现场总线种类简介

现场总线控制系统是新一代的控制系统，较以往的控制系统如DCS有着巨大的优势，自问世以来发展迅猛。当前较为成功和被广泛应用的有以下5种协议：

1.Profibus（Processs FieldBus）

Profibus（过程现场总线）是由以西门子为首的13家公司和5家科研机构在联合开发的项目中制定的标准化规范，1996年Profibus成为德国国家标准DIN19245，同时又是欧洲标准EN50170，符合国际标准IEC 61158-2。Profibus是功能强大、开放、稳定的现场总线，响应时间非常快。目前的Profibus有3种系列：Profibus-DP、Profibus-PA和Profibus-FMS。Pro-fibus-DP应用于现场级，实现分散的外围设备之间的高速数据传输，它采用了RS-485传输。Profibus-FMS用于车间级，要求面向对象，提供较大数据量的通信服务，它有被Ethernet取代的趋势，它也采用了RS-485传输。Profibus-PA专为过程自动化设计，它采用了IEC1158-2传输技术，可用于有爆炸危险的环境中。Profibus-DP和Profibus-FMS使用了同样的传输技术和总线访问协议，所以它们可以在同一根电缆上同时操作，而Profibus-PA设备通过分段耦合器可以很方便地集成到Profibus-DP网络。Profibus参考模型也是遵循ISO/OSI模型，采用OSI模型的物理层、数据链路层，在FMS中增加了用户层。Profibus的总线访问方式为：主动站之间通信采用令牌传输，主动站和从动站之间采用主从方式。Profibus可以采用总线型、树形、星形等网络拓扑结构，总线上最多可挂接127个站点；传输速率为9.6～12Mbit/s，其最大传输距离在12Mbit/s时为100m，1.5Mbit/s时为400m，可用中继器延长至10km；传输介质可以是双绞线、光缆；可实现总线供电与本质安全防爆。

2.CAN（Controller Area Network）

CAN（控制局域网络）是德国Boesh公司及几个半导体集成电路制造商开发出来的，用于汽车监测和控制部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO TC22技术委员会国际标准组织制订为国际标准，广泛地应用于各行各业。在现场总线中，它是唯一被批准为国际标准的现场总线。

CAN协议也遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、数据链路层与应用层。CAN总线的通信速率为5kbit/s/10km、1Mbit/s/40m，可挂接设备数最多达110个。CAN采用点对点、一点对多点及全局广播方式传输数据，可实现全分布式多机系统且无主、从机之分，每个节点均主动发送报文。CAN采用的是非破坏性总线优先级仲裁技术，可以大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好的性能。CAN支持4类报文帧（数据帧、远程帧、出错帧、超载帧），采用短帧结构，每帧有效字节为8个，传输时间短，受干扰的概率低。而且每帧信息都有CRC校验和其他检错措施，保证数据出错率极低。当节点严重错误时，能够自动切断与总线的联系，使总线上其他节点不受影响。CAN是所有总线中最为可靠的。CAN总线可采用双绞线、同轴电缆或光纤作为传输介质，但不能用于防爆区。

3.LONWORKS（Local Operating Network）(www.xing528.com)

LONWORKS（局部操作网络）被誉为通用控制网络。其采用ISO/OSI模型的全部7层通信协议，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。通信速率从3000bit/s～1.5Mbit/s不等，直接通信距离可达2700m（78kbit/s，双绞线），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，并开发了相应的本质安全防爆产品。LONWORKS技术所采用的Lon Talk协议被封装在称为Neuron的神经元芯片中而得以实现。Lon Talk协议提供了5种基本类型的报文服务：确认、非确认、请求/响应、重复、非确认重复。采用带预测的新CSMA，所有节点根据网络积压参数等待随机时间片来访问介质，有效地避免了网络的频繁碰撞。

4.FF（Foundation Fieldbus）

FF（基金会现场总线）是目前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。FF目前拥有120多个成员，这包括世界上最主要的自动化设备供应商：AB、ABB、Foxbro、Honeywell、Smar、FUJI Electric等。FF的通信模型以ISO/OSI开放系统模型为基础，采用了物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了用户层，各厂家的产品在用户层的基础上实现。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。FF采用的是令牌总线通信方式，可分为周期通信和非周期通信。FF目前有高速H2和低速H1两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbit/s，传输距离可达1900m，可采用中继器延长传输距离，并可支持总线供电，支持本质安全防爆环境；H2的传输速率分为1Mbit/s和2.5Mbit/s两种，其通信距离分别为750m和500m。FF可采用总线型、树形、菊花链等网络拓扑结构，网络中的设备数量取决于总线带宽、通信段数、供电能力和通信介质的规格等因素。FF支持双绞线、同轴电缆、光缆和无线发射等传输介质，物理传输协议符合IEC1158-2标准，编码采用曼彻斯特编码。FF拥有非常出色的互操作性，这在于FF采用了功能模块和设备描述语言DDL，使得现场节点之间能准确、可靠地实现信息互通。目前FF有29个功能块，其中包括10个基本功能块和19个先进功能块。用户还可以开发自己的功能块，这些功能块之间通过标准的DDL实现互操作。FF的开发工具为AT 2400 DD Tokeniger Kit和AT 2401 DD Serices Kit。

5.HART（Highway Addressable Remote Transducer）

HART（可寻址远程传感器数据通路），其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，在当前过渡时期具有较强的市场竞争力。HART协议参照ISO/OSI模型的第1、2、7层，即物理层、数据链路层和应用层，采用统一的设备描述语言DLL，能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求。但由于模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种满足各公司要求的通信接口芯片。