現(xiàn)場總線(Fieldbus)是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計(jì)算機(jī)廠商的高度重視。

IEC(國際電工委員會)對現(xiàn)場總線(Fieldbus)的定義是“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”。它是當(dāng)前工業(yè)自動化的熱點(diǎn)之一。現(xiàn)場總線以開放的、獨(dú)立的、全數(shù)字化的雙向多變量通信取代4~ 20mA現(xiàn)場模擬量信號?，F(xiàn)場總線I/O集檢測、數(shù)據(jù)處理、通信為一體，可以代替變送器、調(diào)節(jié)器、記錄儀等模擬儀表，它不需要框架、機(jī)柜，可以直接安裝在現(xiàn)場導(dǎo)軌槽上?，F(xiàn)場總線I/O的接線極為簡單，只需一根電纜，從主機(jī)開始，沿?cái)?shù)據(jù)鏈從一個現(xiàn)場總線I/O連接到下一個現(xiàn)場總線I/O。使用現(xiàn)場總線后，可以節(jié)約配線、安裝、調(diào)試和維護(hù)等方面的費(fèi)用，現(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成高性能價(jià)格比的DCS(集散控制系統(tǒng))。

使用現(xiàn)場總線后，操作員可以在中央控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以通過現(xiàn)場設(shè)備的自診斷功能診斷故障和尋找故障點(diǎn)。

什么是現(xiàn)場總線

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和市場需求的變化，工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢，改善工業(yè)控制系統(tǒng)同樣也需要在不同生產(chǎn)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)高效、可靠、標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，經(jīng)過多年的努力，國際上最后公布了8種現(xiàn)場總線。制定總線的初衷在于不同廠家的設(shè)備進(jìn)行互連，可是，這8種總線目前是不能完全互連的。

所謂現(xiàn)場總線，是指將現(xiàn)場設(shè)備(如數(shù)字傳感器、變送器、儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點(diǎn)，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場級發(fā)展的產(chǎn)物?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS是集當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)為一體的當(dāng)代最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，它適用于工業(yè)過程控制、制造業(yè)及樓宇自動化等領(lǐng)域，將成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主流。具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、系統(tǒng)安全、造價(jià)低廉、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。現(xiàn)場總線技術(shù)使現(xiàn)場級設(shè)備的信息作為整個企業(yè)信息網(wǎng)的基礎(chǔ)，提高了控制系統(tǒng)的信息處理能力和運(yùn)行可靠性，節(jié)省了系統(tǒng)的硬件和布線費(fèi)用，方便了用戶對系統(tǒng)的組態(tài)、管理和維護(hù)。

現(xiàn)場總線(Fieldb山)技術(shù)是工業(yè)自動化最深刻變革之一。PLC和工控機(jī)采用現(xiàn)場總線后可方便地作為νo站和監(jiān)控站連接在DCS系統(tǒng)中。現(xiàn)場總線可以更容易地從現(xiàn)場獲取設(shè)備信息，工廠操作員和管理人員能夠?qū)ζ溥^程進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，從而改進(jìn)性能、增加過程的可用性和一致性。

當(dāng)前，國際上具有代表性的現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品是Profibus、CanBus與LonWorks，CC-link，DeviceNet，Modbus等，后面分別予以簡要說明。

現(xiàn)場總線技術(shù)特征

現(xiàn)場總線完整地實(shí)現(xiàn)了控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的集成，具有以下幾項(xiàng)技術(shù)特征。

(1)現(xiàn)場設(shè)備已成為以微處理器為核心的數(shù)字化設(shè)備，彼此通過傳輸媒體(雙絞線、同軸電纜或光纖)以總線拓?fù)湎噙B。

(2)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信采用基帶傳輸(即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸)，數(shù)據(jù)傳輸速率高(為IMb/s或lOMb/s級)，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)。

(3)廢棄了集散控制系統(tǒng)(DCS)中的vo控制站，將這一級功能分配給通信網(wǎng)絡(luò)完成。(4)分散的功能模塊，便于系統(tǒng)維護(hù)、管理與擴(kuò)展，提高可靠性。

(5)開放式互連結(jié)構(gòu)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)相連，又可通過網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備與控制級網(wǎng)絡(luò)或管理信息級網(wǎng)絡(luò)相連。

(6)互操作性，在遵守同一通信協(xié)議的前提下，可將不同廠家的現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)品統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線與局域網(wǎng)的區(qū)別

(1)按功能比較，現(xiàn)場總線連接自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能儀表設(shè)備，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖切∨繑?shù)據(jù)信息，如檢測信息、狀態(tài)信息、控制信息等，傳輸速率低，但實(shí)時(shí)性高。簡而言之，現(xiàn)場總線是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)用于連接局部區(qū)域的各臺計(jì)算機(jī)，網(wǎng)線上傳輸?shù)氖谴笈康臄?shù)字信息，如文本、聲音、圖像等，傳輸速率高，但不要求實(shí)時(shí)性。從這個意義而言，局域網(wǎng)是一種高速信息網(wǎng)絡(luò)。

(2)按實(shí)現(xiàn)方式比較現(xiàn)場總線可采用各種通信介質(zhì)，如雙絞線、電力線、光纖、無線、紅外線等，實(shí)現(xiàn)成本低。局域網(wǎng)需要專用電纜，如同軸電纜、光纖等，實(shí)現(xiàn)成本高。

現(xiàn)場總線通信協(xié)議特點(diǎn)

(1)現(xiàn)場總線通信協(xié)議基本遵照ISO/OSI參考模型，主要實(shí)現(xiàn)第1、2、7層功能。

(2)物理層采用EIA-RS232、EIA-RS42萬RS485等協(xié)議。由于在某些情況下，現(xiàn)場傳感器、變送器要從現(xiàn)場總線"竊取"電能作為它們的工作電源，因此對總線上數(shù)字信號的強(qiáng)度(驅(qū)動能力)、傳輸速率、信噪比以及電纜尺寸、線路長度等都提出一定要求。

0)數(shù)據(jù)鏈路層考慮到現(xiàn)場設(shè)備故障較多，更換頻繁，所以數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問控制多采用受控訪問(包括輪詢和令牌)協(xié)議，通常，各CPU、PLC作為主站，傳感器、變送器等作為從站。另外，須支持點(diǎn)一點(diǎn)、點(diǎn)→多點(diǎn)和廣播通信方式。

(4)應(yīng)用層解決應(yīng)用什么樣的高級語言(或過程控制語言)來作為面向用戶的編程(或組態(tài))語言，其中包括設(shè)備名稱、網(wǎng)絡(luò)變量與配置(捆綁)關(guān)系，參數(shù)與功能調(diào)用及相關(guān)說明等，一般應(yīng)具有符合IECl131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形用戶界面。