现场总线技术综述(doc9)

现场总线技术综述
现场总线（Fieldbus）是 80 年代末、90 年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制
造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络
的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它
不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、
控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成
为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实
力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设
备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、
容错能力强、安全性好、成本低的特点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还
具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线
系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作 FCS——现场总线控制系统。人们一
般把 50 年代前的气动信号控制系统 PCS 称作第一代，把 4～20mA 等电动模拟信号控制
系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把 70 年代中期以来的集
散式分布控制系统 DCS 称作第四代。现场总线控制系统 FCS 作为新一代控制系统，一方
面，突破了 DCS 系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，
克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把 DCS 的集中与分散相结合的集散系统结构，
变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数
字通讯是现场总线系统最显著的特征。
现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合
并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有
:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline 等。它们具有
各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点
的基础，紧扣系统的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术
及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状，最后阐述现场总线的发展趋势与
技术展望。
一、现场总线的技术特点
1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实
现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里
的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它
可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系
统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象
把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
2、互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送
与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性
能类似的设备可进行互换而实现互用。
3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功
能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断
设备的运行状态。
4、系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场
总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有 DCS 集中与分
散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。
5、对现场环境的适应性。工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为
在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，
具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。
二、现场总线的优点
由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计、安装、
投运到正常生产运行及其检修维护，都体现出优越性。
1、节省硬件数量与投资。由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多
种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、
计算单元等，也不再需要 DCS 系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接
线，还可以用工控 PC 机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，
还可减少控制室的占地面积。