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【摘要】本文首先介绍了现场总线的产生、概念及过程控制系统发展，主要概述了现场总线的构成与目前主流现场总线，包括FF现场总线、LonWorks现场总线、PROFIBUS 现场总线和CAN现场总线等，最后展望了现场总线的未来发展。
【关键词】现场总线；现场总线控制系统；ISO/OSI；FF现场总线；LonWorks现场总线；PROFIBUS 现场总线和CAN现场总线 一、概述
现场总线（Fieldbus）是上个世纪80年代末期发展起来的，主要解决工业现场控制设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，它将智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术综合在一起，成为自动化技術发展的趋势。
学术界一般把过程控制系统分为五个时代， 50年代前的气动信号控制系统PCS是第一代， 4～20mA等电动模拟信号控制系统是第二代，数字计算机集中式控制系统为第三代，集散式分布控制系统DCS则为第四代， 而现场总线系统FCS称为第五代控制系统。FCS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；另外FCS采用全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。因此开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
二、现场总线和现场总线控制系统
国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。现场总线一般采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。可以说，在此系统中现场总线是联结枢纽，用以实现各智能仪表设备相互沟通信息、共同完成自控任务。
现场总线控制系统（FCS）是在现场总线标准的基础上形成的自动化控制系统，它是总线网络，所有现场仪表都是一个网络节点，并挂接在总线上，每一个节点都是一个智能设备，现场仪表既有着数据采集、控制、计算、报警、诊断、执行功能，也可以实现通信功能，一般每台仪表均有自己的地址与同一通道上的其它仪表进行区分。
现场总线控制系统可以分为硬件系统和软件系统两大部分，硬件系统主要包括接口设备、现场总线仪表和外围设备，其中接口设备主要指各种计算机和计算机与现场总线之间的接口卡件，现场总线仪表包括各种输入仪表和各种输出仪表，外围设备则是如电缆、电源、阻抗匹配器、端子、接线盒、安全栅等一些辅助部件。而软件系统主要由组态软件、监控软件、设备管理软件组成，组态软件是核心软件，可以生成各种控制回路和通信关系，以实现系统的各种控制和数据通信功能。监控软件是直接用于生产操作和监视的控制软件包。设备管理包括对现场总线系统中的现场智能仪表的管理、操作和维护。
三、当前主流现场总线
目前国际上有很多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，也没有任何一种现场总线能占领统治地位，下面介绍四种常见的现场总线。
1、FF现场总线
FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA和ISPFoundation于1994年6月联合成立的国际性组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准，它以ISO/OSI为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。FF现场总线经过多年发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统。
2、LonWorks现场总线
LonWorks现场总线最初主要用于楼宇自动化，但很快发展到工业现场网，其技术核心是神经元芯片，该芯片内部装有3个微处理器：MAC处理器完成介质访问控制；网络处理器完成OSI的3～6层网络协议；应用处理器完成用户现场控制应用，它们之间通过公用存储器传递数据。目前LonWorks已经建立了一套从协议开发、芯片设计、芯片制造、控制模块开发制造、OEM控制产品、最终控制产品、分销、系统集成等一系列完整的开发、制造、推广、应用体系结构，有数万家企业参与。
3、PROFIBUS 现场总线
PROFIBUS 现场总线以ISO/OSI模型作为它的参考模型，由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA 组成，其中DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控 制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型。
4、CAN现场总线
CAN最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN协议也是建立在ISO/OSI基础上的，其模型结构有3层，包括物理层、数据链路层和应用层。CAN的信号传输采用短帧结构，并具有自动关闭的功能，因此具有较强的抗干扰能力。
四、现场总线的发展趋势
关于未来现场总线的发展趋势，一般有以下几个方面。
一是寻求统一的现场总线国际标准，目前，国内、外的现场总线有60几种之多，很不利于现场总线的发展，今后现场总线技术如何统一，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。
二是把Ethernet引入现场总线，由于TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ， Ethernet是具有统一、开放的特性，虽然它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，但随着这些问题的迅速解决，Ethernet技术将很快进入工业控制系统的各级网络。
