权威组织的定义与作用

不同的资料对现场总线与现场总线控制系统的定义有不同的说法，例如：

●现场总线一词广义上是指控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串

行总线系统。

●一般认为现场总线是用于现场仪表与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、

双向、多站的通信系统。

●基于智能化仪表及现场总线的控制系统。

●现场总线（Field Bus）是一种数字化的串行双向通信系统。

本章以权威组织的定义作为现场总线的标准定义。根据国际电工委员会IEC1158定义：安装在制造或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。

为了进一步理解现场总线及其系统的整体概念，引用欧洲标准EN50170中有关现场总线特点的描述来补充说明。

1.通用现场通信系统

现场总线也可叫做通用现场通信系统。信息传输的范围已远远超出代替4～20mA传统信号的限制，分布式智能系统需要用面向用户或应用的方式确定设备间的通信。它必须满足现代工业过程测量和控制系统（IPMCS）的全部要求，即具有高度的灵活性和适用性。以现场通信作为基本功能的智能分布式系统的使用是各厂商的一致取向。

现场总线可以用一些显著的特点来描述：

（1）封闭的物理过程

现场总线作为整个通信构架的最底层，将传感器、执行器以及各种设备与控制系统连接起来，独立传输二进制或模拟信号。这些传感器和执行器直接安装在物理过程上。随着技术的发展，现场总线逐渐在基于模拟信号的物理过程和基于数字信息的控制领域之间建立了边界，产生了许多专业化的解决方案，如ASI、CAN等，这些解决方案统称为“传感器/控制器总线”。

连接于过程中的设备集成了越来越多的智能，并需要由一个更通用的通信系统进行传输服务，而且这种传输服务必须是适时的、不损失初始控制信息的。

（2）更大的覆盖范围

“现场”这个词也意味着更大的延伸性。10m以下的总线属于并联或专用系列总线，现场总线覆盖范围应在100～5000m之间，属于千米尺度以串行通信为主的总线。

（3）设备的数量、价格

现场总线的概念与传统4～20mA信号控制环路有明显区别，一条总线可连接的设备量在十至几百台之间。在一个工厂中（如化工厂或海上平台）可能有10个或更多的总线段接在一起，连接上千台设备。因此，现场总线是一种将许多简单设备组成一个复杂系统的技术，并且需要低价位的联接接口。

（4）实时性操作

现场总线通信系统通常是自动化过程中控制功能的核心部分，必须遵守由控制系统提出的时间限制，其基本的功能就是可预期的存取时间和可预期的传递时间。另外还应具有在突发事件的情况下为过载传输提供阻抗的功能。

（5）传输的完整性、有效性

由于这种传输系统是连接生产过程的唯一物理途径，传输必须非常可靠。现场总线至少应具有如下特点：

①传输完整性。未知出错率低于每20年一次。

②冗余能力。如使用双介质或双总线。

③传输验证。

（6）用户可选择的服务(www.xing528.com)

可满足不同方面的多种需求的应用，如优先权、服务完整性、时间性能以及网络拥塞的恢复能力。这意味着服务和服务的性能对于用户（或应用）来讲，应是可选择的。

对于给定的现场设备，针对不同的应用，必须达到不同的质量要求。因此，现场总线必须支持远程组态功能，以便选择适当的通信质量和适当的本地应用。

（7）集成、开放结构

除了满足传统的客户服务外，现场总线应支持分布式时间循环结构，并通过变量进行交换，这些变量构成了一个实时更新的共享的数据库。

（8）严酷的环境条件

由于现场总线靠近生产过程，面对的是苛刻的和特殊的环境条件，因此，现场总线应经受得住这样的环境，并且不受高的电磁干扰的影响。干扰水平为IEC801.x标准的严酷程度3及由EEC指南89/336实施标准（CE标志）。

2.现场总线是控制系统结构框架的一部分

通用的通信系统在工厂控制系统结构中包括两个最底层的通信系统，图4-1示出了一个企业范围的通信模型。必须注意的是，现场设备也需要直接与单元级总线相连接。

图4-1 企业范围的通信模型

典型的单元级通信是在单元控制器和从属控制装置之间进行的，比如PLC之间或PLC与其他装置之间，又如操作员界面，这类操作界面一般以通用计算机为基础。

在传感器/执行器层，信息流一般是在控制装置如PLC和传感器/执行器之间纵向传输的。现场设备在功能上发展很快，可以执行诸如诊断、校准、组态和数据确认等功能，这有利于分配本地控制功能到现场设备，这些设备用互操作和相互交换信息的方式执行其控制功能。

通常是在控制器的监管下，这些设备之间进行适当的数据交换，从而导致真正的分布式应用和分布式兼容的系统。

3.应用领域和各领域的特殊要求

通用现场通信系统的技术条件应支持多种应用领域，许多应用可以由上述通用系统来满足，但有些应用有其特殊要求。

（1）发电和输变电

对发电和输变电系统抗电磁干扰的强度是其特殊要求，这一强度高于IEC导则的要求。其他方面的要求还有诸如对粉尘、有害化学制剂、湿度的防护，在使用煤气的情况下，还有关于易燃、易爆方面的限制。另外，现场总线在容错和安全方面应十分完善。即使在溢出的情况下也应安全稳定，按照使用要求，传输循环延时应小于10ms。

（2）化工系统特殊要求

化工厂一般配备的设备较多，所以总线系统必须能够支持分段（如定义网桥等分段连接设备）。应用于严酷环境下，要求设备连接安全并且电力分布于整条总线。使用功能块构建自动化系统，并支持特殊功能要求（如功能块的时分和瞬控）。

（3）制造应用

在这个领域中的应用需要很高的实时性、很高的操作速度，对于轴控制，数据传输循环延时为1ms，对于PLC为25ms。

（4）电子机构应用

这种应用场合需大范围使用设备，要求高的速度，高抗干扰性，还要连接大量的设备，一般要求传输循环延时小于10ms，可以进行用于服务功能的长报文的混合传输。通常使用与设备技术细节无关的变量进行控制顺序处理。

（5）现场总线需求的综合考虑

考虑到现场总线可用于多种工业场合通信框架中的多种层次，因此通常通信系统必须试图满足其要求，为防止不必要的复杂化，在通用技术的基础上产生了行规。

IEC标准的出现将不会改变对适用于系统/工业领域的行规的需求。关键是如何方便地过渡到IEC标准。一个可行的办法是定义一个主要用于非时间限制任务的“应用指导”。