1.2 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念

1.2.1 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)
    目前，公認的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)概念描述如下：現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區域的現場(chǎng)設備/儀表與控制室內的自動(dòng)控制裝置/系統之間的一種串行、數字式、多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)。其中，"生產(chǎn)過(guò)程"包括斷續生產(chǎn)過(guò)程和連續生產(chǎn)過(guò)程兩類(lèi)?；蛘?，現場(chǎng)總線(xiàn)是以單個(gè)分散的、數字化、智能化的測量和控制設備作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，用總線(xiàn)相連接，實(shí)現相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能的網(wǎng)絡(luò )系統與控制系統。

1.2.2 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)產(chǎn)生的意義
   （1）現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）技術(shù)是實(shí)現現場(chǎng)級控制設備數字化通信的一種工業(yè)現場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)；是一次工業(yè)現場(chǎng)級設備通信的數字化革命?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可使用一條通信電纜將現場(chǎng)設備（智能化、帶有通信接口）連接，用數字化通信代替4-20mA/24VDC信號，完成現場(chǎng)設備控制、監測、遠程參數化等功能。
   （2）傳統的現場(chǎng)級自動(dòng)化監控系統采用一對一連線(xiàn)的、4-20mA/24VDC信號，信息量有限，難以實(shí)現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠(chǎng)中的"信息孤島"，嚴重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現。
   （3）基于現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化監控系統采用計算機數字化通信技術(shù)，使自控系統與設備加入工廠(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò )， 構成企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現場(chǎng)。在CIMS系統中，現場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)計算機網(wǎng)絡(luò )到現場(chǎng)級設備的延伸，是支撐現場(chǎng)級與車(chē)間級信息集成的技術(shù)基礎。

1.2.3基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統如圖1-3所示：

 圖3：基于現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)級與車(chē)間級自動(dòng)化監控及信息集成系統

1.2.4 基于現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化監控及信息集成系統主要優(yōu)點(diǎn)
    （1）增強了現場(chǎng)級信息集成能力現場(chǎng)總線(xiàn)可從現場(chǎng)設備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿(mǎn)足工廠(chǎng)自動(dòng)化及CIMS系統的信息集成要求?，F場(chǎng)總線(xiàn)是數字化通信網(wǎng)絡(luò )，它不單純取代4-20mA信號，還可實(shí)現設備狀態(tài)、故障、參數信息傳送。系統除完成遠程控制，還可完成遠程參數化工作。
    （2）開(kāi)放式、互操作性、互換性、可集成性不同廠(chǎng)家產(chǎn)品只要使用同一總線(xiàn)標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統為開(kāi)放式，允許其它廠(chǎng)商將自己專(zhuān)長(cháng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統中去，因此，市場(chǎng)上將有許多面向行業(yè)特點(diǎn)的監控系統。
    （3）系統可靠性高、可維護性好基于現場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化監控系統采用總線(xiàn)連接方式替代一對一的I/O連線(xiàn)，對于大規模I/O系統來(lái)說(shuō)，減少了由接線(xiàn)點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統具有現場(chǎng)級設備的在線(xiàn)故障診斷、報警、記錄功能，可完成現場(chǎng)設備的遠程參數設定、修改等參數化工作，也增強了系統的可維護性。
    （4）降低了系統及工程成本對大范圍、大規模I/O的分布式系統來(lái)說(shuō)，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設工程費用，降低了系統及工程成本。

