现场工业总线综述
摘要：本文介绍了现场工业总线的结构、特点、及其在自动化系统的应用，介绍四种典型的现场工业总线技术，叙述了现场工业总线技术的发展趋势。
关键词：网络，现场工业总线 ，控制系统，组成，技术特点
1 引言
当前，现场工业总线已成为世界自动化领域的一个热点，这一涉及整个自动化和仪表工业革命并使产品全面换代的新技术，在国标上已经引起人们的广泛关注。现场工业总线技术是一种数字化的串行双向通信系统。这一技术可将所有的现场设备与控制器PAC或PLC或PC用一根电缆连接在一起，形成现场设备级、车间级的数字化通信网络，可完成现场状态临测、控制、远程传输等功能。现场工业总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，使企业信息的采集控制直接延伸到生产现场。
使用现场工业总线技术不但大大提高了通信能力和系统运行的可靠性，而且大大节省了系统安装时的布线费用和硬件费用，并更加容易对系统进行管理和维护。这一技术代表了自动化的发展方向，是工业现场级设备通信的一场数字化革命。
它可用于各种工业现场，如汽车制造、造纸、纺织、石油化工、冶金工业、电力、铁路交通及楼宇自动化等。
2 组成
现场总线控制系统通常被看作为一个系统、一个网络或一个网络系统。它主要由三部分组成：现场智能仪表、控制器、现场总线监控及组态计算机。仪表、控制器、计算机通过现场总线网卡及通信协议软件连接到网上。因此，现场总线网卡及通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经中枢，监控、组态计算机包含的软件包括以下几部分：用计算机进行配置、网络组态提供平台的组态工具软件；将配置与组态信息根据现场总线协议/规范的通信要求进行处理，再从计算机通过总线电缆传送至总线设备的组态通信软件；控制器编程软件，用户程序软件，设备接口通信软件；设备功能软件以及运行于监控计算机（上位机）具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能的监控组态软件。
3典型现场总线
（1） CC-LINK是CONTROL COMMVICATION LINK（控制与通信链路系统的编写），在1996年11月，由日本三菱为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额，它可以将控制和信息数据同是以10Mbite/S高速传送到现场网络，具有性能卓越，使用简单，应用广泛，节省成本等优占，其不仅解决工业现场配线复杂的问题，同时是有优异的抗噪性能和兼容性CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层，2005年的CC-LinR被中国批准为中国国家标准性技术文件。
（2）PROFIBUS是德国国家标准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系统。DP型用于分散外设间的高速数据传输，是一种经济的设备级网络，数据传输速率9.6kbi/s~12Mbit/s，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信，可满足交直流调速系统快速响应的时间要求，特别适合于加工自动化领域的应用。FMS主要解决车间级通信问题，完成中等传输速度的循环或非循环数据交换任务，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA型采用了OSI模型的物理层，数据链路层，适用于过程自动化的总线类型。
PROFIBUS-DP物理层与ISO/OSI参考模型的第一层相同，采用EIA-RS485协议，根据数据传输速率的不同，可选用双绞线和光纤两传输介质，PROFIBUS-DP数据链路层协议媒体访问控制（MAL）部分采用受控访问的令牌总线和主从方式。令牌总线与局域网IEEE8024协议一致，令牌在总线上的各主站间传递，持有令牌的主站获得总线控制权，该主站依照关系表与从站或其它主站进行通信。主从方式的数据链路协议与局域网标准不同，它符合HDLC中的非平衡正常响应模式。该模式的工作特点是：总线上一个主站控制着多个从站，主站与每一个从站建立一条逻辑链路：主站发出命令，从站给出响应；从站可以连续发送多个帧，直到无信息发送，达到发送数量或被主站停止为止。数据链路中帧的传输过程分为三个阶段：数据链路建立、帧传输和链路释放。
（3）IMTERBVS是德国Phoenix公司推出较早的现场总线，2000年2月成为国标标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型，具有强大的可靠性、实用性，可诊断性和易维护性抗干扰性，采用集总帧型的数据环通信，具有低速，高效率，并严格保证了数据传输同步性和周期性。
（4） Lonworks是美国ECHELON公司推出的开放式智能控制网络，是一种具有强劲实力的现场总线技术，它采用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讯设计简化为参数设置，其通信速率2700m，支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质。
Lonwoks的核心元件是神经元芯片，该芯片采用CMOS CLSI技术，芯片内固化了全部七层通信协议，有3个8位CPU，一个用于完成开放互连模型中第1层和第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，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、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。
4 现场工业总线系统的技术特点：
现场工业总路线是专为工业现场层设备通信设计，是为自动化量体裁衣的技术。
（1）信息时代的技术发展对测控系统提出了数字化、网络化、信息化的要求，如企业的管理控制一体化等要求测量控制设备向网络提供多方面的数字信息。（2）现场工业总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能和性能。（3）现场工业总路线作为现场控制网络技术，被视为公用数据网络在测控领域的延伸，它的兴起为自控技术本身的发展提供了新的机遇。
（4）现场工业总线被视为基于PC、特别是基于工业PC的控制技术。（5）各种工业控制计算机、测量控制板卡的供应商是现场工业总线技术发展的重要力量。6）以现场工业总线技术提升产品的串行通信能力，发展具有数据通信能力的控制网络新的产系列，对推广现场工业总线技术的应用以及测量控制领域的信息化，将起到积极作用。
5 结束语
随着现场工业总线产品使用的普及，研发成本消化，生产成本降低，现场工业总线产品将大幅度应用于工业自动化系统，现场工业总线系统技术将在自动化项目得到普遍使用和长足的发展。带有现场工业总线接口的自动化设备将成为未来的发展潮流并将有广阔的市场前景。
参考文献：
（1）刘泽祥 现场总线技术 机械工业出版社 2011
（2）张凤登 现场总线技术与应用 科学出版社 2008
（3）廖延常，方彦军，基于PROFIBUS现场总线的控制系统通信互连研究[J]电气自动化，2002，
（4）EN50170-2，Normatve parts of PROFIBUS-DP-PA[S].Edition1.0，1998
