现场总线技术及其应用研究论文

目录

1现场总线技术概述 ........................................................................................................................ 6

1.1现场总线的定义： ............................................................................................................ 6

1.2 现场总线技术产生的意义 ............................................................................................... 6

1.3 现场总线技术的发展现状与展望 ......................................................................................... 6

1.3.1 现场总线技术的发展现状 ................................................................................... 6

1.3.2 现场总线技术的应用展望 ................................................................................. 8

2现场总线的种类 ............................................................................................................................ 9

2.1基金会现场总线 ................................................................................................................ 9

2.2 LonWorks ............................................................................................................................ 9

2.3 Profibus ............................................................................................................................. 10

2.4 CAN .................................................................................................................................. 11

2.5 HART ................................................................................................................................ 11

2.6 RS-485 .............................................................................................................................. 12

3各种现场总线的特点和应用领域 .............................................................................................. 13

3.1 PROFIBUS现场总线 ........................................................................................................ 13

4.现场总线控制系统的发展 ......................................................................................................... 15

4.1现场总线控制系统体系结构 .......................................................................................... 15

4.2自动控制领域的发展过程 .............................................................................................. 15

4.2.1第一代过程控制体系 .......................................................................................... 15

4.2.2第二代过程控制体系 .......................................................................................... 15

4.2.3第三代过程控制体系 .......................................................................................... 15

4.2.4第四代过程控制体系 .......................................................................................... 16

4.2.5第五代过程控制体系 .......................................................................................... 16

4.3现场总线协议控制器 ...................................................................................................... 16

4.4智能化配电系统 .............................................................................................................. 16

4.5现场总线崛起的过程 ...................................................................................................... 17

4.6现场总线的技术基础 ...................................................................................................... 17

4.7多现场总线技术 .............................................................................................................. 17

4.8 现场总线的技术特点 ................................................................................................... 19

4.8.1 系统的开放性 ................................................................................................... 19

4.8.2 互可操作性与互用性 ....................................................................................... 19

4.8.3 现场设备的智能化与功能自治性 ................................................................... 19

4.8.4 系统结构的高度分散性 ................................................................................... 19

4.8.5 对现场环境的适应性 ....................................................................................... 19

4.9现场总线控制系统与其他控制系统的比较 .................................................................. 20

4.9.1 模拟仪表控制系统 ........................................................................................... 20

4.9.2 集中式数字控制系统 ....................................................................................... 21

4.9.3 集散控制系统（DCS） ..................................................................................... 21

4.9.4 现场总线控制系统（FCS） ............................................................................. 21

5现场总线技术的优势 .................................................................................................................. 22

5.1现场总线的优点 .............................................................................................................. 22

5.1.1节省硬件数量与投资 .......................................................................................... 22

5.1.2节省安装费用 ...................................................................................................... 22

5.1.3节省维护开销 ...................................................................................................... 22

5.1.4用户具有高度的系统集成主动权 ...................................................................... 22

5.1.5提高了系统的准确性与可靠性 .......................................................................... 23

5.2现场总线系统与传统的DCS相比，具有以下技术特点和优势。 .............................. 24

5.2.1 全数字通信 ......................................................................................................... 24

5.2.2 控制分散 ............................................................................................................. 24

5.2.3 开放性、互操作性 ............................................................................................. 24

5.2.4 多分支结构 ......................................................................................................... 25

5.2.5 现场设备状态可控 ............................................................................................. 25

5.2.6 降低了系统及工程成本 ..................................................................................... 25

5.3基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点 .............................................. 25

5.3.1增强了现场级信息集成能力 .............................................................................. 25

5.3.2开放式、互操作性、互换性、可集成性 .......................................................... 25

5.3.3系统可靠性高、可维护性好 .............................................................................. 26

5.3.4降低了系统及工程成本 ...................................................................................... 26

6现场总线的发展趋势 .................................................................................................................. 27

6.1现场总线的发展不会被计算机通信技术取代 .............................................................. 27

6.1.1现场总线与一般计算机通信在功能上的不同 .................................................. 27

6.1.2现场总线与一般计算机通信在要求上的不同 .................................................. 27

6.1.3现场总线与一般计算机通信在结构上的不同 .................................................. 28

6.2国内现场总线的发展趋势 .............................................................................................. 29

7工业以太网 .................................................................................................................................. 31

7.1前言 .................................................................................................................................. 31

7.2工业以太网的研究现状 .................................................................................................. 31

