论现场总线的技术构成和发展趋势

技术嘹望’　ｌｌ：　ｒ　。・　’　论现场总线的技术构成和发展趋势　Ｔｈｅｏ￣ｏｆ　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｔｒｅｎｄ　・宜宾市电子科技有限公司　李定Ｊ　Ｉ　　Ｌｉｌ　Ｄｉｎｇｃｈｕａｎ　摘要：现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）是迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器　仪表、控制器、执行机构等现场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。由于现场总线简单、可靠、经济实用等～系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计　算机厂商的高度重视。现场总线用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互　连通讯网络。本文介绍了现场总路线技术的特点和构成以及现场设备的优点，现场总线的分类和发展　趋势。　关键词：现场总线分类趋势　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｅｌｄｂｕｓ（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）ｉｓ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄａｔａ　ｂｕｓ，ｉｔ　ｍａｉｎｌｙ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍｅｔｅｒ，ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｃｔｕａｔｏｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｆｉｅｌｄ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄｂｕｓ　ｉｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ，　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ，ａｎｄ　ａ　ｓｅｒｉｅｓ　ｏｆ　ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｂｙ　ｍａｎｙ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｂｏｄｉｅｓ　ａｎｄ　ａｔｔａｃｈｅｓ　ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ．Ｆｉｅｌｄ　ｂｕｓ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｉｆｅｌｄｓ　ｏｆ　ｉｆｅｌｄ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｌｉｎｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｉｆｅｌｄ　ｄｅｖｉｃｅｓ，ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄｂｕｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｆｉｅｌｄｂｕｓ　Ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ　Ｔｒｅｎｄ　【中图分类号】Ｆ４０７．６７【文献标识码】Ａ文章编号１６０６－５１２３（２０１７）０３—００５３—０６　点：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有　现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）是２０世纪８０年代末、９Ｏ年代初国际　上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动　化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字　通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及　其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网　络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以　智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的　网络负载稳定、多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。　由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都　具有不同于上层高速数据通信网的特色。　一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作　Ｆｃｓ——现场总线控制系统。人们一般把５０年代前的气动　信号控制系统ＰＣＳ称作第一代，把４ｍＡ￣２０ｍＡ等电动模拟　信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统　称为第三代，而把７Ｏ年代中期以来的集散式分布控制系统　ＤＣＳ称作第四代。现场总线控制系统ＦＣＳ作为新一代控制系　统，一方面，突破了ＤＣＳ系统采用通信专用网络的局限，　综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发　展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。　国际上许多有实力、有影响的公司都先后在不同程度上进　行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环　境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，　要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特　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；另一方面把ＤＣＳ的集中与分散相结合的集　散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底　＿Ｄ　Ｉ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＵＴＬＯＯＫ　ｌ技术嘹望　下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场　总线系统最显著的特征。　