现场总线(Fieldbus
Control System)是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行转化的网络(类似于计算机网络中的 局域网LAN=Local
Area Network)。这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。
世界上存在着大约四十余种现场总线(标准)，如：
挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，
PhenixContact公司的InterBus，
RoberBosch公司的CAN，
Rosemounr公司的HART，
CarloGavazzi公司的Dupline，
PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，
国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，
美国的DeviceNet与ControlNet
…等等。
这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有80%左右的市场。
工业 总线网络可归为三类：485网络、HART网络、FieldBus现场总线网络。
485网络：RS485/MODBUS是现在流行的一种工业组网方式，其特点是实施简单方便，而且支持RS485的仪表又特别多。仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS，原因很简单，
RS485的转换接口不仅便宜而且种类繁多。至少在低端市场上，RS485/MODBUS仍将是最主要的工业组网方式。
HART网络：HART是由艾默生提出的一个过度性 总线标准，主要特征是在4-20毫安电流信号上面叠加 数字信号，但该协议并未真正开放，要加入他的基金会才能拿到协议，而加入基金会要一定的费用。HART技术主要被国外几家大公司垄断，近些年国内也有公司在做，但还没有达到国外公司的水平。有很多智能仪表带有[HART圆卡]，支持HART通讯功能。但从国内情况来看，还没有真正用到这部分功能来进行设备联网监控，最多只是利用手操器对其进行参数设定。从长远来看，由于HART通信速率低、组网困难等原因，HART仪表的应用将呈下滑趋势。
FieldBus现场总线网络：现场总线是当今自动化领域的热点技术之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着 自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接控制现场的仪表与控制室内的控制装置的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字化通信。现场总线技术成为国际上自动化和仪器仪表发展的热点，它的出现使传统的 控制系统结构产生了革命性的变化，使自控系统朝着“智能化、 数字化、信息化、 网络化、分散化”的方向进一步迈进，形成新型的网络通信的全 分布式控制系统——现场总线控制系统FCS(Fieldbus
Control
System)。然而，现场总线还没有形成真正统一的标准，ProfiBus、CANbus、CC-Link等多种标准并行存在，并且都有自己的生存空间。何时统一，遥遥无期。支持现场总线的仪表种类还比较少，可供选择的余地小，价格又偏高，用量也较小。
CAN总线是控制器局域网络(Controller
Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用最广泛的现场总线之一。
在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。
当前，在现场总线技术的基础上发展了工业控制网络，它是用具有数字通信能力并能大量分散在生产现场的测量控制仪表作为网络节点而构成的。工业网络具有很高的公开性，对于通信协议的要求也很高。它的运作主要是把现场的设备之间的信息可以自由交流，在这样就更容易完成控制系统的任务，完成速度更快，与工业控制网络相比，现场总线就不能很好地完成这个任务。
工业控制网络同时具有诸多特点。它具有实现互连设备间、系统间的信息传递与沟通的互操作性；还具有可以与世界任何地方遵守同标准的其它设备连接的系统开放性；与此同时，工业控制网络还可以与红外线、电力线、同轴电缆等很多设备合作，这就使得它可以适应不同的现场环境；还有一个明显的特点就是通信实时性，能提供相对应的实时通信，具有时间管理功能。
工业控制网络的发展历程是分步骤的，从传统的控制网络发展到较为先进的现场总线，再后来随着科技文明的进步，发展为现在研究热点工业以太网以及到无线网络控制。
未来工业网络的发展需要从通信的实时性，安全性和可靠性来努力，想要达到这个层度也不是很简单的，实现多总线路集成，实时异构网络也是将来发展的一个重要方向。
工业控制网络的方向
现如今企业的经营方式随着互联网和其相关技术的出现和发展，已经被改变了很多，它使信息通信环绕在整个社会生活中，并在很大的范围内得以贯穿，世界上有文明的地方就有工业控制网络。在一些领域里，例如办公自动化领域里，办公设备中出现了互联网技术的支持。除此之外，在制造加工工业中，在互联网的基础上，开放式的、透明的商业运作是新技术的发展方向。
更高的带宽
更高的带宽是高性能工业控制网络的要求，要增加带宽，首先要分散控制数据，在将来的几年里，分散控制系统会产生增加二十到三十倍的制造信息。同样地，PLC
从场地设备采集的信息预计也会增加一二十倍。在自动化控制和通信设施中，如果总使用新的处理体系和技术，网络很可能无法承载，离散的网络组织也可能产生瓶颈效应从而对网络变成透明的、覆盖企业范围的应用实体产生阻碍。以太网的标准带宽是10Mbps，近期研究高速以太网，其速度能达到百兆甚至千兆，从而能够成为企业大范围内的主干网络。在这种状况下，只有以太网能满足大家的需要，这同时也促进了多样控制网络的出现。