1.3 現場(chǎng)總線(xiàn)標準
    現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)得以實(shí)現的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，是要在自動(dòng)化行業(yè)中形成一個(gè)制造商們共同遵守的現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議技術(shù)標準，制造商們能按照標準生產(chǎn)品，系統集成商門(mén)能按照標準將不同產(chǎn)品組成系統。這就提出了現場(chǎng)總線(xiàn)標準的問(wèn)題。
    國際上著(zhù)名自動(dòng)化產(chǎn)品及現場(chǎng)設備生產(chǎn)廠(chǎng)家，意識到現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向，紛紛結成企業(yè)聯(lián)盟，推出自己的總線(xiàn)標準及產(chǎn)品，在市場(chǎng)上培養用戶(hù)、擴大影響，并積極支持國際標準組織制定現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準。能否使自己總線(xiàn)技術(shù)標準在未來(lái)國際標準中占有較大比例成份，關(guān)系到該公司相關(guān)產(chǎn)品前途、用戶(hù)的信任及企業(yè)的名譽(yù)。而歷史經(jīng)驗證明：國際標準都是采用一個(gè)或幾個(gè)市場(chǎng)上最成功的技術(shù)為基礎。因此，各大國際公司在制定現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準中的竟爭，體現了各公司在技術(shù)領(lǐng)先地位上的競爭，而其最終還是要歸結到市場(chǎng)實(shí)力的競爭。據說(shuō)目前國際上現有各種總線(xiàn)及總線(xiàn)標準不下二百多種。具有一定影響和已占有一定市場(chǎng)份額的總線(xiàn)有如下幾種：
1.3.1 PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)
     1996年3月15日批準為歐洲標準，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上已被普遍接受，市場(chǎng)份額占歐洲首位，年增長(cháng)率25%。目前支持PROFIBUS標準的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國際上250多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家。在世界范圍內已安裝運行的PROFIBUS設備已超過(guò)200萬(wàn)臺，到1998年5月，適用于過(guò)程自動(dòng)化的PROFIBUS-PA儀表設備在19個(gè)國家的40個(gè)用戶(hù)廠(chǎng)家投入現場(chǎng)運行。
    1985年組建了PROFIBUS國際支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用戶(hù)組織（PNO）。目前在世界各地相繼組建了20個(gè)地區性的用戶(hù)組織，企業(yè)會(huì )員近650家。1997年7月組建了中國現場(chǎng)總線(xiàn)（PROFIBUS）專(zhuān)業(yè)委員會(huì )，并籌建現場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS產(chǎn)品演示及認證的實(shí)驗室。
PROFIBUS主要應用領(lǐng)域有：
       .制造業(yè)自動(dòng)化：汽車(chē)制造（機器人、裝配線(xiàn)、沖壓線(xiàn)等）、造紙、紡織。
       .過(guò)程控制自動(dòng)化：石化、制藥、水泥、食品、啤酒。
       .電力：發(fā)電、輸配電。
       .樓宇：空調、風(fēng)機、照明。
       .鐵路交通：信號系統
1.3.2 FF現場(chǎng)總線(xiàn)
    1994年由ISP 基金會(huì )和World FIP(北美)兩大集團合并成立FF基金會(huì )，其宗旨在于開(kāi)發(fā)出符合IEC和ISO標準的、唯一的國際現場(chǎng)總線(xiàn)（Fundation Fieldbus）。低速總線(xiàn)（H1）協(xié)議已于1996年發(fā)表。已完成開(kāi)發(fā)的高速總線(xiàn)（H2）擬于1998年內發(fā)表。1997年5月建立了中國現場(chǎng)總線(xiàn)（FF）專(zhuān)業(yè)委員會(huì )，并籌建FF現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品認證中心。
目前，FF現場(chǎng)總線(xiàn)的應用領(lǐng)域以過(guò)程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠(chǎng)實(shí)驗系統、廢水處理、油田等行業(yè)。
1.3.3 LONWORKS總線(xiàn)
    LONWORKS現場(chǎng)總線(xiàn)全稱(chēng)為L(cháng)ONWORKS NetWorks,即分布式智能控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，希望推出能夠適合各種現場(chǎng)總線(xiàn)應用場(chǎng)合的測控網(wǎng)絡(luò )。目前LONGWORKS應用范圍廣泛，主要包括工業(yè)控制、樓宇自動(dòng)化、數據采集、SCADA系統等。國內主要應用于樓宇自動(dòng)化方面。
1.3.4 CANBUS現場(chǎng)總線(xiàn)
    CANBUS現場(chǎng)總線(xiàn)已由ISO/TC22技術(shù)委員會(huì )批準為國際標準IOS 11898（通訊速率小于1Mbps）和ISO 11519（通訊速率小于125Kbps）。CANBUS主要產(chǎn)品應用于汽車(chē)制造、公共交通車(chē)輛、機器人、液壓系統、分散型I/O。另外在電梯、醫療器械、工具機床、樓宇自動(dòng)化等場(chǎng)合均有所應用。
1.3.5 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
    90~91年FIP現場(chǎng)總線(xiàn)成為法國國家安全標準。96年成為歐洲標準（EN 50170 V.3）。下一步目標是靠近IEC標準，現在技術(shù)上已做好充分準備。WorldFIP國際組織在北京設有辦事處，即WorldFIP中國信息中心，負責中國的技術(shù)支持。
    WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)采用單一總線(xiàn)結構來(lái)適應不同應用領(lǐng)域的需求，不同應用領(lǐng)域采用不同的總線(xiàn)速率。過(guò)程控制采用31.25Kbit/s,制造業(yè)為1M bit/s,驅動(dòng)控制為1-2.5Mbit/s。采用總線(xiàn)仲裁器和優(yōu)先級來(lái)管理總線(xiàn)上（包括各支線(xiàn)）的各控制站的通信?？蛇M(jìn)行1對1、1對多點(diǎn)（組）、1對全體等多重通信方式。在應用系統中，可采用雙總線(xiàn)結構，其中一條總線(xiàn)為備用線(xiàn)，增加了系統運行的安全性。
    WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)適用范圍廣泛，在過(guò)程自動(dòng)化、制造業(yè)自動(dòng)化、電力及樓宇自動(dòng)化方面都有很好的應用。
1.3.6 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)
    P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現場(chǎng)總線(xiàn)的第一批產(chǎn)品。1986年通信協(xié)議中加入了多重網(wǎng)絡(luò )結構和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產(chǎn)品。1987年P(guān)-NET標準成為開(kāi)放式的完整標準，成為丹麥的國家標準。1996年成為歐洲總線(xiàn)標準的一部分（EN 50170 V.1）。1997年組建國際P-NET用戶(hù)組織，現有企業(yè)會(huì )員近百家，總部設在丹麥的Siekeborg，并在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設有地區性組織分部。
P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)在歐洲及北美地區得到廣泛應用，其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環(huán)保工程和制造業(yè)等應用領(lǐng)域。