一３－２　节省安装费用　现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或　条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽　２　现场总蹿线技术茛糟惠　２．１系统的开放性　开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可　进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建　立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关　标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放　系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。　一盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量　也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的　电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减　少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资　料，可节约安装费用６０％以上。　３．３节省维护开销　由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能　力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，　用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期　分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由　于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。现场总　线技术与传统总线技术成本对比。　个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放　系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和　对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。　２－２互可操作性与互用性　这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间　的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通　３．４系统集成主动权　用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系　统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选　择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫　信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可　进行互换而实现互用。　２．３智能化与功能自治性　它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能　分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制　的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。　展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。　３．５准确性与可靠性　由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相　比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送　误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现　场仪表内部功能加强：减少了信号的往返传输，提高了系　２．４系统结构的高度分散性　由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，　使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结　构。从根本上改变了现有ＤＣＳ集中与分散相结合的集散控　统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块　化，因而还具有设计简单、易于重构等优点。　制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。　２－５对现场环境的适应性　工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总　４　现场总路线的凌屡腼翟　Ｉ　９８４年美国Ｉｎｔｅｒ公司提出一种计算机分布式控制系　统——位总线（ＢＩＴＢＵＳ），它主要是将低速的面向过程的　输入输出通道与高速的计算机多总线（ＭＵＬＴＩＢＵＳ）分离，　形成了现场总线的最初概念。上个世纪８０年代中期，美国　Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ公司开发了一种可寻址的远程传感器（ＨＡＲＴ）　线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、　同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的　抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本　质安全防爆要求等。　３　奶息路臻浸备　优惠　由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直　通信协议。采用在４ｍＡ￣２０ｍＡ模拟量叠加了一种频率信　号，用双绞线实现数字信号传输。ＨＡＲＴ协议已是现场总　线的雏形。１９８５年由Ｈ０ｎｅｙｗｅｌｌ和Ｂａｉｌｅｙ等大公司发起，　成立了Ｗｏｒｌｄ　ＦＩＰ制定了ＦＩＰ协议。１９８７年，以Ｓｉｅｍｅｎｓ、　３．