7.2.1以太网集线器 ...................................................................................................... 31

7.2.2在以太网的协议中加入实时功能 ...................................................................... 32

7.2.3工业以太网的研究课题 ...................................................................................... 32

7.3工业以太网的应用实例 .................................................................................................. 32

7.4现场总线与工业以太网的区别 ...................................................................................... 33

8结束语.......................................................................................................................................... 33

现场总线技术及其应用研究

中文摘要:

现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导

致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领

域及前景。

现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和

到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随

着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全

数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。

现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体

的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产

设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS

三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结

构体系。

English summary :

Fieldbus technology since the 70 birth date, because of its superiority in many ways to get a

wide range of promotion, led to a revolution in the field of automatic control. This article

describes several aspects of the types of field bus technology, status, applications and prospects.

Fieldbus FF (Field Bus) concept originated in the 70's, the main consideration was the

operating room on-site signals and control signals to control the instrument by a team bus to the

digital signal is transmitted, each signal having a set of signal lines are used . Intelligent

instrumentation and communication with the digital technology, digital communication network

extends to the field of industrial process possible, by the all-digital on-site instead of digital and

analog control system Distributed control system industrial control systems have become an

inevitable trend.

Fieldbus has developed into computer networks, communication technology, field control,

production management, etc. as one of the field bus control system FCS (Field-bus Control

System). Communication line will extend to the production site has been producing equipment for

process and manufacturing automation equipment or field instrument field-site communication

network interconnection, the traditional DCS network structure into a two-tier network

architecture, reduce costs, Improve the reliability, control and management to achieve the

integration of architecture.

关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势

致谢:

