現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是繼DCS之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，目前已開發(fā)出40多種現(xiàn)場總線，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、Modbus、ARCent、P-Net、FIP、ISP等�，F(xiàn)場總線使模擬與數(shù)字混合的DCS更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，真正做到危險分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。

據(jù)美國ARC公司的市場調(diào)查，世界市場對各種現(xiàn)場總線的需求為：過程自動化15%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），醫(yī)藥領(lǐng)域18%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），加工制造15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），交通運輸15%（PROFIBUS-DP、DeviceNet），航空、國防34%（PROFIBUS-FMS、LonWorks、ControlNet、DeviceNet），以及農(nóng)業(yè)（P-NET、CAN、PROFIBUS-PA/DP、DeviceNet、ControlNet），樓宇（LonWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet）等。

1、總線應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

FCS全數(shù)字化通信使過程控制具有更高可靠性，從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器，均為數(shù)字信號，這就使得復(fù)雜、精確的信號處理得以實現(xiàn)。憑借出色的互操作性、分散性、EIC（電氣傳動、儀表、計算機）一體化等優(yōu)點，F(xiàn)CS系統(tǒng)中的儀表實際上已成為具有綜合功能的智能儀表，而EIC一體化結(jié)構(gòu)成為鋼鐵工業(yè)自動化用得較多而又急需的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。目前，現(xiàn)場總線行業(yè)主要呈現(xiàn)以下特點：

首先，每種總線作為一支利益團(tuán)體，都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴張其勢力范圍。在一定應(yīng)用領(lǐng)域中已取得良好業(yè)績的總線，往往會進(jìn)一步根據(jù)需要向其它領(lǐng)域發(fā)展，如Profibus在DP的基礎(chǔ)上又開發(fā)出PA以適用于流程工業(yè)。

對于大多數(shù)總線，都成立有相應(yīng)的國際組織，力圖在制造商和用戶中創(chuàng)造影響，以取得更多方面的支持，同時也想顯示出其技術(shù)是開放的，如WorldFIP國際用戶組織、FF基金會、Profibus國際用戶組織、P-Net國際用戶組織及ControlNet國際用戶組織等。同時，每種總線都以企業(yè)為支撐，各種總線都以一個或幾個大型跨國公司為背景，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)，如Profibus以Siemens公司為主要支持，ControlNet以Rockwe11公司為主要背景，WorldFIP以ALSTOM公司為主要后臺。

在企業(yè)層面，一個設(shè)備制造商往往參加多個總線組織，大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個總線組織，有些公司甚至參加2-4個總線組織，因為裝置是要掛在系統(tǒng)上的。

技術(shù)層面，以太網(wǎng)是目前的新熱點，以太網(wǎng)正在工業(yè)自動化和過程控制市場上迅速增長，幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供應(yīng)商均提供一個支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口，如Siemens、Rockwell、GE-Fanuc等，他們除了銷售各自PLC產(chǎn)品，同時提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相連接的接口。FF現(xiàn)場總線正在開發(fā)高速以太網(wǎng)，這無疑大大加強了以太網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的地位。

在競存關(guān)系中，協(xié)調(diào)共存的現(xiàn)象在歐洲標(biāo)準(zhǔn)制定時就出現(xiàn)過，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170在制定時，將德、法、丹麥3個標(biāo)準(zhǔn)并列于一卷之中，形成了歐洲的多總線的標(biāo)準(zhǔn)體系，后又將ControlNet和FF加入歐洲標(biāo)準(zhǔn)的體系。各重要企業(yè)，除了力推自己的總線產(chǎn)品之外，也都力圖開發(fā)接口技術(shù)，將自己的總線產(chǎn)品與其它總線相連接，如施耐德公司開發(fā)的設(shè)備能與多種總線相連接。在國際標(biāo)準(zhǔn)中，也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

標(biāo)準(zhǔn)化方面，各種總線相繼成為自己國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)：每種總線大多將自己作為國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以加強自己的競爭地位�，F(xiàn)在的情況是：P-Net已成為丹麥標(biāo)準(zhǔn)，Profibus已成為德國標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國標(biāo)準(zhǔn)。上述3種總線于1994年成為并列的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，其它總線也都成為各地區(qū)的技術(shù)規(guī)范。

2、幾種主流現(xiàn)場總線介紹

現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中采用了8種協(xié)議類型，以及其它一些現(xiàn)場總線。每種總線都有其產(chǎn)生的背景和應(yīng)用領(lǐng)域，不同領(lǐng)域的自動化需求各有其特點，因此在某個領(lǐng)域中產(chǎn)生的總線技術(shù)一般對本領(lǐng)域的滿足度高一些，應(yīng)用多一些，適用性好一些。

（1）基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus簡稱FF）

這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線在過程自動化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景�；饡F(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。

（2）CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）

最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線規(guī)范已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能，具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線仲裁技術(shù)，通過設(shè)置優(yōu)先級來避免沖突，通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達(dá)40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)實際可達(dá)110個。目前已有多家公司開發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。

（3）Lonworks

由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO/OSI模型的全部７層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達(dá)2700m（78Kbit/s），被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。

（4）DeviceNet

DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，有著開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設(shè)備間的通信而且提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點為64個，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以自由連接或斷開，不影響網(wǎng)上的其他設(shè)備，而且其設(shè)備的安裝布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結(jié)構(gòu)是OpenDeviceNetVendorAssociation（開放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商協(xié)會，簡稱“ODVA”）。

（5）PROFIBUS

PROFIBUS是德國標(biāo)準(zhǔn)（DIN19245）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50170）的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA系列組成。DP用于分散外設(shè)間高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點。

（6）HART

HART是HighwayAddressableRemoteTransducer的縮寫，最早由Rosemount公司開發(fā)。其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點對點主從應(yīng)答方式和多點廣播方式。由于它采用模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。

（7）CC-Link

CC-Link是ControlCommunicationLink（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同是以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場配線復(fù)雜的問題，同時具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件。

（8）WorldFIP

WorkdFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立，總部設(shè)在法國。其在歐洲市場占有重要地位，特別是在法國占有率大約為60%。WorldFIP的特點是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實現(xiàn)“透明聯(lián)接”，并對FF的H1進(jìn)行了技術(shù)拓展，如速率等。在與IEC61158第一類型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。

此外，較有影響的現(xiàn)場總線還有丹麥公司Process-DataA/S提出的P-Net，該總線主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè)；SwiftNet現(xiàn)場總線主要使用在航空航天等領(lǐng)域。

3、現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢

雖然現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一還有種種問題，但現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的發(fā)展卻已經(jīng)是一個不爭的事實。隨著現(xiàn)場總線思想的日益深入人心，基于現(xiàn)場總線的產(chǎn)品和應(yīng)用的不斷增多，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)日益清晰，具體發(fā)展趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面。

現(xiàn)場總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過程控制領(lǐng)域?qū)ζ湟笫牵?BR>（1）改善實時性，不允許有不確定性。
（2）克服本安防爆對總線中節(jié)點數(shù)和電纜長度的限制，加強現(xiàn)場總線本安概念理論研究。
（3）實現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場化。

目前，越來越多的企業(yè)采用最流行的TCP/IP協(xié)議加以太網(wǎng)，操作設(shè)備一般采用工業(yè)PC甚至普通PC，控制設(shè)備一般采用標(biāo)準(zhǔn)的PLC或者是工業(yè)控制計算機等，而控制網(wǎng)絡(luò)就是各種現(xiàn)場總線的應(yīng)用領(lǐng)域。實時性和可互操作性是以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用所要解決的重要問題。（編輯：Lisa WU）