工控领域最流行的九大现场总线

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1、工控领域最流行的九大现场总线 目前国际上有40 多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面， 按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设 备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。1、FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA （北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation 于 1994 年 6 月联合成立的，它是一个国际性的组 织，其目标是建立单一的、开 放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了 IEC 现场总线标准起草工 作组以强大的支持。这个组织目前有 l00 多成员单 位，包括了全世界主要的过 程

2、控制产品及系统的生产公司。 1997 年4 月这个组织在中国成立了中国仪协现 场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时 间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于 PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以 FisherRosemount公司为核心的ISP （可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组 织合并而成的，因此这个 组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制 订过程中起着举足轻重的作用。现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形 成了一个开放的、全数 字化的工业通信系统，并在

3、上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动 化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。一个开放 式的总线协议， 很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。否则，这个协议的开放性就没有意 义了。在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规 范。新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的 一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器 模块。该模块可以显示有线HART及无线HART设备。此外，该规范还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接 触 HART 设备进行配置和资产管理的理想方法。规范

4、也对在连接基金会远程运营 管理设备的有线多触点网络和无线HART网络中识别和维护HART设备状态的结构 进行了定义。新的变送器模块规范将会使那些需要将HART和无线HART设备连入基金会现场总 线、提升其与控制系统或者基金会设备的最终用户受益，”现场总 线基金会技 术开发总监DaveGlanzer说道：“他们可能会需要对资产管理采用一种网络化的 方法，连接大量的HART和无线HART设备，进行配置和 维护。”在现场总线基金会架构内部，H1和HSE可以提供分布式功能模块的能力，与HSE 一起形成容量更大的通道，加快数据传输和传输 量。基金会远程运营管理的开 发，为有线及无线HSE主干网络建立了一

5、个开放式、非专利性的规范，可以通过 接口将不同的基金会远程运营管理设备和无线现场设 备网络进行集成。使用高速HSE连接，可以高效的将模块化的数字和模拟现场I/O设备大幅度集中 到控制室当中。通过使用诸如智能远程终端单元(RTU)这类HSE设备功能，这 项技术可以将各种形式的传统I/O轻而易举的融入到自然的现场总线环境当中。 这一解决方案在同一个以太网络上可以 同时支持数字输入、数字输出、模拟输 入、模拟输出和 H1 现场总线。2、LonWorks 现场总线LonWorks现场总线是美国Echelon公司1992年推出的局部操作网络,最初主 要用于楼宇自动化,但很快发展到工业现场网。 LonWo

6、rks 技术为设计和实现可互 操作的控制网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径。 LonWorks 技术的 核心是神经元芯片(NeuronChip)。该芯片 内部装有3个微处理器:MAC处理器完 成介质访问控制；网络处理器完成OSI的36层网络协议;应用处理器完成用户 现场控制应用。它们之间通过公用存储 器传递数据。在控制单元中需要采集和 控制功能，为此，神经元芯片特设置11个I/O 口。这些I/O 口可根据需求不同来 灵活配置与外围设备的接口，如RS232、并口、定时/计数、间隔处理、位I/OLonWorks 提供的不仅仅是一套高性能的神经元芯片, 更重要的是, 它提供了 一套完整的开发

7、平台。工业现场中的通信不仅要将数据实时发送、接收， 更多的 是数据的打包、拆包、流量处理、出错处理。这使控制工程师不得不在数据通信 上投 入大量精力。 LonWorks 在这方面提供了非常友好的服务， 提供了一套完整 的建网工具LonBuild。首先,它提供了一套C语言的编译器，从而大大减少了开发时间。在这个编译器中, 提供了对11个I/O非常详尽的库函数。在通信方面，它也提出了一个全新 的概 念网络变量。通过网络变量, 网络上的通信只需将相关节点上的网络变量连 接一下即可。网络变量是应用程序定义的一个特殊静态变量,可以是ANSIC所定 义的各种类型,也可以是自定义类型,还可以规定优先级、响应

8、方式等。网络变量 被定义为输入或输出, 当定义为输出的网络变量被赋予新值时, 与该输出变量 相 连的输入网络变量就会被立刻赋予同样的新值。另外,LonBuild还集成开发环境和编译于一体，具备C调试器，可在多个仿真器上 调试应用程序,并具备网络协议分析和通信分析的功能。自 80 年代末以来，多种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领 域显示了自己的优势。它们各有优势，显示出较强的生命力。例如基金会现场总 线（FF）是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。PROFIBUS是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线 标准。该 系列有DP. FMS.