本课题在选题及研究过程中得到刘萍老师的悉心指导，刘老师多次询问研究进程，并为

我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨热忱鼓励。刘老师一丝不苟的作风严谨求实的态度

踏踏实实的精神不仅授我以文，而且教我做人，对刘老师的感激之情是无法用言语表达的！

感谢萧申昕老师、杨彦老师、李林老师等对我的教育培养，他们细心指导我的学习，在

此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬！

许多同学及朋友为我提供了良好的研究条件和精确资料，谨向各位同仁表示诚挚的敬意

和谢忱！

感谢我的父母，焉得湲草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最

大的心愿！

在论文即将完成之际，我的心情无法平静。从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少

可敬的师长、同学、朋友、给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！

前 言

现场总线（Fieldbus）是80年代末、90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。

现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯

代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控

制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家

们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。

1现场总线技术概述

1.1现场总线的定义：

目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备

/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其

中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、

数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同

完成自动控制功能的网络系统与控制系统。

1.2 现场总线技术产生的意义

（1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络

通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆

将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完

成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。

（2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有

限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤

岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。

（3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加

入工厂信息网络， 构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产

现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级

与车间级信息集成的技术基础。

1.3 现场总线技术的发展现状与展望

1.3.1 现场总线技术的发展现状

从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣

的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、

P-Net、FIP、ISP等，其中最具有影响力的有5种，分别是FF、Lon Works、Profibus、CAN

和HART。

FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为

工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智

能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一

体化的综合自动控制系统。纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针

对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动

下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。

早期的控制系统主要是模拟仪表控制系统，设备之间传输的信号为1～5V或4～20mA

的直流模拟信号，信号的精度较低，传输过程中易受干扰。随着电子技术和计算机技术的发

展，以单片机、计算机和可编程序控制器（PLC）为控制器的集中数字控制系统逐步取代了

模拟仪表控制系统，集中数字控制系统中控制器内部传输的是数字信号，克服了模拟仪表控

制系统中模拟信号精度较低的缺点，提高了系统的抗干扰能力。但是集中数字控制系统对控

制器的要求很高，必须具有足够的处理能力和很高的可靠性，当系统任务增加时控制器的效

率和可靠性会下降。

以集中管理、分散控制为核心思想的集散控制系统（DCS）在20世纪末期逐步占据了

主导地位。在集散控制系统中管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，多台下位

机下放分散到现场实现分布式控制功能，上下位机之间以控制网络互联以实现相互之间的信

息传递，克服了集中数字控制系统对控制器的的处理能力和可靠性要求很高的缺点。在集散

控制系统中分布式控制功能的实现正是得益于网络技术的发展和应用，然而，由于不同的

DCS厂家出于垄断经营的目的而对其控制通讯网络采用专用的封闭形式，不同厂家的DCS

系统之间以及DCS与上层的Intranet、Internet之间难以实现网络互联和信息共享，因此DCS

系统实质上是一种专用封闭的、不能互联的分布式控制系统，且DCS价格昂贵，用户对此

提出了开放性和降低成本的迫切要求。

现场总线控制系统FCS正是顺应了上述的用户要求，采用了现场总线这一开放的、可

互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表设备相互连接，把控制功能彻底下放到现场，降

低了安装成本和维护费用。因此FCS系统实质上是一种开放的、可以互连的、彻底分散的

分布式控制系统。

1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施工作组中的ISA/SP50开始制定现场

总线标准；1985年，国际电工委员会决定由Proway Working Group负责现场总线体系结构

与标准的研究制定工作；1986年，德国开始制定过程现场总线（Process Fieldbus）标准，简

称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发的序幕。

1992年，由Siemens，Rocemount，ABB，Foxboro，Yokogawa等80家公司联合，成立

了ISP（Interoperable System Protocol）组织，着手在PROFIBUS的基础上制定现场总线标

准。1993年，以Honeywell，Bailey等公司为首，成立了World FIP（Factory Instrumentation

Protocol）组织，有120多个公司加盟该组织，并以法国标准FIP为基础制定现场总线标准。

1994年，ISP和World FIP的北美分部合并成立了现场总线基金会（Fieldbus Foundation简

称FF），推动了现场总线标准的制定和产品开发，并于1996年第一季度颁布了低速总线H1

的标准，安装了示范系统，将不同厂商的符合FF规范的设备互连构成控制系统和通讯网络，

使H1低速总线开始步入实用阶段。

与此同时，在不同行业还陆续派生出一些有影响的总线标准。它们大都在某些公司标

准的基础上逐渐形成，并得到其他公司、厂商、用户及国际组织的支持。如德国Bosch公司

推出的CAN（Control Area Network），美国Echelon公司推出的LonWorks等。预计在今后

的一段时期内，会出现几种现场总线标准共存、同一生产现场有几种异构网络互连通讯的局

面。但是发展共同遵从的统一的标准规范，真正形成开放的互连系统，将是现场总线技术的

发展趋势。

现场总线技术是工业控制领域出一种新兴的控制技术，它是计算机技术，通信技术，

集成电路技术及智能传感技术几种技术的结合，是当今自动控制技术发展的热点，代表了工

业控制 领域今后的一种发展方向。它的出现，将使传统的控制系统无论在结构上还是在性

能上出现巨大的飞跃，可以说现场总线是控制领域的一场革命，它代表了一种有突破意义的

新的控制思想，它将开辟一个新的时代。现场总线出现于80年代中后期，从本质上来说，

它是一种数字通信协议，是一种应用于生产现场、在智能化控制设备之间实行双向串行通信、

多节点的数字通信的系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自

控系统和设备有了通信能力。

现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）是继基地式气动仪表控制系统，电动

单元组合式模拟仪表控制系统，集中实式数字控制系统集散式控制系统DCS后的新一代控

制系统。现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”使得“危险分散，控制分散”，但

即使是现在流行的DCS 控制，其与工业过程打交道的过程控制站仍然还是集中的，现场信