１　节省硬件数量与投资　接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变　送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不　Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ、横河等几家著名公司为首也成立了一个专门委　员会互操作系统协议（ＩＳＰ）并制定了ＰＲＯＦＩＢＵＳ协议。后来　美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准ＩＥＣ／ＩＳＡ　ＳＰ５０。随　再需要ＤＣＳ系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元　及其复杂接线，还可以用工控ＰＣ机作为操作站，从而节省　了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制　室的占地面积。　着时间的推移，世界逐渐形成了两个针锋相对的互相竞争　的现场总线集团：一个是以Ｓｉｅｍｅｎｓ、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ、横河为　技术嘹望ｌｌ…　’　．．．，　　ｆ｜．　首的ＩＳＰ集团；另一个是由Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ、Ｂａｉｌｅｙ等公司牵头的　ＷｏｒｌｄＦ１Ｐ集团。１９９４年，两大集团宣布合并，融合成现场　总线基金会（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ）简称ＦＦ。对于现场总线的　技术发展和制定标准，基金委员会取得以下共识：共同制　定遵循ＩＥＣ／ＩＳＡ　ＳＰ５０协议标准；商定现场总线技术发展阶段　时间表。　现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）是指开放式、国际标准化、数字　化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统　的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生　产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间　司制订的ＷｏｒｄＦＩＰ协议。屈于用户的压力，这两大集团于　１９９４年９月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国　际上统一的现场总线协议。它以ＩＳＯ／ＯＳＩ开放系统互连模型　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。　的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、　新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算　机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，是信息化　带动工业化和工业化推动信息化的适用技术，是能应用　顼炀设备　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都投入相当大的人　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（ＦｉｅＩｄｂｕｓＣｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）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、Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ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，目前现场总线网络互联都是遵守ＯＳＩ参考模型。由于现　场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础，这一技　基金会现场总线分低速Ｈ１和高速Ｈ２两种通信速率。　Ｈ１的传输速率为３１２５Ｋｂｐｓ，通信距离可达Ｉ９００ｍ（可加中　继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。Ｈ２　的传输速率为１　Ｍｂｐｓ和２５Ｍｂｐｓ两种，其通信距离为７５０ｍ和　５００ｍ。物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协　议符合ＩＥＣ１　１５８—２标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯　特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳　变。正跳变代表０，负跳变代表ｌ，从而使串行数据位流中　具有足够的定位信息，以保持发送双方的时间同步。接收　方既可根据跳变的极性来判断数据的“１”、　“０”状态，　也可根据数据的中心位置精确定位。　为满足用户需要，Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ、Ｒｏｎａｎ等公司已开发出　可完成物理层和部分数据链路层协议的专用芯片，许多仪　表公司已开发出符合ＦＦ协议的产品，ｌ总线已通过Ｏｔ测试和　ｔ３测试，完成了由１３个不同厂商提供设备而组成的ＦＦ现场　总线工厂试验系统。２总线标准也已经形成。　１９９６年１０月，在芝加哥举行的ＩＳＡ９６展览会上，由现场　总线基金会组织实施，向世界展示了来自４０多家厂商的７０　术正在从根本上改变控制系统的理念和方法，将极大地推　动整个工业领域的技术进步，对工业自动化系统的影响将　是积极和深远的。　５　翻扬恙曩∞　誊　目前国际上有４０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，按其传输数据的大小可分为３　多种符合ＦＦ协议的产品，并将这些分布在不同楼层展览大　厅不同展台上的ＦＦ展品，用醒目的橙红色电缆，互连为七　段现场总线演示系统，各展台现场设备之间可实地进行现　场互操作，展现了基金会现场总线的成就与技术实力。　类：传感器总线（Ｓｅｎｓｏｒ　Ｂｕｓ），属于位传输；设备总线（Ｄｅｖｉｃｅ　Ｂｕｓ），属于字节传输：现场总线，属于数据流传输。　５．２　ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线　ＬｏｎＷｏｒｋｓ是又一具有强劲实力的现场总线技术，它是　由美国Ｅｃｅｌｏｎ公司推出并由它们与摩托罗拉Ｍｏｔｏｒｏｌａ、东芝　Ｈｉｔａｃｈ公司共同倡导，于１９９０年正式公布而形成的。它采用　了ＩＳＯ／ＯＳＩ模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设　计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，　其通讯速率从３００ｂｐｓ至ｌ　５Ｍｂｐｓ不等，直接通信距离可达到　５．