另外，由于现场总线的功能不断加强，智能化水平逐步提高，应用范围不断扩大，系统规模也逐步变大并日趋复杂，需要组态的参数多，各参数之间的关系比较复杂，因此，为用户便于使用操作，现场总线系统的系统组态将逐步傻瓜化。
【关键词】现场总线；现场总线控制系统；ISO/OSI；FF现场总线；LonWorks现场总线；PROFIBUS 现场总线和CAN现场总线 一、概述
现场总线（Fieldbus）是上个世纪80年代末期发展起来的，主要解决工业现场控制设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题，它将智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术综合在一起，成为自动化技術发展的趋势。
学术界一般把过程控制系统分为五个时代， 50年代前的气动信号控制系统PCS是第一代， 4～20mA等电动模拟信号控制系统是第二代，数字计算机集中式控制系统为第三代，集散式分布控制系统DCS则为第四代， 而现场总线系统FCS称为第五代控制系统。FCS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；另外FCS采用全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。因此开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
二、现场总线和现场总线控制系统
国际电工委员会IEC61158标准的定义：安装在制造或生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向、多点通信的数据总线称为现场总线。现场总线一般采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。可以说，在此系统中现场总线是联结枢纽，用以实现各智能仪表设备相互沟通信息、共同完成自控任务。
现场总线控制系统（FCS）是在现场总线标准的基础上形成的自动化控制系统，它是总线网络，所有现场仪表都是一个网络节点，并挂接在总线上，每一个节点都是一个智能设备，现场仪表既有着数据采集、控制、计算、报警、诊断、执行功能，也可以实现通信功能，一般每台仪表均有自己的地址与同一通道上的其它仪表进行区分。
现场总线控制系统可以分为硬件系统和软件系统两大部分，硬件系统主要包括接口设备、现场总线仪表和外围设备，其中接口设备主要指各种计算机和计算机与现场总线之间的接口卡件，现场总线仪表包括各种输入仪表和各种输出仪表，外围设备则是如电缆、电源、阻抗匹配器、端子、接线盒、安全栅等一些辅助部件。而软件系统主要由组态软件、监控软件、设备管理软件组成，组态软件是核心软件，可以生成各种控制回路和通信关系，以实现系统的各种控制和数据通信功能。监控软件是直接用于生产操作和监视的控制软件包。设备管理包括对现场总线系统中的现场智能仪表的管理、操作和维护。
三、当前主流现场总线
目前国际上有很多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，也没有任何一种现场总线能占领统治地位，下面介绍四种常见的现场总线。
1、FF现场总线
FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA和ISPFoundation于1994年6月联合成立的国际性组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准，它以ISO/OSI为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。FF现场总线经过多年发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统。
2、LonWorks现场总线
LonWorks现场总线最初主要用于楼宇自动化，但很快发展到工业现场网，其技术核心是神经元芯片，该芯片内部装有3个微处理器：MAC处理器完成介质访问控制；网络处理器完成OSI的3～6层网络协议；应用处理器完成用户现场控制应用，它们之间通过公用存储器传递数据。目前LonWorks已经建立了一套从协议开发、芯片设计、芯片制造、控制模块开发制造、OEM控制产品、最终控制产品、分销、系统集成等一系列完整的开发、制造、推广、应用体系结构，有数万家企业参与。
3、PROFIBUS 现场总线
PROFIBUS 现场总线以ISO/OSI模型作为它的参考模型，由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA 组成，其中DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控 制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型。
4、CAN现场总线
CAN最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN协议也是建立在ISO/OSI基础上的，其模型结构有3层，包括物理层、数据链路层和应用层。CAN的信号传输采用短帧结构，并具有自动关闭的功能，因此具有较强的抗干扰能力。
四、现场总线的发展趋势
关于未来现场总线的发展趋势，一般有以下几个方面。
一是寻求统一的现场总线国际标准，目前，国内、外的现场总线有60几种之多，很不利于现场总线的发展，今后现场总线技术如何统一，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。
二是把Ethernet引入现场总线，由于TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ， Ethernet是具有统一、开放的特性，虽然它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，但随着这些问题的迅速解决，Ethernet技术将很快进入工业控制系统的各级网络。
另外，由于现场总线的功能不断加强，智能化水平逐步提高，应用范围不断扩大，系统规模也逐步变大并日趋复杂，需要组态的参数多，各参数之间的关系比较复杂，因此，为用户便于使用操作，现场总线系统的系统组态将逐步傻瓜化。