号的检测、传输和控制还是采用的4~20mA的模拟信号，这正是对分散控制，集中监控思想

的违背。

而FCS 控制系统真正做到了这一点，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能

完成诸如数据采集，数据处理，控制运算和数据输出大部分现场功能，只有一些现场仪表无

法完成的高级控制功能才由上位机来完成。而且现场节点之间可以相互通信实现互操作，现

场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机，有益于设备管理。

1.3.2 现场总线技术的应用展望

现场总线技术的产生促进了现场设备的数字化和网络化，使现场控制的功能更加强大。

由于采用了现场总线技术而带来了过程控制系统的开放性，使得系统成为具有测量、控制、

执行和过程诊断等综合能力的控制网络。为更好适应工业过程控制的需要，今后现场总线技

术会从以下几个方面发展：

(1)基于现场总线的一次仪表和二次仪表的研制

现在，生产自动化仪表的厂家必须向现场总线靠拢，开发出具有现场总线结构的一次及

二次仪表。检测、变换、补偿、控制、告警、趋势分析等功能可以分散在现场解决，简化上

层系统，彻底实现分散控制、集中管理以提高系统的可靠性和稳定性。

(2)基于现场总线网络设备的软、硬件开发

系统的开放性和通信问题是分散控制系统的突出问题，它需要解决不同厂家软、硬件产

品能否集中到一个系统的问题。如Lon Works总线技术的产品，只要遵循Lon Talk标准，几

百家不同产品均可连接在一个系统中，所以要进行网络设备的研制必须遵循现场总线的统一

标准。

(3)开放的组态技术研究

目前现场总线系统的组态是比较复杂的，需要组态的参数多，各参数之间的关系比较复

杂，所以研究开放的组态技术也是现场总线的发展趋势。开放的组态技术的研究主要还包括

网络拓扑结构、网络设备、网段互联等。在异构网连接的网关路由的开发方面，Lon Works

具有独特的优势。

(4)网络设计与网络管理技术的增强

网络设计的重点是从物理形态上考虑通信网络和输入、输出线缆网络的布置，减少信息

的往返传递是现场总线系统中网络设计和系统组态的一条重要原则。因此，网络设计时应优

先将相互间信息交换量大的节点放在同一条支路里。网络管理技术主要还包括网络管理软

件、网络数据操作与传输。现场总线的出现形成了低层网络，应同时提供与企业网、国际互

联网相连接的可能性。

(5)基于现场总线技术的全开放控制系统集成技术的开发

自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向发展，并且涉及的应用领域十分广

阔，几乎覆盖了所有的过程控制领域。

(6)控制网络与数据网络的结合

实现Internet-Intranet-Infranet体系结构，对于人们的生产和生活有着重要的意义。如远

程监控系统就是该体系在生产控制领域内的应用之一。现场总线系统接入Internet，在一定

的条件下便可通过Internet监视，并控制这些生产系统和现场设备的运行状况和各种参数[3]。

2现场总线的种类

从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的

局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、

P-Net、FIP、ISP等，其中最具有影响力的有5种，分别是FF、Lon Works、Profibus、CAN

和HART。

2.1基金会现场总线

基金会现场总线，即FoudationFieldbus,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。

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1900m(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1Mbps和2.5Mbps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IEC1158-2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1，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，1总线已通过ａ测试和β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。

2.2 LonWorks

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、东芝公司共同倡导，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15Mbps不等，直接通信距离可达到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。

芯片中还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓

冲区。如Motorola公司生产的神经元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和

2KEEPROM。

LonWorks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公司的有

关资料，到1996年7月，已生产出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入了LonWorks技术:1000

多家公司已经推出了LonWorks产品，并进一步组织起LonWark互操作协会，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。

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。根据刚刚收到的消息，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-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中来，这对于一种技术的推广、应用有很

大的促进作用。

2.3 Profibus

Profibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI

模型也是它的参考模型。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IEC1158-2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IEC1158-2(1)标准，可实现总线供电与本质安全防爆。

Porfibus支持主—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—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通

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96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为

400m，可用中继器延长至10km。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。

2.4 CAN

CAN是控制网络ControlAreaNetwork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、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散

控制领域。

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1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps,可挂接设备最多可

达110个。

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。

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Intel公司的82527，Motorola

公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250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。

2.5 HART

HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的缩写。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(FrequencyShiftKeying)技术在4～20mA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播方式。按应答

应方式工作时的数据更新速率为2～3次/ｓ,按广播方式工作时的数据更新速率为3～4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能利用总线供电，可满足本安防爆要求。

2.6 RS-485

尽管ＲＳ-485不能称为现场总线，但是作为现场总线的鼻祖，还有许多设备继续沿用

这种通讯协议。采用RS-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-485

为基础的OPTO-22命令集等也在许多系统中得到了广泛的应用。

3各种现场总线的特点和应用领域

3.1 PROFIBUS现场总线

1996年3月15日批准为欧洲标准，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS产品在世界市场上

已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，年增长率25%。目前支持PROFIBUS标准的产品超

