智能家居技术：现场总线技术的五大介绍以及四大现场总线特点

从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放断放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等。

通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。

由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线称为现场的总线，简称现场总线。

现场总线的特点

现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输， 同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点。

1）布线简单

这是大多现场总线共有的特性，现场总线的最大革命是布线方式的革命，最小化的布线方式和最大化的网络拓扑使得系统的接线成本和维护成本大大降低。由于采用串行方式，所以大多数现场总线采用双绞线，还有直接在两根信号线上加载电源的总线形式。这样，采用现场总线类型的设备和系统给人明显的感觉就是简单直观。

2）开放性

一个总线必须具有开放性，这指两个方面：一方面能与不同的控制系统相连接，也就是应用的开放性;另一方面就是通信规约的开放，也就是开发的开放性。只有具备了开放性，才能使得现场总线既具备传统总线的低成本，又能适合先进控制的网络化和系统化要求。

3）实时性

总线的实时性要求是为了适应现场控制和现场采集的特点。一般的现场总线都要求在保证数据可靠性和完整性的条件下具备较高的传输速率和传输效率。总线的传输速度要求越快越好，速度越快，表示系统的响应时间就越短，但是传输速度不能仅靠提高传输速率来解决，传输的效率也很重要。传输效率主要是有效用户数据在传输帧中的比例还有成功传输帧在所有传输帧的比例。

4）可靠性

一般总线都具备一定的抗干扰能力，同时，当系统发生故障时，具备一定的诊断能力，以最大限度地保护网络，同时较快地查找和更换故障节点。总线故障诊断能力的大小是由总线所采用的传输的物理媒介和传输的软件协议决定的，所以不同的总线具有不同的诊断能力和处理能力。

现场总线的应用领域

现场总线的种类很多，据小完全统计，目前国际上有40多种现场总线。导致多种现场总线同时发展的原因有两个，一方面是工业技术的迅速发展，使得现场总线技术在各种技术背景下得以快速发展，并且迅速得到普及，但是普及的层面和程度因不同技术发展的侧重点不同而各不相同;另一方面，工业控制领域“高度分散、难以垄断“，这和家用电器技术的普及不同，工业控制所涵盖的领域往往是多学科、多技术的边缘学科，一个领域得以推广的总线技术到了另一个新的领域有可能寸步难行。

控制系统的层次

控制系统是有不同的层次的。左边的文字表示系统的逻辑层次，由上到下分别为协调级、工厂级、车间级、现场级和操作器与传感器级。现场总线涉及的是最低两级。右边的文字表示系统的物理设备层次，由上到下依次为主计算机、可编程逻辑控制器、小型控制器、传感器与操作器（如感应开关、位置开关、电磁阀、接触器等）。

各种现场总线的应用范围

对应不同的系统层次，现场总线有着不同的应用范围。纵坐标由下往上表示设备由简单到复杂，即由简单传感器、复杂传感器、小型PLC或工业控制机到工作站、中型PLC再到大型PLC、分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）监控机等，数据通信量由小到大，设备功能也由简单到复杂。横坐标表示通信数据传输的方式，从左到右，依次为二进制的位传输、8位及8位以上的字传输、128位及以上齣帧传输以及更大数据量传输的文件传输。

ASI、Sensorloop。Se卹lex等总线适用于由各种开关量传感器和操作器组织的底层控制系统，而DeviceNet、PROFIBUS-DP和WorldFIP适用于字传输的各种设备，至于PROFIBUS-PA、Fieldbus Foundation等更多地适用于帧传输的仪表目动化坟备。所以对我们适用的总线在Sensor和Equipment的区域内。

在发达国家，现场总线技术从20世纪80年代开始出现并逐步推广到现在，已经被工业控制领域广泛应用。据说，2002年欧洲有40%的自动化工程项目采用了现场总线控制系统，到2005年达到了65%一 70%。在国内，现场总线首先用在外国公司在华投资的生产线，如几乎所有外资汽车生产企业都有使用现场总线的生产线。啤酒罐装、烟草加工、机械装配、产品包装等生产线也大量使用现场总线。

一些市政工程也开始使用现场总线。在中国，20世纪90年代中后期引入现场总线，至今在技术概念上已被广泛接受，用户群和使用面迅速增加和扩大，许多自动化项目把现场总线控制作为选择方案之一，还有不少本土化的现场总线产品出现，并迅速得以产业化。

目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及原设备制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）用户等各个行业， 同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。

现场总线的国家标准及企业标准

由于现场总线的国际标准迟迟不能建立，各种现场总线、设备总线（device bus）与传感器总线（sensor bus）趁此机会，风起云涌，相继成立，莫不大肆宣传，推广应用，有些大的现场总线组织更是力图扩大自己的地盘，企图造成既成事实，使自己成为国际标准。

现场总线国家标准，如德国的PROFIBUS、法国的FIP、英国的ERA、挪威的FINT等、丹麦的PNET、 中国的DeviceNet和ASI。

现场总线企业标准， 如Echelon公司的LonWorks、Phenix Contact公司的InterBus. Rober Bosch公司的CAN. Rosemount公司的HART， Carlo Garazzi公司的Dupline、Process Date公司的P-NET、Peter Hans公司的F-MUX，据不完全统计，约有40多种。

目前看来现场总线标准不会统一，多标准并存现象将会持续。由于不同标准在一定意义上代表着不同的厂商利益，厂商之间市场、利益的竞争会反映到标准的推广、应用和被采纳的广度和深度，所以使得协议之间实际也存在着竞争。那些技术相对落后、支持厂商少或者弱的协议逐步被淘汰，那些技术先进、支持厂商多而强、开放度高的协议更容易被接受，更具有生存和发展的空间。

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