１基金会现场总线　基金会现场总线，￣ｐＦｏｕｄａｔｉｏｎ　Ｆｉｅｌｄｂｕｓ，简称ＦＦ，这　是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的　技术。其前身是以美国Ｆｉｓｈｅｒ－Ｒｏｕｓｅｍｏｕｎｔ公司为首，联合　Ｆｏｘｂｏｒｏ、横河、ＡＢＢ、西门子Ｓｉｅｍｅｎｓ等８０家公司制订的　ＩＳＰ协议和以Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司为首，联合欧洲等地的１５０家公　圈ｌ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＵＴＬＯＯＫ　ｌ　嘹望　２７００ｍ（７８ｋｂｐｓ，双绞线），支持双绞线、同轴电缆、光纤、　射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本　安防爆产品，被誉为通用控制网络。　ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术所采用的ＬｏｎＴａｌｋ协议被封装在称之为　Ｎｅｕｒｏｎ的芯片中并得以实现。集成芯片中有３个８位ＣＰＵ；　一由Ｐｒｏｆｉｂｕｓ　Ｄｐ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＦＭＳ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＰＡ组成了Ｐｒｏｆｉｂｕｓ系　列。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，它遵从ＩＥＣ１　ｌ５８—２标准。　该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所　共同推出的。它采用了ＯＳＩ模型的物理层、数据链路层，由　这两部分形成了其标准第一部分的子集，ＤＰ型隐去了３～７　个用于完成开放互连模型中第１～２层的功能，称为媒体　访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理；第二个用　于完成第３～６层的功能，称为网络处理器，进行网络变量　处理的寻址、处理、背景诊断、函数路径选择、软件计量　时、网络管理，并负责网络通信控制、收发数据包等；　第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。　层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，ＦＭＳ型　只隐去第３～６层，采用了应用层，作为标准的第二部分。　ＰＡ型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从　ＩＥＣ１　ｌ５８—２（１）标准，可实现总线供电与本质安全防爆。　Ｐｏｒｉｆｂｕｓ支持主一从系统、纯主站系统、多主多从混合　系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动　发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传　递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有　总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最　芯片中还具有存储信息缓；中区，以实现ＣＰＵ之间的信息　传递，并作为网络缓；中区和应用缓；中区。￣Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司　生产的神经元集成芯片ＭＣ１４３１２０Ｅ２就包含了２ＫＲＡＭ和　２ＫＥＥＰＲＯＭ。　ＬｏｎＷｏｅｋｓ技术的不断推广促成了神经元芯片的低成　本（每片价格约５－９美元），而芯片的低成本又返过来促进了　ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术的推广应用，形成了良好循环，据Ｅｃｅｌｏｎ公司　长时间。按Ｐｒｏｆｉｂｕｓ的通信规范，令牌在主站之间按地址编　号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可　以按主一从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通　的有关资料，到１９９６年７月，己生产出５００万片神经元芯片。　ＬｏｎＷｏｒｋｓ公司的技术策略是鼓励各ＯＥＭ开发商运用　ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术和神经元芯片，开发自己的应用产品，据　称目前已有２６００多家公司在不同程度上卷人了ＬｏｎＷｏｒｋｓ　技术：１０００多家公司已经推出了ＬｏｎＷｏｒｋｓ产品，并进一　信。主站可采取对所有站点广播（不要求应答）或有选择地向　一组站点广播。　Ｐｒｏｆｉｂｕｓ的传输速率为９６ｋｂｐｓ￣ｌ　２ｋｂｐｓ最大传输距离在　步组织起ＬｏｎＷａｒｋＮｉ操作协会，开发推广ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术与　产品。它被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系　统、办公设备、运输设备、工业过程控制等行业。为了支　持ＬｏｎＷｏｒｋｓ与其它协议和网络之间的互连与互操作，该公　司正在开发各种网关，以便将ＬｏｎＷｏｒｋｓ与以太网、ＦＦ、　Ｍｏｄｂｕｓ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、Ｓｅｒｐｌｅｘ等互连为系统。　１２ｋｂｐｓ时为１０００ｍ，１５Ｍｂｐｓ时为４００ｍ，可用中继器延长至　１　０ｋｍ。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可　挂接１２７个站点。　５．４　ＣＡＮ控制网络总线　ＣＡＮ是控制网络Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ的简称，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。其总线规范现已被ＩＳＯ国际标准组织制订为国　际标准，得到了Ｍｏｔｏｒｏｌａ、ｌｎｔｅｌ、Ｐｈｉｌｉｐｓ、Ｓｉｅｍｅｎｓ、ＮＥＣ等　公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。　另外，在开发智能通信接口、智能传感器方面。　ＬｏｎＷｏｒｋｓ神经元芯片也具有独特的优势。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术　已经被美国暖通工程师协会ＡＳＲＥ定为建筑自动化协议　ＢＡＣｎｅｔ的一个标准。