过1500多种，分别来自国际上250多个生产厂家。在世界范围内已安装运行的PROFIBUS

设备已超过200万台，到1998年5月，适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19

个国家的40个用户厂家投入现场运行。

1985年组建了PROFIBUS国际支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用户组织

（PNO）。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。1997

年7月组建了中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线PROFIBUS产品

演示及认证的实验室。

PROFIBUS主要应用领域有：

.制造业自动化：汽车制造（机器人、装配线、冲压线等）、造纸、纺织。

.过程控制自动化：石化、制药、水泥、食品、啤酒。

.电力：发电、输配电。

.楼宇：空调、风机、照明。

.铁路交通：信号系统

3.2 FF现场总线

1994年由ISP 基金会和World FIP(北美)两大集团合并成立FF基金会，其宗旨

在于开发出符合IEC和ISO标准的、唯一的国际现场总线（Fundation Fieldbus）。低速总线

（H1）协议已于1996年发表。已完成开发的高速总线（H2）拟于1998年内发表。1997年

5月建立了中国现场总线（FF）专业委员会，并筹建FF现场总线产品认证中心。

目前，FF现场总线的应用领域以过程自动化为主。如：化工、电力厂实验系统、废水

处理、油田等行业。

3.3 LONWORKS总线

LONWORKS现场总线全称为LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制网络技术，希

望推出能够适合各种现场总线应用场合的测控网络。目前LONGWORKS应用范围广泛，主

要包括工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等。国内主要应用于楼宇自动化方

面。

3.4 CANBUS现场总线

CANBUS现场总线已由ISO/TC22技术委员会批准为国际标准IOS 11898（通讯速率小

于1Mbps）和ISO 11519（通讯速率小于125Kbps）。CANBUS主要产品应用于汽车制造、

公共交通车辆、机器人、液压系统、分散型I/O。另外在电梯、医疗器械、工具机床、楼宇

自动化等场合均有所应用。

3.5 WorldFIP现场总线

90~91年FIP现场总线成为法国国家安全标准。96年成为欧洲标准（EN 50170 V.3）。

下一步目标是靠近IEC标准，现在技术上已做好充分准备。WorldFIP国际组织在北京设有

办事处，即WorldFIP中国信息中心，负责中国的技术支持。

WorldFIP现场总线采用单一总线结构来适应不同应用领域的需求，不同应用领域采用

不同的总线速率。过程控制采用31.25Kbit/s,制造业为1M bit/s,驱动控制为1-2.5Mbit/s。采用

总线仲裁器和优先级来管理总线上（包括各支线）的各控制站的通信。可进行1对1、1对

多点（组）、1对全体等多重通信方式。在应用系统中，可采用双总线结构，其中一条总线

为备用线，增加了系统运行的安全性。

WorldFIP现场总线适用范围广泛，在过程自动化、制造业自动化、电力及楼宇自动化

方面都有很好的应用。

3.6 P-NET现场总线

P-NET现场总线筹建于己于1983年。1984年推出采用多重主站现场总线的第一批产品。

1986 年通信协议中加入了多重网络结构和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接

口产品。1987年P-NET标准成为开放式的完整标准，成为丹麦的国家标准。1996年成为欧

洲总线标准的一部分（EN 50170 V.1）。1997年组建国际P-NET用户组织，现有企业会员近

百家，总部设在丹麦的Siekeborg，并在德国、英国、葡萄牙和加拿大等地设有地区性组织

分部。

P-NET现场总线在欧洲及北美地区得到广泛应用，其中包括石油化工、能源、交通、

轻工、建材、环保工程和制造业等应用领域。

4.现场总线控制系统的发展

4.1现场总线控制系统体系结构

现场总线控制系统通常由现场智能仪表、控制器，现场总线系统，监控、组态计算机

三部分组成。它由三层网络组成: 最底层(即I/O 端)为低速现场总线(如FF的H1, Device Net

或Profibus的PA)连成的控制网络CNET，连接各种智能仪表(包括压力变送器、温度变送器、

流量测量仪表及调节阀等)，各控制器节点下放到现场, 构成一种彻底的分布式控制体系结

构；中间一层采用中速网(如FF 的H2 或Profibus的DP)连接控制器、数据集中器、远程I/O

及智能I/O设备，形成系统网络SNET；最上一层即决策支持层MNET，采用高速以太网连

