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近幾年，工業以太網技術的研究與應用得到了迅速的發展，以其應用廣泛、通信速率高、成本低廉等優勢進入工業控制領域，成為新的熱點。

現場總線 (Fieldbus) 自產生以來，一直是自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網，各自動化廠商紛紛推出自己的現場總線產品，并在不同的領域和行業得到了越來越廣泛的應用，現在已處于穩定發展期。近幾年，無線傳感網絡與物聯網 (IoT)技術也融人工業測控系統中。

按照IEC對現場總線一詞的定義，現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備與控制裝置之間實現雙向、串行、多節點數字通信的技術。這是由IEC/TC65 負責測量和控制系統數據通信部分guojibiaozhun化工作的SC65/WG6定義的。它作為工業數據通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場級控制設備之間及其與更高控制管理層之間的聯系。它不僅是一個基層網絡，還是一種開放式、新型全分布式控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數據通信為主要內容的綜合技術，已受到世界范圍的關注而成為自動化技術發展的熱點，并將引發自動化系統結構與設備的深刻變革。

目前國際上存在著幾十種現場總線標準，比較流行的主要有FF、CAN、DeviceNet、LonWorks、PROFIBUS、HART、INTERBUS、CC-Link、 ControlNet、 WorldFIP、P-Net、SwiftNet 等現場總線。本文節選自《現場總線及其應用技術》，對其中六大現場總線技術進行解析。

01FF

基金會現場總線(Foundation Fieldbus，FF)是在過自動化領域得到廣泛支持和具有好發展前景的技術。以美國Fisher-Rousemount 公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定了ISP 協議；以 Honeywell 公司為首、聯合歐洲等地的150家公司制定了WorldFIP。1994 年9月，制定上述兩種協議的多家公司成立了現場總線基金會，致力于開發出國際上統一的現場總線協議。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據銷鏈路層、應用層為 FF 通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。基金會現場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25 kbit/s，通信距離可達1900m(可加中繼器延長)，可支持總線供電，支持本質安全防爆環境。H2的傳輸速率為1Mbit/s和2.5Mbit/s兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發射，協議符合IEC1158-2標準。

02CAN和CAN FD

控制器局域網(Controller Area Network，CAN)Zui早由德國Bosch公司提出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線規范現已被ISOguojibiaozhun組織制定為guojibiaozhun，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應用在離散控制領域。CAN協議也是建立在guojibiaozhun組織的開放系統互連模型基礎上的，不過，其模型結構只有3層，只取OSI的物理層、數據鏈路層和應用層。其信號傳輸介質為雙絞線，在40m的距離時，通信速率Zui高可達1Mbit/s；在通信速率為5kbit/s時，直接傳輸距離Zui遠可達10km，Zui多可掛接設備110個。已有多家公司開發生產了符合CAN協議的通信控制器，如NXP公司的SJA1000、Mirochip公司的MCP2515、內嵌CAN通信控制器的ARM和DSP等。還有插在 PC上的CAN總線適配器，具有接口簡單，編程方便、開發系統價格便宜等優點。此外，為了縮小CAN網絡(Zui大1Mbit/s)與FlexRay(Zui大10Mbit/s)網絡的帶寬差距，Bosch公司于2011年推出了CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)方案。

03
DeviceNet

DeviceNet是一種低成本的通信連接，它將工業設備連接到網絡，從而免去了昂貴的硬按線。DeviceNet又是一種簡單的網絡解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業自動化設備的成本和時間。DeviceNet 的直接互連性不僅改善了設備間的通信，而且提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線 I/O接口很難實現的。DeviceNet是一個開放式網絡標準。規范和協議都是開放的，廠商將設備連接到系統時，無須購買硬件、軟件或許可權。任何人都能以少量的復制成本從開放式 DeviceNet 供貨商協會(Open DeviceNet Vendor Association，ODVA)獲得 DeviceNet 規范。任何制造 DeviceNet產品的公司都可以加人ODVA，并參加對 DeviceNet規范進行增補的技術工作組。DeviceNet規范的購買者將得到一份不受限制的，真正免費的開發 DeviceNet 產品的許可。尋求開發幫助的公司可以通過任何渠道購買使其工作簡易化的樣本源代碼、開發工具包和各種開發服務。關鍵的硬件可以從世界上Zui大的半導體供貨商那里獲得。