9、PA三种型号，其中DP型适用于加工自动化领域；FMS型适用 于纺织.楼宇自动化，可编程控制器.低压开关等；PA型则用于过程自动化。 CAN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。 HART最早由ROSEmount公司开发并行到80多家 著名仪表公司的支持，是在现 有模拟信号传输线上实现数字信号的通信。由于它们在各自范围内各自为政，不 可避免地限制了整个系统的发展，不利于整个系统的系 统集成，而我公司开发 出的Lonworks产品，分别在酿酒.电力.建筑.工业自动化和化工行业中应用 并取得良好的效果。随着我国社会 主义现代化建设进程的不断推进，我国在智能化领域的需

10、求日益 剧增。而国际上现有的其他类现场总线所存在的固有局限性，使得它们在应用时 受到这样那样的约束。LON总线则综合了当今现场总线的多种功能，同时具备 了局域网的一些特点，使得它被广泛地应用于航空/航天，农业控制、计算机/ 外围设备、诊断/监 控、电子测量设备、测试设备、医疗卫生、军事/防卫、办 公室设备系统、机器人、安全警卫、保密、运动/游艺、电话通信、运输设备等 领域。其通用性表明，它 不是针对某一个特殊领域的总线，而是具有可将不同 领域的控制系统综合成一个以LONWORKS为基础的更复杂系统的网络技术。3、Profibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲 标准prEN50170的

11、现场总线。ISO/OSI 模型也是它的参考模型。由 Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA 组成了 Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领 域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、 低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从 IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究 所共 同推出的。它采用了 OSI 模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准 第一部分的子集，DP型隐去了 37层，而增加了直接数据连接拟合作为用户 接口，FMS型只隐去

12、第36层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA型的 标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2 (1)标 准，可实现 总线供电与本质安全防爆。Porfibus 支持主从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。 主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间 采 用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制 权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按 Profibus 的通 信规 范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权 时，可以按主从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主

13、站可采取 对所有站点广播(不要求应答)或有选择地向一组站点广播。Profibus的传输 速率为9612kbps最大传输距离在12kbps时为1000m, 15Mbps时为400m，可 用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接 127 个站点。4、CAN 现场总线CAN是控制网络ControlAreaNetwork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 组织制订为国际标准，得到了 Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公 司的支持，已广泛应用在离散控制领域。

14、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，不过，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理 层、数据链路层和顶上层的应用 层。其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/kbps，可挂接设备最多可达110 个。Ethernet.75400t-71B8XBDCAMFiSO-CA1M2flia/ P1SO-CAN40QCAN NetworkFfiS 232巧轉出0斗则刊黑口斗醐伸01-MMI-BT13QSCADA (ndM$pftk制册OTIFWbhFAGCAN 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，

15、 受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线 的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。CAN 支持多主方式工作，网络上任何节点均在任意时刻主动向其它节点发送信息，支 持 点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术， 当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级高的节点可继续传输数据，而 优先级 低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。已有多家公司开发生 产了符合CAN协议的通信芯片，如Intel公司的82527, Motorola公司的 MC68HC05X4，Philips公司的82C250等。还有插在PC机上的

16、CAN总线接口卡， 具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。5、Devicenet 现场总线Devicenet 是一种低成本的通讯总线。它将工业设备（如：限位开关，光电传感 器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器 和操作员接口）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。直接互连性改善了设备间的通讯，并同时提供了相当重要的设备 级诊断功能，这是通过硬接线I/O接口很难实现的。Devicenet 是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换 性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。 DeviceNet 不仅 仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级 的诊断功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。Power SupplyDevicene