接各控制器与站级计算机。现场总线控制系统是一个实现电气传动控制、仪表控制和计算机

控制一体化的系统结构，它的网络拓扑结构可采用线形、总线形、星形、环形等。一般情况

下采用线形结构,通讯介质可用双绞线、光导纤维电缆、同轴电缆、电力线、无线、红外线

等各种形式。

4.2自动控制领域的发展过程

4.2.1第一代过程控制体系

50多年前第一代过程控制体系是基于5－13psi的气动信号标准（气动控制系统PCS，

PneumaticControlSystem）。简单的就地操作模式，控制理论初步形成，尚未有控制室的概念。

4.2.2第二代过程控制体系

第二代过程控制体系（模拟式或ACS,AnalogControlSystem）是基于0－10mA或4－

20mA的电流模拟信号，这一明显的进步，在整整25年内牢牢地统治了整个自动控制领域。

它表征了电气自动控制时代的到来。控制理论有了重大发展，三大控制论的确立奠定了现代

控制的基础；控制室的设立，控制功能分离的模式一直沿用至今。

4.2.3第三代过程控制体系

第三代过程控制体系（CCS，ComputerControlSystem）.70年代开始了数字计算机的应

用，产生了巨大的技术优势，人们在测量，模拟和逻辑控制领域率先使用，从而产生了第三

代过程控制体系（CCS，ComputerControlSystem）。这个被称为第三代过程控制体系是自动

控制领域的一次革命，它充分发挥了计算机的特长，于是人们普遍认为计算机能做好一切事

情，自然而然地产生了被称为“集中控制”的中央控制计算机系统，需要指出的是系统的信号

传输系统依然是大部分沿用4－20mA的模拟信号，但是时隔不久人们发现，随着控制的集

中和可靠性方面的问题，失控的危险也集中了，稍有不慎就会使整个系统瘫痪。所以它很快

被发展成分布式控制系统（DCS）。

4.2.4第四代过程控制体系

第四代过程控制体系（DCS，DistributedControlSystem分布式控制系统）：随着半导体制造技术的飞速发展，微处理器的普遍使用，计算机技术可靠性的大幅度增加，目前普遍使用的是第四代过程控制体系（DCS，或分布式数字控制系统），它主要特点是整个控制系统不再是仅仅具有一台计算机，而是由几台计算机和一些智能仪表和智能部件构成一个了控制系统。于是分散控制成了最主要的特征。除外另一个重要的发展是它们之间的信号传递也不仅仅依赖于4－20mA的模拟信号，而逐渐地以数字信号来取代模拟信号。

4.2.5第五代过程控制体系

第五代过程控制体系（FCS，FieldbusControlSystem现场总线控制系统）：FCS是从DCS发展而来，就象DCS从CCS发展过来一样，有了质的飞跃。“分散控制”发展到“现场控制”；数据的传输采用“总线”方式。但是FCS与DCS的真正的区别在于FCS有更广阔的发展空间。

4.3现场总线协议控制器

通用型现场总线协议控制器是采用模块化结构和多CPU工作方式来设计的，因为模块化的结构可以使系统有较强的扩展能力，为系统将来的升级换代带来便利。

通用型现场总线协议控制器主要由底板和插卡组成，其中底板带有电源以及扩展槽、固定支架、系统总线、信号线构成。插卡分三种，分别为主控板、协议板、接口板，其中主控板和协议板带CPU。主控板负责管理整个系统以及与上位机的通信，通用型现场总线协议控制器通过RS232接口与上位机连接，主控板通过它与上位机进行信息交换，主要包括：管理系统总线，给协议板和接口板分配系统资源，与协议板进行信息交换，对来自协议板的数据进行处理，等待上位机提取。协议板是通用型现场总线协议控制器的关键部分，所有与现场设备的通信都由它完成。协议板可以提供多种现场总线协议，一般一块协议板只能进行一种现场总线协议的通信。接口板从属于某一协议板，为协议板提供通信接口。用户可以根据实际情况进行选择，接口种类有RS232、RS422、RS485等。通用型现场总线协议控制器与上位机以及与现场设备的通信都采用串行方式，而通信控制器内部各插卡之间通过系统总线来完成。其中主控板与各协议板的通信采用主从式。主控板通过系统总线分别与协议板进行通信，各协议板之间不能进行通信。

通信过程如下：主控板在系统总线上，通过广播方式发送协议板号来呼叫与之通信的协议板，每块协议板上有协议板号识别电路，只有与发送的协议板号相符的协议板才响应主控板，从而实现主控板与协议板的通信。当用户增加新的协议设备时，不必改动硬件，只需在增加的新的协议板上设置好协议板号，并在上位机的组态中添加相应的系统信息存入计算机即可。协议板和接口之间的信息传递通过系统中的局部总线来完成。

4.4智能化配电系统

智能化配电系统由配各种智能化开关柜的硬件系统和软件系统两部分组成。硬件包括

各种智能化开关柜、通用型现场总线协议控制器、上位控制计算机。

软件由主控程序、通讯界面和人机界面三部分组成。根据以上硬件设备的配置情况，在上位机上输入系统配置信息，通过串行口传递给控制器主板。主控板将系统配置信息分类传递给各协议板，各协议板收到系统信息后与所属硬件设备进行通信，将采集到的数据经主控板传送到上位机，并通过主控板接受上位机命令。

