现场总线技术：优化I/O连接，实现自控系统节省费用

在传统的自动化工厂中，位于生产现场的许多设备和装置，当这些装置和设备相距较远、分布较广时，人们迫切需要一种可靠、快速、能经受工业现场环境的价格低廉的通信总线，将分散于现场的各种设备连接起来，对其实施监控。现场总线（Field Bus）就是在这样的背景下产生的。

现场总线是“安装在过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。

1.现场总线的特点

现场总线具有以下几个方面的特点。

1）信息集成度高。现场总线可以从现场设备中获取大量丰富的信息，它不单纯取代4～20mA信号，还可以实现现场设备状态、故障参数信息的传递。系统除了完成远程控制，还可以完成远程参数化工作。现场总线能够很好地满足工厂自动化、CIMS系统的信息集成要求，实现办公自动化与工业自动化的紧密结合，形成新型的管控一体化的全开放工业控制网络。

2）开放性、互操作性、互换性、可集成性。不同厂家的产品，只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其他厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用的系统中。

3）系统的可靠性高、维护性能好。现场总线采用总线方式替代二对一的I/O连接，对于大规模的I/O系统来说，减少了由于接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。

4）实时性好、成本低。现场总线处于通信网路的最底层，完成具体的生产和协调任务，因而实时性好，造价相对低廉。对大范围、大规模的I/O分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆铺设的工程费用，降低了系统和工程的成本。

现场总线是现场设备互连的最有效手段，它能最大限度地发挥和调度现场及设备的智能处理功能，它在控制设备和传感器之间提供给用户的双向通信能力是以往任何体系机构都无法提供和不可匹敌的。现场总线以开放的、独立的、全数字化的双向多变量通信代替0～10mA或4～20mA现场仪表信号。现场总线I/O集检测、数据处理、通信为一体，可以代替变送器、调节器、记录仪等模拟仪表，使用现场总线后，自控系统的配线、安装、调试和维护等方面的费用可以大大节省。

2.现场总线的国际化标准

由于历史的原因，现在有多种现场总线标准并存，IEC的现场总线国际标准（IEC 61158）是迄今为止制订时间最长、意见分歧最大的国际标准之一。它的制订时间超过12年，先后经过9次投票，在1999年底获得通过。经过多方的争执和妥协，最后容纳了8种互不兼容的协议，这8种协议在IEC 61158中分别为8种现场总线类型，即：

类型1：原IEC 61158技术报告，即现场总线基金会（FF）的H1；(www.xing528.com)

类型2：Control Net（美国Rockwell公司支持）；

类型3：PROFIBUS（德国西门子公司支持）；

类型4：P—Net（丹麦Process Data公司支持）；

类型5：FF的HSE（原FF的H2，高速以太网，美国Fisher Rosemount公司支持）；

类型6：Swift Net（美国波音公司支持）；

类型7：World FIP（法国Alstom公司支持）；

类型8：Interbus（德国的Phoenix contact公司支持）。

各类型将自己的行规纳入IEC 61158，且遵循两个原则。

1）不改变IEC 61158技术报告的内容。

2）不改变各行规的技术内容，各组织按IEC技术报告（类型1）的框架组织各自的行规，并提供对类型1的网关或链接器。用户在使用各种类型时仍需使用各自的行规。因此IEC 61158标准不能完全代替各行规，除非今后出现完整的现场总线标准。

IEC标准的8种类型都是平等的，类型2～8都对类型1提供接口，标准并不要求类型2～8之间提供接口。