开放性的工业控制网络体系
随着经济全球化的发展和大部分产品周期的提高，为了降低生产成本，企业大都应用互联网、智能设备和服务器式应用系统以及无线通信等新技术。虽然这样确实降低了成本，但同时这些新技术和商业过程无法避免地生成了很多数据，这些数据分配又是一个难题。虽然在执行方式上，硬件和软件不同，但它们在商业系统中具有相同的本质标准，那就是开放式的生产管理体系。这种体系能使企业脱离单一的设备维护费用的运作方式。除此之外，开放式的系统使动态的制造数据得以释放，在整个企业网络范围内，使我们的管理者能能把数据自由地分配给广大使用者，从而提高了企业的工作效率。
又称：组态监控系统软件。译自英文SCADA，即：Supervisory
Control and Data
Acquisition（数据采集与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU
System,Remote Terminal Unit)。
“组态(Configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。
“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。
简单地说，组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制。它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送到相关人员，对信息执行必要分析处理和存储，发出控制指令等等。
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control
System，简称：DCS。与“离散控制系统”相对应）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术不断发展和应用的过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已经成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
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现场总线控制系统的构成与特点
作者：周志民
2007-03-07
摘要：文中阐述了现场总线（Fieldbus）的主要产品及其控制系统的结构和特点，针对 网络拓扑结构论述网络传输的物理介质及网络协议。
关键词： 现场总线
控制系统 网络拓扑
网络协议
Fieldbus Control
System Constitute and Characteristic
[Abstract]:This paper introducing the
fieldbus mostly manufacture and control system frame and
characteristic，be dead against meshwork topology frame discuss
meshwork transmission physics medium and meshwork
agree on。
[Key Words]:
fieldbus control system
meshwork topology meshwork agree
on
1.概述
现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线，因现场总线潜在着巨大的商机，世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control
System）系统,已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争，仍未形成一个统一的标准，目前，在现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型。
现场总线控制系统是从八十年代中期发展起来的。经历了十几年的时间，现场总线控制技术已经被广泛应用于汽车、造纸、纺织、烟草、机械、石油化工、电力、楼宇自控等各个控制领域。现场总线控制技术由于其巨大的技术优势，被认为是工业控制发展的必然趋势，将逐步取代传统的 PLC 点对点接线的控制方法。
目前，应用的总线协议主要包括：CANBus、PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S …等。
在汽车行业，现场总线控制技术的应用非常普遍。
2.现场总线的主要产品
连接于总线上的产品，可以分为有源和无源两大类：
2.1.有源产品
有源产品可以产生通讯信号、响应信号、调整信号或者兼而有之。 有源产品包括以下部件：
2.1.1 节点（Node）；总线上可以编址的设备。
2.1.2 总线模块(Bus
Modulea)；任何形式的现场节点，可以使用端子或接插件连接传感器、阀门、按钮等各种现场装置。
2.1.3
网关（Gateway）；一种特殊的节点，用于两面种不同的总线之间的信号和数据变换。
2.1.4
放大器；一种用于实时（加强）信号，以精确复制原始信号。连接同一总线的两部分，解决通讯信号在通讯线上由于电气损耗而造成的衰减。当信号变弱而不变形时可以使用放大器。
2.1.5
中继器（Repeater）；用于加强信号，产生不变形的新信号。连接同一总线的两端，当信号变弱或变形时可以使用中继器。
2.1.6
桥（Bgridge）；有两类桥。一种是用于连接同一种协议，不同传输速度的两个段。另一种是一种智能的中继器，当通讯的源地址和目的地址位于不同总线段时，用于重复两个段间的数据。桥必须被编程设定地址和相关的段。当桥读地址时，要有几个位的等待时间。桥可以应用于设备级总线，但应用并不普遍。
