工控領(lǐng)域現今最流行的九大現場(chǎng)總線(xiàn)

　　現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）是20世紀80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現場(chǎng)智能設備互連通訊網(wǎng)絡(luò )。它作為工廠(chǎng)數字通信網(wǎng)絡(luò )的基礎，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò )，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數字通訊等技術(shù)為主要內容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導致自動(dòng)化系統結構與設備的深刻變革。國際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)?，F場(chǎng)總線(xiàn)設備的工作環(huán)境處于過(guò)程設備的底層，作為工廠(chǎng)設備級基礎通訊網(wǎng)絡(luò )，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點(diǎn)：具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求，還具有網(wǎng)絡(luò )負載穩定，多數為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，現場(chǎng)總線(xiàn)系統從網(wǎng)絡(luò )結構到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數據通信網(wǎng)的特色。

　　一般把現場(chǎng)總線(xiàn)系統稱(chēng)為第五代控制系統，也稱(chēng)作FCS——現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號控制系統PCS稱(chēng)作第一代，把4～20mA等電動(dòng)模擬信號控制系統稱(chēng)為第二代，把數字計算機集中式控制系統稱(chēng)為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統DCS稱(chēng)作第四代?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS作為新一代控制系統，一方面，突破了DCS系統采用通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的局限，采用了基于公開(kāi)化、標準化的解決方案，克服了封閉系統所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結合的集散系統結構，變成了新型全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場(chǎng)?？梢哉f(shuō)，開(kāi)放性、分散性與數字通訊是現場(chǎng)總線(xiàn)系統最顯著(zhù)的特征。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)展望與發(fā)展趨勢

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展應體現為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現場(chǎng)總線(xiàn)領(lǐng)域的繼續發(fā)展和完善；另一個(gè)是高速現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。

　　目前現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品主要是低速總線(xiàn)產(chǎn)品，應用于運行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò )的性能要求不是很高。從應用狀況看，無(wú)論是FF和Profibus，還是其他一些現場(chǎng)總線(xiàn)，都能較好地實(shí)現速率要求較慢的過(guò)程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰(shuí)都很難統一整個(gè)世界市場(chǎng)。而現場(chǎng)總線(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是互操作性，實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的統一是所有用戶(hù)的愿望。今后現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)如何發(fā)展、如何統一，是所有生產(chǎn)廠(chǎng)商和用戶(hù)十分關(guān)心的問(wèn)題。

　　高速現場(chǎng)總線(xiàn)主要應用于控制網(wǎng)內的互連，連接控制計算機、PLC等智能程度較高、處理速度快的設備，以及實(shí)現低速現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)橋間的連接，它是充分實(shí)現系統的全分散控制結構所必須的。目前這一領(lǐng)域還比較薄弱。因此，高速現場(chǎng)總線(xiàn)的設計、開(kāi)發(fā)將是競爭十分激烈的領(lǐng)域，這也將是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現統一的重要機會(huì )。而選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)作為高速現場(chǎng)總線(xiàn)的整體框架將是其首要內容。

　　發(fā)展現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為注的焦點(diǎn)課題，國際上現場(chǎng)總線(xiàn)的研究、開(kāi)發(fā)，使測控系統沖破了長(cháng)期封閉系統的禁錮，走上開(kāi)放發(fā)展的征程，這對中國現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的發(fā)展是個(gè)極好的機會(huì )，也是一次嚴峻的挑戰。自動(dòng)化系統的網(wǎng)絡(luò )化是發(fā)展的大趨勢，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)受計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的影響是十分深刻的?，F在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)日新月異，發(fā)展十分迅猛，一些具有重大影響的網(wǎng)絡(luò )新技術(shù)必將進(jìn)一步融合到現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之中，這些具有發(fā)展前景的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)有；智能儀表與網(wǎng)絡(luò )設備開(kāi)發(fā)的軟硬件技術(shù)；組態(tài)抗術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、網(wǎng)絡(luò )設備、網(wǎng)段互連等；網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò )管理軟件、網(wǎng)絡(luò )數據操作與傳輸；人機接口、軟件技術(shù)；現場(chǎng)總線(xiàn)系統集成技術(shù)。

　　由于目前自動(dòng)化技術(shù)從單機控制發(fā)展到工廠(chǎng)自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統自動(dòng)化。工廠(chǎng)自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò )可分為以下三層結構：工廠(chǎng)管理級、車(chē)間監控級、現場(chǎng)設備級，而現場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)底層設備之間的通信網(wǎng)絡(luò )。這里先介紹一下以太網(wǎng)，本文特指工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)是作為辦公室自動(dòng)化領(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，按習慣主要指IEEE802.3協(xié)議，如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+TCP/IP”來(lái)表示，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統，并在IT業(yè)得到了巨大的成功。在工廠(chǎng)管理級、車(chē)間監控級信息集成領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已有不少成功的案例，在設備層對實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴格要求場(chǎng)合也有許多應用。由于現場(chǎng)總線(xiàn)目前種類(lèi)繁多，標準不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設備低層，廣泛取代現有現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，施耐德公司就是該想法的積極倡導者和實(shí)踐者，目前已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問(wèn)世和實(shí)際應用?？墒蔷湍壳岸?，以太網(wǎng)還不能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問(wèn)題，大部分現場(chǎng)層仍然會(huì )首選現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。由于技術(shù)的局限和各個(gè)廠(chǎng)家的利益之爭，這樣一個(gè)多種工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)并存，以太網(wǎng)技術(shù)不斷滲透的現狀還會(huì )維持一段時(shí)間。用戶(hù)可以根據技術(shù)要求和實(shí)際情況來(lái)選擇所需的解決方案。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的興起，開(kāi)辟了工廠(chǎng)底層網(wǎng)絡(luò )的新天地。它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來(lái)新的效益，因而會(huì )得到廣泛的應用，并推動(dòng)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

　　市面上最等流行的九大現場(chǎng)總線(xiàn)

　　目前國際上有40多種現場(chǎng)總線(xiàn)，但沒(méi)有任何一種現場(chǎng)總線(xiàn)能覆蓋所有的應用面，按其傳輸數據的大小可分為3類(lèi)：傳感器總線(xiàn)（sensorbus），屬于位傳輸；設備總線(xiàn)（devicebus），屬于字節傳輸；現場(chǎng)總線(xiàn)，屬于數據流傳輸。下面讓我一起去認識這九種現再總線(xiàn)。