现场总线通信网络：解决现场自动化系统互联问题

根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF（Fieldbus Foundation）的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。以现场总线构成的控制系统，结构上是分散的，从而提高了系统的安全、可靠和经济性能。

现场总线是将自动化系统最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络。现场总线的特点如下：

（1）现场设备互连网络化。

（2）信号传输数字化。

（3）系统和功能分散化。

（4）现场总线设备有互操作性。

（5）现场总线的通信网络为开放式互联网络。

（一）电力系统常用的现场总线

1.Lon Works现场总线

Lon Works现场总线技术是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、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7层通信协议，采用了面向对象的设计方法，其通信速率从300bps至1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700m（78kbps，双绞线）。Lon Works总线支持双绞线、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，被誉为通用控制网络。

Lon Works总线提供了完整的端到端的控制系统解决方案，可同时应用在装置级、设备级、工厂级等任何一层总线中，并提供实现开放性互操作控制系统所需的所有组件，使控制网络可以方便地与现有的数据网络实现无缝集成。

Lon Works的核心部件是Neuron神经元通信处理芯片、收发器模块和Lontalk通信协议。Neuron神经元通信处理芯片内有3个8位CPU，第一个CPU为介质访问控制MAC处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层；第二个CPU为网络处理器，处理LonTalk协议的第三层到第六层；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第七层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。LonWorks网络上的装置都必须有1个神经元芯片。LonTalk的6层已经在购买的神经元芯片中完成，用户只需编写应用程序。LonTalk通信协议是Lon Works技术的核心，它提供了OSI（开放系统互连，Open System Interconnection）参考模型的全部7层服务，并固化于Neuron芯片。

Lon Works网络的节点相互独立，从硬件结构上保证当任何一节点出现故障，不会影响整个网络的工作。Lon Works网络可接入上万个节点，主要适用于大型的对响应时间要求不太高的分布式控制系统。

2.CAN总线

CAN是控制局域网络（Control AreaNetwork）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国际标准组织制定为国际标准。(www.xing528.com)

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，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。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/5kbps。可挂接设备数最多可达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。CAN特点如下：

（1）CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利用这一特点可方便地构成多机备份系统。

（2）CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134ms内得到传输。

（3）CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。

（4）CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。

（5）CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。

（二）现场总线存在问题

1.大信息量传输时实时性一般

Lon Works支持长报文传输，但实时性能大大降低。CAN的实时性能高，但只能用于短报文传递，长报文必须分拆，大大增加软件复杂度。

2.开放性与互操作性远低于RS-485或以太网

由于电力系统没有一个针对各种现场总线的标准协议，导致各个厂家均自行定义一套传输协议，两个不同厂家间无法直接互联互通。

3.生产成本高，工程配置不便

Lon Works的器件成本远高于RS-485及以太网，工程每增删一个节点或还需要专用工具配置。CAN的成本也略高于RS-485，且在系统传输大量数据时还存在诸多不变。