現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念及其特點(diǎn)

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)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(shì)，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(guò)多年的努力，國(guó)際上最后公布了8種現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線，是指將現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)級(jí)發(fā)展的產(chǎn)物。現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程控制、制造業(yè)及樓宇自動(dòng)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)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的信息作為整個(gè)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(duì)系統(tǒng)的組態(tài)、管理和維護(hù)。

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

　　當(dāng)前，國(guó)際上具有代表性的現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)要說(shuō)明。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特征

　　現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(guò)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(jí))，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(jí)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(kāi)放式互連結(jié)構(gòu)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)相連，又可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備與控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)或管理信息級(jí)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(chǎng)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(chǎng)總線通信協(xié)議特點(diǎn)

　　(1)現(xiàn)場(chǎng)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(wàn)RS485等協(xié)議。由于在某些情況下，現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器要從現(xiàn)場(chǎng)總線"竊取"電能作為它們的工作電源，因此對(duì)總線上數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)度(驅(qū)動(dòng)能力)、傳輸速率、信噪比以及電纜尺寸、線路長(zhǎng)度等都提出一定要求。

　　0)數(shù)據(jù)鏈路層考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障較多，更換頻繁，所以數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問(wèn)控制多采用受控訪問(wèn)(包括輪詢(xún)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(jí)語(yǔ)言(或過(guò)程控制語(yǔ)言)來(lái)作為面向用戶的編程(或組態(tài))語(yǔ)言，其中包括設(shè)備名稱(chēng)、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(shuō)明等，一般應(yīng)具有符合IECl131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形用戶界面。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別

　　(1)按功能比較，現(xiàn)場(chǎng)總線連接自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(jiǎn)而言之，現(xiàn)場(chǎng)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(tái)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(gè)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(chǎng)總線可采用各種通信介質(zhì)，如雙絞線、電力線、光纖、無(wú)線、紅外線等，實(shí)現(xiàn)成本低。局域網(wǎng)需要專(zhuān)用電纜，如同軸電纜、光纖等，實(shí)現(xiàn)成本高。