现场总线技术及其控制系统纵横谈
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总之，现场总线是３Ｃ技术（计算机、通讯、控制）的融合。其技术的特点是：信号输出全数字、控制功能全分散、标准统一全开发。
４ 现场总线与局域网的区别
（１）按功能比较，现场总线连接自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备，网线上传输的是小批量数据信息，如检测信息、状态信息、控制信息等，传输速率低，但实时性高。简而言之，现场总线是一种实时控制网络。局域网用于连接局域区域的各台计算机，网线上传输的是大批量的数字信息，如文本、声音、图像等，传输速率高，但不要求实时性。从这个意义而言，局域网是一种高速信息网络。
（２）按实现方式比较，现场总线可采用各种通讯介质，如双绞线、电力线、光纤、无线、红外线等，实现成本低。局域网需要专用电缆，如同轴电缆、光纤等，实现成本高。
５ 现场总线系统ＦＣＳ与集散控制系统ＤＣＳ的比较
ＦＣＳ是在ＤＣＳ的基础上发展起来的，ＦＣＳ顺应了自动控制系统的发展潮流，它必将替代ＤＣＳ。这已是业内人士的基本共识。然而，任何新事物的发生、发展都是在对旧事物的扬弃中进行的，ＦＣＳ与ＤＣＳ的关系必然也不例外。ＦＣＳ代表潮流与发展方向，而ＤＣＳ则代表传统与成熟，也是独具优势的事物。特别是现阶段，
ＦＣＳ尚没有统一的国际标准而呈群雄逐鹿之势，ＤＣＳ则以其成熟的发展，完备的功能及广泛的应用而占据着一个尚不可完全替代的地位。笔者认为：现场总线控制系统ＦＣＳ应该与集散式控制系统ＤＣＳ相互兼容。首先以工程成本与效益看，现场总线的根本优势是良好的互操作性；结构简单，从而布线费用低；控制功能分散，灵活可靠，以及现场信息丰富。然而这些优势是建立在ＦＣＳ系统初装的前提下，倘若企业建立有完善的ＤＣＳ，现在要向ＦＣＳ过渡，则必须仔细考虑现有投资对已有投资的回报率。充分利用已有的ＤＣＳ设施，现有ＤＣＳ 的布线以及成熟的ＤＣＳ控制管理方式来实现ＦＣＳ是我们应选之途。虽然现场总线对已有的数字现场协议有优势可言，但向其过渡的代价与风险是必须分析清楚的。再者，从技术的继承及控制手段上，也要求ＦＣＳ与ＤＣＳ应相兼容。ＦＣＳ实现控制功能下移至现场层，使ＤＣＳ的多层网络被扁平化，各个现场设备节点的独立功能得以加强，因此，在ＦＣＳ中有必要增加和完善现场子层设备间的数据通讯功能。由于历史的原因，ＤＣＳ通常拥有大型控制柜用以协调各个设备，同时更强调层与层的数据传输。可见，两种控制在策略上各具优势。ＤＣＳ适用于较慢的数据传输速率；ＦＣＳ则更适用于较快的数据传输速率，以及更灵活的处理数据。然而，当数据量超过一定值过于偏大时，如果同层的设备过于独立，则很容易导致数据网络的堵塞。要解决这个问题，拟设立一个适当的监控层用以协调相互通讯的设备，必然是有益的，ＤＣＳ就能轻松地胜任这一工作。可见，为使ＦＣＳ的控制方式和手段完善化，是有必要借鉴ＤＣＳ的一些控制思想的。
要把握新世纪工业过程控制的发展趋势，无论在学术研究或是工程应用方面都有必要使ＦＣＳ综合与继承ＤＣＳ的成熟控制策略；与此同时，ＤＣＳ的发展也应追寻ＦＣＳ控制策略的新思想，使其具有新的生命力。ＤＣＳ应能动地将底层控制权交付给ＦＣＳ系统，将较高层的系统协调管理功能发扬光大，完成对新时代，新形势的工业控制系统的智能设备集成。
６ 当前流行的几类现场总线
（1）基金会现场总线ＦＦ：基金会总线（ＦＦ，Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有专有良好发展前景的技术。其前身是以美国Ｆｉｓｈｅｒ－Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ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Ｗｏｒｌｄ ＦＩＰ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开放系统层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。由于这些公司是该领域现场自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会所颁布的现场总线规范具有一定的权威性。
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３１．２５ｋｂｐｓ，通信距离可达１９００ｍ（可加中继器延长），可支持总线供电防爆环境。Ｈ２的传输可为１Ｍｂｐｓ和２．５Ｍｂｐｓ两种，其通信距离分别为７５０ｍ和５００ｍ。物理传输介质可支持双绞线、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。
基金会现场总线的主要技术内容，包括ＦＦ通信协议、用于完成开放互连模型中第２～７层通信协议的通信栈（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｃｋ）用于描述设备特征、参数、属性及操作功能块；实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。１９９６年在芝加哥举行的ＩＳＡ９６展览会上，由现场总线基金组织实施，首次向世界展示了来自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，展现了基金会现场总线的基本概貌。
（2）ＣＡＮ总线：ＣＡＮ总线最早是由德国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协议。其总线规范已被ＩＳＯ国际标准组织制定为国际标准，并且广泛应用于离散控制领域。它也是基于ＯＳＩ模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。其节点有优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信。各节点可随时发送消息。传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。ＣＡＮ总线采用短消息报文，每一帧有效字节数为８个；当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。
（3）ＬｏｎＷｏｒｋｓ总线：ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术是美国ＥＣＨＥＬＯＮ公司开发，并与Ｍｏｔｏｒｏｌａ和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了ＯＳＩ参考模型全部的七层协议结构。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技术的核心是具备通信和控制功能的Ｎｅｕｒｏｎ芯片。Ｎｅｕｒｏｎ芯片实现完整的ＬｏｎＷｏｒｋｓ的ＬｏｎＴａｌｋ通信协议。其上集成有三个８位ＣＰＵ。一个ＣＰＵ完成ＯＳＩ模型第一和第二层的功能，称为介质访问处理器。一个ＣＰＵ是应用处理器，运行操作系统与用户代码。还有一个ＣＰＵ为网络处理器，作为前两者的中介，它进行网络变量寻址、更新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。ＬｏｎＷｏｒｋｓ支持多种物理介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活，其ＩＳ－７８本安物理通道使得它可以应用于危险区域。ＬｏｎＷｏｒｋｓ应用范围主要包括楼宇自动化、工业控制等，在组建分布式监控网络方面有较优越的性能。
（4）ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线：ＰＲＯＦＩＢＵＳ是德国国家ＤＩＮ１９２４５和欧洲标准ＥＮ５０１７０的现场总线标准。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数据传输，适合于加工自动化领域的应用。ＦＭＳ意为现场信息规范，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。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。ＦＭＳ还采用了应用层。传输速率为９．６ｋｂｐｓ－１２Ｍｂｐｓ，最大传输距离在１２Ｍｂｐｓ时为１００ｍ１．５Ｍｂｐｓ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站点。可实现总线供电与本质安全防爆。
ＰＲＯＦＩＢＵＳ支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。
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