根据剐刚收到的消息，美国消费电子　制造商协会已经通过决议，以ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术为基础制定了　ＥＩＡ一７０９标准。　这样，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，吸引了数万家企业参与到这项工作　控制室一：一～生产现场　中来，这对于一种技术的推广、应用有很大的促进作用。　ＣＡＮ协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模　型基础上的，不过，其模型结构只有３层，只取ＯＳＩ底层的　物理层、数据链路层和顶上层的应用层。其信号传输介质　为双绞线，通信速率最高可达ｌ　Ｍｂｐｓ／４０ｍ，直接传输距离　５．３　Ｐｒｏｆｉｂｕｓ标准总线　Ｐｒｏｆｉｂｕｓ是作为德国国家标准ＤＩＮ　１　９２４５和欧洲标准　ｐｒＥＮ　５０１７０的现场总线。ＩＳＯ／ＯＳＩ模型也是它的参考模型。　技术嘹望■ｌｌ，ｉｖｌ　ｌ¨　’：　…　ｊ　最远可达ｌＯｋｍ／ｋｂｐｓ，可挂接设备最多可达ｌ１０个。　播方式。按应答方式工作时的数据更新速率为２Ｎ３次／ｓ，按　广播方式工作时的数据更新速率为３Ｎ４次／ｓ，它还可支持两　个通信主设备。总线上可挂设备数多达１５个，每个现场设　ＣＡＮ的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数　为８个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错　误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，　使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干　扰能力。　备可有２５６个变量，每个信息最大可包含４个变量。最大传　输距离３０００ｍ，ＨＡＲＴ采用统一的设备描述语言ＤＤＬ。现场　设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由ＨＡＲＴ基　金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字　典，主设备运用ＤＤＬ技术，来理解这些设备的特性参数而　不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混信　号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口　芯片。ＨＡＲＴ￣Ｉ］用总线供电，可满足本安防爆要求。　ＣＡＮ支持多主方式工作，网络上任何节点均在任意时　刻主动向其它节点发送信息，支持点对点、一点对多点和　全局广播方式接收／发送数据。它采用总线仲裁技术，当出　现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可　继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而　避免了总线冲突。　已有多家公司开发生产了符合ＣＡＮ协议的通信芯片，如　ｌｎｔｅｌ公司的８２　５２　７、Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的ＭＣ６８ＨＣ０５Ｘ４、Ｐｌｌｉｌｉｐｓ公　５．６　ＲＳ一４８５通讯协议　尽管ＲＳ一４８５不能称为现场总线，但是作为现场总线的　鼻祖或者作为许多现场总线的物理层，还有许多设备继续　沿用这种通讯协议。采用ＲＳ一４８５通讯具有设备简单、低成　本等优势，仍有一定的生命力。以ＲＳ一４８５为基础的ＯＰＴＯ一　司的８２　ｃ２　５０等。还有插在ＰＣ机上的ＣＡＮ总线接口卡，具有　接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。　５．５　ＨＡＲＴ通信总线　ＨＡＲＴ是Ｈｉｇｈｗａｙ　Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｔｒａｎｓｄｕｅｒ的缩　２２命令集等也在许多系统中得到了广泛的应用。　写。最早由Ｒｏｓｅｍｏｕｔ公司开发并得到８０多家著名仪表公司　的支持，于１９９３年成立了ＨＡＲＴ通信基金会。这种被称为可　寻址远程传感高速通道的开放通信协议，其特点是现有模　０现赫葛　峨童　≥　现场总线技术的发展应体现为两个方面：一个是低速　现场总线领域的继续发展和完菩：另一个是高速现场总线　技术的发展。　目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行　速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。从应用状　况看，无论是ＦＦ和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ，还是其他一些现场总线，都能　较好地实现速率要求较慢的过程控制。因此，在速率要求　较低的控制领域，谁都很难统一整个世界市场。而现场总　线的关键技术之一是互操作性，实现现场总线技术的统一　是所有用户的愿望。今后现场总线技术如何发展、如何统　一拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统　转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过　渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。　ＨＡＲＴ通信模型由３层组成：物理层、数据链路层和　应用层。物理层采用ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｈｉｔｆ　Ｋｅｙｉｎｇ）技术在　４ｍＡ～２０ｍＡ模拟信号上迭加一个频率信号，频率信号采用　Ｂｅｌｌ２０２国际标准；数据传输速率为１２００ｂｐｓ，逻辑０的信号　频率为２２００Ｈｚ，逻辑１的信号传输频率为１２００Ｈｚ。　数据链路层用于按ＨＡＲＴ通信协议规则建立ＨＡＲＴ信　息格式。其信息构成包括开头码、显示终端与现场设备地　址、字节数、现场设备状态与通信状态、数据、奇偶校验　等。其数据字节结构为１个起始位，８个数据位，１个奇偶校　，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。　高速现场总线主要应用于控制网内的互连，连接控　制计算机、ＰＬＣ等智能程度较高、处理速度快的设备，以　及实现低速现场总线网桥间的连接，它是充分实现系统的　全分散控制结构所必须的。目前这一领域还比较薄弱。　因此，高速现场总线的设计、开发将是竞争十分激烈的领　域，这也将是现场总线技术实现统一的重要机会。而选择　验位，１个终止位。应用层的作用在于使ＨＡＲＴ指令付诸实　现，即把通信状态转换成相应的信息。它规定了一系列命　令；按命令方式工作。它有３类命令：第一类称为通用命　令，这是所有设备理解、执行的命令：第二类称为一般行　为命令，它所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全　什么样的网络技术作为高速现场总线的整体框架将是其首　要内容。　