4.5现场总线崛起的过程

80年代，微处理器及其相关技术的不断发展，使得数据传送环节成为DCS发展的瓶颈。1982年，现场总线的概念首先在欧洲提出，两年后于1984年各国开始进行现场总线标准的研究和制定。1986年由Rosemount提出的通讯协议HART（HighwayAddressableRemoteTransducer,可寻址远程传感器数据通路），主要是在4－20mA的DC信号上叠加FSK（FrepuencyShiftKeying,频率调制键控）数字信号，结果取得了很好的效果，同时Interbus等简单的现场总线也都取得了成功。这样DSC的发展的重点落在了现场总线上，开始了被称为第五代过程控制体系（FCS，FieldbusControlSystem现场总线控制系统）的时代。

FCS是从DCS发展而来，有一个量变到质变的过程。从表面上来看，FCS与DCS区别仅仅在于从“分散控制”发展到“现场控制”；数据的传输从“点到点”采用“总线”方式。其实不然，当时系统论的观点已被广泛地接受，人们开始以大系统的概念来看待整个过程控制体系。系统的增大，导致了网络的通讯技术急剧发展；于是科技界充分认识到在计算机系统的发展中起过重要作用的总线技术可以大大地推进控制系统的发展。整个控制系统就象是一台巨大的“计算机”按总线方式运行，这样资源的共享成了FCS的主要发展空间，于是现场总线应运而生，并且以前所未有的激烈程度展开了市场竞争。

4.6现场总线的技术基础

现场总线以数字信号取代模拟信号，在3C技术即计算机（Computer）、控制（Control）、通信（Communication）的基础上，大量现场检测与控制的信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备，一大批数字化、智能化的高新技术产品应运而生，自动化仪表与控制系统以崭新的面貌呈现在广大用户面前。

一般认为“现场总线是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是用于工业控制的计算机系统的工业总线。按照国际电工委员会IEC61158的标准定义：“安装在制造和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、多点通信的数据总线称为现场总线。

从现场总线控制系统（FCS，FieldbusControlSystem）的角度来看，它的通讯网络结构将是ISO的通讯模型的七层结构（一般简化为三层，物理层、数据链路层、应用层）。

4.7多现场总线技术

目前，在一些工程中通常的做法是在某种现场总线的基础上开发能连接其他公司现场总线的接口产品。由于现场总线国际标准尚未建立，多种类型的现场总线枚不胜数，需要开发大量的接口产品才能满足不同工程需要。如果仅以FF、CAN、LONWORKS、PROFIBUS

－DP、MODBUS五种著名现场总线为例，要使它们中任意两种不同现场总线能统一于一个智能化配电系统中，仅是协议转换器这种接口产品就要有二十种之多，如果一个系统中有三种或三种以上不同现场总线产品，那麻烦则更大。不少企业，包括一些国际上的大公司为了解决来自不同厂家的产品兼容性问题，都投入了巨大的精力和财力，但成效甚微。

随着自动化技术和通信技术的发展，带有通信接口的产品应用量越来越大，而且随着用户对智能化控制系统可靠性和灵活性的更高要求，加上各现场总线本身的特点以及相关的产品品种繁多，因此在智能化配电系统工程设计中，采用一种现场总线总线的智能化产品往往不能满足应用的全面要求，多现场总线产品共存于一个智能化控制系统已成为一个现实的问题。

由于多现场总线系统中不同类型的产品均配专用的通信协议，有的厂家还专门为自己的产品开发了专用的通信卡、通信控制器等专用设备，因此，整个系统中的产品由于通信协议不同无法直接和主控单元进行通信，这严重防碍智能自动化控制系统设计中对智能设备的选择。对应用而言,如果在一个智能化控制系统中每一种智能化产品均选择其专用的通信卡或通信控制器，一个智能化控制系统将变得支离破碎，组态性和灵活性均较差，使得系统的性能价格比不高，而且在系统进行改造或升级时，将要花费用户更多的时间和费用。因此，多现场总线技术在一个智能化控制系统中的应用已成为一个重要的研究课题。

对于智能化自动化控制领域来说，它的现场总线有一定的特殊性。同时它又不能完全脱离上层现场总线。对于智能化控制系统的现场总线网络，特别是过程自动化系统将不得不面对几个现场总线其原因是：

