前史库组态、图形组态、操控算法组态、数据报表组态、实时数据显现、前史数据显现、图形显现、参数列表、数据打印输出、数据输入及参数修正、操控运算调理、报警处理、毛病处理、通讯操控和人机接口等各个方面，并真实完结操控会集、风险涣散、数据同享、彻底敞开的操控要求。
5.结束语
当时，各种形式的现场总线协议并存于操控范畴。在楼宇自控范畴，Lonworks和CAN网络具有必定的优势；在进程自动化范畴，首要有过渡型的HART协议、得到广泛支撑的FF现场总线协议以及相同较有竞争力的PROFIBUS协议。HART协议将是现在几年内智能化外表的首要通讯协议；基金会现场总线是进程自动化范畴中较有出路的一种现场总线，得到许多自动化外表设备厂商的支撑；因为Lonworks技能的敞开性，国内呈现了运用它开发操控体系的许多开发商。考虑到一致的敞开式现场总线协议规范拟定的长期性和艰巨性，传统DCS的退出将是一个渐进进程。跟着现场总线技能的不断开展和完善，现场总线操控体系将得到广泛的运用。