部）中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库；　第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功　能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发　此命令的公司所独有。在一个现场设备中通常可发现同时　存在这３类命令。ＨＡＲＴ支持点对点主从应答方式和多点广　发展现场总线技术已成为工业自动化领域广为关注的　焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲　破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对中　国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严　峻的挑战。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总　ｆＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＯＵＴＬＯＧＫ　Ｉ技术嘹望　线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络　技术日新月异，发展十分迅猛，一些具有重大影响的网络新　技术有实质性的市场活动，所以大部分国内厂商将首先接受　ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术。尽管ＦＦ号称仪器仪表行业的未来标准，但　是由于没有明确的市场策略和在国内积极的市场活动，市　场份额将会受到很大影响。而且事实表明，所有的现场总　线基金会（ＦＦ）会员在研制符合ＦＦ标准的同时，都同时推出　采用ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术的应用，由此可见ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术的生命　力十分顽强。在离散制造加工领域，由于行业应用的特点　技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展前　景的现场总线技术有：智能仪表与网络设备开发的软硬件技　术；组态抗术，包括网络拓扑结构、网络设备、网段互连　等：网络管理技术，包括网络管理软件、网络数据操作与传　输；人机接口、软件技术：现场总线系统集成技术。　总体说来，自动化系统与设备将朝着现场总线体系结　构的方向前进，这一发展趋势是肯定的。既然是总线，就　要向着趋于开放统一的方向发展，成为大家都遵守的标准　规范，但由于这一技术所涉及的应用领域十分广泛，几乎　覆盖了所有连续、离散工业领域，如过程自动化、制造加　工自动化、楼宇自动化、家庭自动化等等。大干世界，众　多领域，需求各异，一个现场总线体系下可能不止容纳单　一和历史原因，其主流技术会有一些差别。Ｐｒｏｆｉｂｕｓ￣ＤＣＡＮ在　这一领域具有较强的竞争力。他们已经在这一领域形成了　自己的优势。在楼宇自动化、家庭自动化、智能通信产品　等方面，ＬｏｎＷｏｒｋｓ￣ＪＪ具有独特的优势。由于ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术　的特点，在多样化控制系统的应用上将会有较大的发展。　绪鞭浯　现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是　计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信　息技术、测量技术在信息时代的体现。现场总线技术经过　１０年的研发、试验和局部应用阶段，现已开始大量地在中　的标准。几大技术均具有自己的特点，已在不同应用领　域形成了自己的优势。加上商业利益的驱使，它们都各自　正在十分激烈的市场竞争中求得发展。有理由认为：在从　现在起的未来１０年内，可能出现几大总线标准共存，甚至　在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网　小系统中应用，并开始在超大规模的自动化系统工程中应　用。现场总线技术是工业数字通信时代的先驱，它的出现　正在引起工业控制领域的一次前所未有的技术革命。现场　总线不仅仅是分散于最底层的控制系统，而且是建立于整　关互连实现信息共享的局面。在连续过程自动化领域内，　今后１０年内，ＦＦ基金会现场总线将成为主流发展趋势，　ＬｏｎＷｏｒｋｓ将成为有力的竞争对手，ＨＡＲＴ作为过渡性产品　也能有一定的市场。这３种技术是从这一领域的工业需求出　发，其用户层的各种功能是专业连续过程设计的，而且充　分考虑到连续工业的使用环境，如支持总线供电、可满足　本质安全防爆要求等。　个工业体系的通信系统，它的通信协议建立在控制策略之　上，标准的编程语言（ＤＤＬ）￣Ｄ强大的通信功能，使现场总线　控制系统成为贯彻操作者意志的最得力的工具，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　步取代传统的控制方法。　另外，ＦＦ基金会几乎集中了世界上主要自动化仪表制　造商；ＬｏｎＷｏｒｋｓ形成了全面的分工合作体系。这些因素对　现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。　它将促进企业网络的快速发展，为企业带来新的效益，因而　成为这一领域的主流技术是十分关键的。由于ＨＡＲＴ建立在　目前广泛采用的模拟系统之上，它可以充分照顾到现有设　备和已有投资的效益，技术上也充分考虑连续过程使用环　境的需要。目前它已经占有一定的市场份额，其技术本身　还在不断完善与更新，如提高传输速率等。目前国３ｂＨＡＲＴ　仪表的市场份额还在不断增长，呈上升趋势，但是它毕竟　会得到广泛的应用，并推动自动化相关行业的发展。　●膏文献　…梁芝飑．现场总线技术的研究和开发【Ｄ】浙江火　，２００２．　【２】宣建汀ＨＳＥ现场总线协议系统管　的分析　实现ｆＤ１浙汀大　学，２００２．　是过渡性产品，其生存周期不会很长。国内则由于很多项　目都是新项目，所以对兼容性的考虑较少，而对先进性的　考虑较多，相信ＨＡＲＴ在国内的市场份额不会很大。国内市　场与国３１、市场会有比较大的差异。一方面国外市场上占优　势的产品会不断渗透到国内：另一方面，由于国内厂商的　规模相对较小，研发能力较差，更多的是依赖技术供应商　［３】刘子行基金会现场总线协议的开发【ＤＪ．浙汀大　，２００２．　【４】徐强．ＨＳＥ现场总线通信栈关键技术的研究　开发［Ｄ　Ｊ．淅汀大　学，２００３．　【５］Ｒ俊．分布式控制系统【｛】的通信机制的研究【Ｄ】．浙汀大学，２（）０３　【６】姜华．ＦＦ高速以太刚现场总线的协议软件实现与应』｛Ｊ研宄ＩＤ】浙　汀大学，２００３．　的支持，比较容易受现场总线技术供应商（芯片制造商等）对　国内的支持和市场推广力度的影响。国内目前仅ＬｏｎＷｏｒｋｓ