现场总线技能总述

现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上开展构成的，用于进程自动化、制作自动化、楼宇自动化等范畴的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通讯网络的根底，交流了出产进程现场及操控设备之间及其与更高操控办理层次之间的联络。它不仅是一个底层网络，并且仍是一种敞开式、新式全散布操控体系。这项以智能传感、操控、核算机、数字通讯等技能为主要内容的归纳技能，现已遭到世界规模的重视，成为自动化技能开展的热门，并将导致自动化体系结构与设备的深入革新。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度进步行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的作业环境处于进程设备的底层，作为工厂设备级根底通讯网络，要求具有协议简略、容错才能强、安全性好、成本低的特征 :具有必定的时刻确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载安稳，大都为短帧传送、信息交流频频等特征。因为上述特征，现场总线体系从网络结构到通讯技能，都具有不同上层高速数据通讯网的特征。
一般把现场总线体系称为第五代操控体系，也称作FCS——现场总线操控体系。人们一般把50年代前的气动信号操控体系PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号操控体系称为第二代，把数字核算机会集式操控体系称为第三代，而把70年代中期以来的集散式散布操控体系DCS称作第四代。现场总线操控体系FCS作为新一代操控体系，一方面，突破了DCS体系选用通讯专用网络的限制，选用了依据揭露化、规范化的解决方案，克服了封闭体系所构成的缺点；另一方面把DCS的会集与涣散相结合的集散体系结构，变成了新式全散布式结构，把操控功用彻底下放到现场。能够说，敞开性、涣散性与数字通讯是现场总线体系最明显的特征。
现场总线技术在历经了群雄并起，涣散割据的初始阶段后，虽然已有必定规模的商量兼并，但至今没有构成完好共同的国际规范。其中有较强实力和影响的有
:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特征，在不同应用范畴构成了自己的优势。本文将在扼要描绘现场总线技术特征的根底，紧扣体系的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技能及现在较为盛行的几种有实力的现场总线技能的现状，最终论述现场总线的开展趋势与技能展望。
一、现场总线的技能特征
1、体系的敞开性。敞开体系是指通讯协议揭露，各不同厂家的设备之间可进行互连并完结信息交流，现场总线开发者便是要致力于树立共同的工厂底层网络的敞开体系。这儿的敞开是指对相关规范的共同、揭露性，着重对规范的一致与遵照。一个敞开体系，它能够与任何恪守相同规范的其它设备或体系相连。一个具有总线功用的现场总线网络体系有必要是敞开的，敞开体系把体系集成的权力交给了用户。用户可按自己的需求和目标把来自不同供货商的产品组成巨细随意的体系。
2、互可操作性与互用性，这儿的互可操作性，是指完结互连设备间、体系间的信息传送与交流，可实施点对点，一点对多点的数字通讯。而互用性则意味着不同出产厂家的功用相似的设备可进行交换而完结互用。
3、现场设备的智能化与功用自治性。它将传感丈量、补偿核算、工程量处理与操控等功用涣散到现场设备中完结，仅靠现场设备即可完结自动操控的基本功用，并可随时确诊设备的运转状况。
4、体系结构的高度涣散性。因为现场设备自身已可完结自动操控的基本功用，使得现场总线已构成一种新的全散布式操控体系的体系结构。从根本上改变了现有DCS会集与涣散相结合的集散操控体系体系，简化了体系结构，提高了可靠性。
5、对现场环境的适应性。作业在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境作业而规划的，它可支撑双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰才能，能选用两线制完结送电与通讯，并可满意实质安全防爆要求等。
二、现场总线的长处
因为现场总线的以上特征，特别是现场总线体系结构的简化，使操控体系的规划、装置、投运到正常出产运转及其检修保护，都体现出优越性。
1、节约硬件数量与出资。因为现场总线体系中涣散在设备前端的智能设备能直接履行多种传感、操控、报警和核算功用，因此可削减变送器的数量，不再需求独自的操控器、核算单元等，也不再需求DCS体系的信号调度、转化、阻隔技能等功用单元及其杂乱接线，还能够用工控PC机作为操作站，然后节约了一大笔硬件出资，因为操控设备的削减，还可削减操控室的占地面积。
2、节约装置费用。现场总线体系的接线非常简略，因为一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因此电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大削减，连线规划与接头校正的作业量也大大削减。当需求添加现场操控设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节约了出资，也削减了规划、装置的作业量。据有关典型实验工程的测算材料，可节约装置费用60%以上。
3、节约保护开支。因为现场操控设备具有自确诊与简略毛病处理的才能，并经过数字通讯将相关的确诊保护信息送往操控室，用户能够查询一切设备的运转，确诊保护信息，以便前期剖析毛病原因并快速扫除。缩短了保护罢工时刻，一起因为体系结构简化，连线简略而削减了保护作业量。
4、用户具有高度的体系集成主动权。用户能够自由挑选不同厂商所供给的设备来集成体系。防止因挑选了某一品牌的产品被“框死”了设备的挑选规模，不会为体系集成中不兼容的协议、接口而束手无策，使体系集成进程中的主动权彻底把握在用户手中。
5、提高了体系的准确性与可靠性。因为现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号比较，它从根本上提高了丈量与操控的准确度，削减了传送差错。一起，因为体系的结构简化，设备与连线削减，现场外表内部功用加强:削减了信号的往复传输，提高了体系的作业可靠性。此外，因为它的设备规范化和功用模块化，因此还具有规划简略，易于重构等长处。
三、典型现场总线简介
1、基金会现场总线
基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF，这是在进程自动化范畴得到广泛支撑和具有杰出开展前景的技能。其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制定的WordFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月兼并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上共同的现场总线协议。它以ISO/OSI敞开体系互连模型为根底，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通讯模型的相应层次，并在应用层上添加了用户层。
基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通讯速率。H1的传输速率为 3125Kbps,通讯间隔可达 1900m (可加中继器延伸),可支撑总线供电，支撑实质安全防爆环境。H2的传输速率为 1Mbps和 2 5Mbps两种，其通讯间隔为750m和500m。物理传输介质可支撑比绞线、光缆和无线发射，协议契合IEC1158-2规范。其物理前言的传输信号选用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心方位或是正跳变，或是负跳变。正跳变代表0，负跳变代表1，然后使串行数据位流中具有满足的定位信息，以坚持发送两边的时刻同步。接收方既可依据跳变的极性来判别数据的“1”、“0”状况，也可依据数据的中心方位准确定位。