2.1.7
路由器（Router）；用于广域网的高等级桥。这类产品很少应用于设备级总线。
2.1.8
有源多端口分接器（Active hub）多端口中继器或放大器，以增加总线的分支能力。
2.1.9
接口卡、接口模块（Interface card,interface
module）；指网关的常用术语，作为PLC或PC到设备及总线的接口。
2.2无源总线产品
无源总线产品包括：
2.2.1
T型分支（Tee）；用于产生总线上的一路分支。
2.2.2
无源多端口分接器（Passive hub）；多端口T型分支。
2.2.3
终端电阻（Terminating Resistor）；安装在总线的始端和末端的电阻，用于稳定和调整信号。
2.2.4
总线电缆（Busline）；连接节点，传送数据的各种电缆。
3.现场总线控制系统的结构及其特点
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、
PLC等与数字1/
O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。其总线接口，有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。总线接口的缺省地址通常设为"0"电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必须的。通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线电源。而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。
系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型，但在应用中最常用的是24V直流的2线、3线传感器或机械触点。该节点具有IP67的防护等级，有防水、防尘、抗振动等特性，适合于直接安装在现场。另一个节点是端子式节点，独立的输入/输出端子块安装在DIN导轨上，并连接着一个总线耦合器。该总线直流耦合器是连接总线的网关。这种类型的节点是开放式的结构，其防护等级为IP20，它必须安装在机箱中。端子式输入/输出系统包含有许多种开关量与模拟量输入/输出模块，以及串行通讯、高速计数与监控模块。端子式输入/输出系统可以独立使用也可以结合使用。而节点地址连接一个辅助电源，该电源用于驱动电磁阀和其他的电器设备。通过将辅助电器与总线电源分开可以极大地降低在总线信号中的噪音。另外大部分总线节点可以诊断出电器设备中的短路状态并且报告给主控器，即使发生短路也不会影响整个系统的通讯。普通传感器等现场装置可以通过输入输出模块连接到现场总线系统工程中，也可以单独装入总线通讯接口，连接到总线系统中。
总线电缆和终端电阻。总线电缆一般分为主干缆和分支电缆。各种总线协议对于总线电缆的长度都有所规定，不同的通讯波特率，对应不同的总线电缆长度。同时，分支电缆的长度也是有所限制的。 网络的最后部分是终端电阻。在一些总线系统中。这个终端电阻只是连接到两数据线的简单电阻。它是用来吸收网络信号传输过程中的剩余能量。
3.1 现场总线特点
与传统的 PLC 点对点的控制方法相比，现场总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括：
3.1.1
具有较高的性能价格比。系统综合成本及一次性安装费用减少40%。由于导线、连接附件的大幅度的减少。使原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度的减少。所以设计、安装、调试、维护的费用大幅度地减少，维护和改造的停工时间减少60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插件快速、简便的安装，使人力、物力大量的减少；强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少。
3.1.2
系统性能大幅度的提高，使控制系统的档次跨越了一个台阶，可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定，从而确保总线通讯快速、完全可靠的进行。
3.1.3
系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态。
3.1.4
采用数字信号通讯，有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。
3.1.5
总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性。可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱，使系统可靠性提高。
3.1.6本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可能性。
3.2 拓扑结构
网络的拓扑结构主要有总线拓扑和自由拓扑两种结构：
3.2.1
总线式拓扑结构：总线式拓扑结构如图1所示：所有站点不需要经交换设备，可直接连接到传媒体上（即总线），即所有站点共享一条公共的传输媒体，任何一个站点都能在此媒体上发送传播，并能被所有站点接收，因为所有站点共享一条公共传输媒体，所有在某一时刻只能有一个站点能够发送，与其他站点的发送相竞争，故由载波监听多路访问/冲突检测的媒体访问控制器来控制。总线拓扑是由一条主干线和若干条分支线及两个总线（bus）终端匹配器。
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