实际上过 程自动化控制系统和高中压电网控制系统存在各种不同的现场总线。 ①建筑自动化系统在推广Lonworks现场总线，用于智能大厦。

②FF有国家的大力支持，也许是重要的发展方向。

③CAN的价格优势对低压电器有很大的吸引力。

④Profibus已经有了不少应用。

这是一个需要认真考虑的现实。

智能化召开系统现场总线网络是个多层次的网络,IEC62026本身就包含各种现场总线。IEC62026明确表示了高层的工业通讯网络由IEC/SC65C考虑。FCS，现场总线控制系统的一个重要的发展方向是多层次的网络结构；向下连接低层次的现场总线，智能化控制系统现场总线网络需要多层次的网络。而智能设备需要非常灵活地与各种总线、控制对象等的配合控制和交换信息。实现各种总线相互间的转换也是解决现场总线之争的途径之一。

目前，在一些工程设计中通 常的做法是在某种现场总线的基础上开发能连接其他公司现场总线的接口产品。由于现场总线国际标准尚未建立，多种类型的现场总线枚不胜数，需要开发大量的接口产品才能满足不同工程需要。如果仅以FF、CAN、LONWORKS、PROFIBUS－DP、MODBUS五种著名现场总线为例，要使它们中任意两种不同现场总线能统一于一个智能化配电系统中，仅是协议转换器这种接口产品就要有二十种之多，如果一个系统中有三种或三种以上不同现场总线产品，其技术复杂程度和管理、维护、扩展等因素都是影响现场总线在智能化控制系统中推广应用，国际上的个大公司为了解决来自不同厂家的产品兼容性问题，都投入了巨大的精力和财力，但成效甚微。

针对上述在智能化控制系统开发中遇到的实际问题，在工程中的解决方案是做一个统一而简单的子网：一个简单的子网可能解决自动化控制系统的大部分控制问题。各智能化设备的各种现场总线接口的配合可以通过相应的协议芯片来解决。

统一的子网可能使整个行业的开发成本最低，开发速度最快。为此提出了通用型现场总线协议控制器这种全面的解决方案，通过硬件和软件的方法共同对现场总线协议进行处理，解决智能化控制系统中多现场总线的兼容性问题，其目的是为了能将不同现场总线的产

品和谐地融入一个系统中，充分发挥不同产品的长处，为那些希望使用不同厂家优质产品的用户提供更大的灵活性。

通用型现场总线协议控制器是现场级的通用通信管理设备，由它把各个现场设备连成网络，并负责现场设备与上位机之间的信息传递。由于其是通用性的，只需通过相应的CPU及接口电路和软件就可以完成多种现场总线协议的转换，实现与不同厂家的现场设备进行通信。

4.8 现场总线的技术特点

现场总线在技术上主要具有以下特点：

4.8.1 系统的开放性

开放系统是指通信协议公开，不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换。一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。

4.8.2 互可操作性与互用性

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。

4.8.3 现场设备的智能化与功能自治性

现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。

4.8.4 系统结构的高度分散性

由于现场设备本身可完成自动控制的基本功能，控制站功能分散在现场仪表中，通过现场仪表就可以构成控制回路，实现了彻底的分散控制，从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了系统的可靠性、自治性和灵活性。

4.8.5 对现场环境的适应性

作为工厂网络底层的现场总线，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、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，并可满足本安防爆要求等。

4.9现场总线控制系统与其他控制系统的比较

在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。

现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。

自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。

从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线，整个系统构造比较单一。

现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。

①现场总线是一个巨大的商业机会

一项权威报告声称现场总线的应用将使控制系统的成本下降67％；巨大的商业利益直接导致产生一个巨大的市场，并且促使传统市场萎缩，从而引发技术进步。这些对于我们行业来说都很重要，因为我们正处在新旧市场交替的关口。

②.现场总线是一场技术革命

现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。

而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推广更加容易。

4.9.1 模拟仪表控制系统

模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。

4.9.2 集中式数字控制系统

集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。采用单片机、PLC、SLC或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。它的优点是容易根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制时机的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性。

4.9.3 集散控制系统（DCS）

集散控制系统（DCS）于八九十年代占主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷；不足的是，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此DCS从这个角度出发实质是一种封闭专用的、不具可互操作性的分布式控制系统而且DCS造价十分昂贵。在这种情况下，用户对网络控制系统提出了开放化和降低成本的迫切要求。

4.9.4 现场总线控制系统（FCS）

现场总线控制系统（FCS）作为新一代控制系统，利用现场总线开放且具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限；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。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。

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