04LonWorks

美國Echelon公司于 1992 年成功推出了 LonWorks 智能控制網絡。LON (Local Operating Networks)總線是該公司推出的局部操作網絡，Echelon 公司開發了LonWorks 技術，為 LON總線設計和成品化提供了一套完整的開發平臺。其通信協議 LonTalk 支持 OSI/RM 的所有七層型，這是LON總線Zui突出的特點。LonTalk 協議通過神經元芯片 (Neuron Chip)上的硬件和固件 (Firmware) 實現，提供介質存取、事務確認和點對點通信服務；還有一些如認證、優先級傳輸、單一/廣播/組播消息發送等gaoji服務。網絡拓撲結構可以是總線型、星形、環形和混合網，可實現自由組合。另外，通信介質支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線和電力線等。應用程序采用面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信的設計簡化為參數設置，大大縮短了產品開發周期。LonWorks控制網絡技術可用于各主要工業領域，如工廠廠房自動化、生產過程控制、樓宇及家庭自動化、農業、醫療和運輸業等，為實現智能控制網絡提供完整的解決方案。

05PROFIBUS

PROFIBUS支持主-從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有總線控制權，并事先規定好令牌在各主站中循環一周的Zui長時間。按PROFIBUS的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主-從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可對所有站點廣播(不要求應答)，或有選擇地向一組站點廣播。

PROFIBUS的傳輸速率為96kbit/s~12Mbit/s，Zui大傳輸距離在9.6kbit/s時為1200m，1.5Mbit/s時為200m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，Zui多可掛接127個站點。

06CC-Link

CC-Link是Control& Communication Link(控制與通信鏈路系統)的簡稱，即在工控系統中，可以將控制和信息數據同時以10 Mbit/s 的速率高速傳輸的現場網絡。CC-Link 具有性能zhuoyue、應用廣泛、使用簡單、節省成本等突出優點。作為開放式現場總線，CC-Link 是唯一起源于亞洲地區的總線系統，CC-Link 的技術特點尤其適合亞洲人的思維習慣。

CC-Link 現場總線由CC-Link、CC-Link/LT、CC-Link Safety、CC-Link IE Control、CC-Link IE Field、SLMP 組成。

CC-Link 是一個技術先進、性能zhuoyue、應用廣泛、使用簡單、成本較低的開放式現場總線，其在中國的技術發展和應用有著廣闊的前景。

07ControlNet

ControlNet是一個高速的工業控制網絡，在同一電纜上同時支持I/O信息和報文信息(包括程序、組態、診斷等信息)，集中體現了控制網絡對控制(Control)、組態(Configuration)、采集(Collect)等信息的完全支持，ControlNet以生產者/消費者這一先進的網絡模型為基礎，該模型為網絡提供更高的有效性、一致性和柔韌性。

ControlNet協議的制定參照了OSI七層協議模型，并參照了其中的1、2、3、4、7層。既考慮到網絡的效率和實現的復雜程度，沒有像 LonWorks一樣采用完整的7層；又兼顧到協議技術的向前兼容性和功能完整性，與一般現場總線相比增加了網絡層和傳輸層。這對和異種網絡的互連和網絡的橋接功能提供了支持，更有利于大范圍的組網。

08HART

HART(Highway Addressable Remote Transducer，可尋址遠程傳感器高速通道)開放通信協議是美國Rosemount公司于1985年推出的一種用于現場智能儀表和控制室設備之間的雙向通信協議。

HART并不是真正的現場總線，而是從模擬控制系統向現場總線過渡的一塊“踏腳石”。它在4~20mA的模擬信號上疊加FSK (Frequency Shift Keying，頻移鍵控)數字信號，可以兼容模擬和數字兩種信號。符合 HART 協議的現場儀表，在不中斷過程信號傳輸的情況下，在同一模擬回路上可以同時進行數字通信，使用戶獲得了診斷和維護的信息以及更多的過程數據。