1.4 如何面對眾多的現場(chǎng)總線(xiàn)標準
    面對國際上各種流派的現場(chǎng)總線(xiàn)及標準，為深入研究國外先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，推動(dòng)我國現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)，形成符合我國國情的和現實(shí)的標準體系，保護我國生產(chǎn)企業(yè)和用戶(hù)的投資效益，我國儀表標準化行業(yè)的主管單位-儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所遵循標準化工作程序，于己于1998年7月22日至多3日在北京中國科技會(huì )堂舉辦了"現場(chǎng)總線(xiàn)的標準化與中國自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展"研討會(huì )。會(huì )議邀請了PROFIBUS、FF、WorldFIP、P-NET國際組織專(zhuān)家代表，介紹了國際流行現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及標準化情況。研討會(huì )上中外專(zhuān)家就現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準化的發(fā)展展開(kāi)了熱列討論，并提出以下見(jiàn)解與意見(jiàn)：
    (1) 期望IEC能盡早按預期目標完成統一標準的制定。
    (2) 按目前進(jìn)度估計，近年內IEC很難完成預期目標。
    (3) 目前IEC提出的建議方案只限于過(guò)程自動(dòng)化，難于滿(mǎn)足其它應用領(lǐng)域要求，不可能成為唯一標準，很可能形成多種標準體系共存。
    (4) 在統一標準框架下做多種通信協(xié)議接口，可能是統一標準的一種適宜的解決方案。
對我國發(fā)展現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)政策，專(zhuān)家和代表們認為，結合我國國情，一方面應積極跟蹤IEC國際標準化的發(fā)展，開(kāi)展我國的技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。另一方面在統一的IEC標準未形成之前，積極開(kāi)展對其它先進(jìn)的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)研究，特別是對已有成熟應用經(jīng)驗、應用領(lǐng)域覆蓋面大的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的跟蹤研究。

1.5 對面臨選擇的用戶(hù)談個(gè)人看法并提出建議
    從用戶(hù)角度出發(fā)，如何面對眾多現場(chǎng)總線(xiàn)標準作出選擇，筆者在此發(fā)表個(gè)人看法，并提出一點(diǎn)建議以供用戶(hù)參考。
    （1）標準？ 從標準發(fā)展的歷史看，誰(shuí)的技術(shù)將成為國際標準，或在國際標準中占有較大成份，主要取決于它在實(shí)際應用中取得多大的成果，取決于該項技術(shù)及產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的占有份額。也就是說(shuō)，誰(shuí)能占有市場(chǎng)誰(shuí)將得天下。另一方面，國際標準化組織根據科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展現狀及廠(chǎng)商用戶(hù)對標準制定的要求，對標準的制定及批準手續作出相應的改變，即簡(jiǎn)化了標準的制定程序和手續，并承認存在所謂事實(shí)上的標準，即那些在市場(chǎng)中已占有較大份額、具有很大的用戶(hù)成功應用經(jīng)驗的技術(shù)標準，如我們熟知的TCP/IP通信協(xié)議標準。
    （2）選擇總線(xiàn)？ 在目前國際上現場(chǎng)總線(xiàn)群雄并起局面下，用戶(hù)應從實(shí)際應用工程特點(diǎn)出發(fā)去選擇。因為沒(méi)有一種可包羅萬(wàn)象、適合所有應用領(lǐng)域的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。應著(zhù)重考察這種總線(xiàn)在本行業(yè)中的應用業(yè)績(jì)。如制造業(yè)自動(dòng)化、電力自動(dòng)化及過(guò)程控制自動(dòng)化三個(gè)領(lǐng)域，在數據實(shí)時(shí)響應要求方面就大不一樣。
    （3）選擇產(chǎn)品？ 用戶(hù)應盡量選擇國際知名度大、擁有用戶(hù)多、產(chǎn)品應用基礎好的公司產(chǎn)品，因為這些公司的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)被國際標準采納的可能性大。即使沒(méi)有被國際標準采納，大公司為考慮信譽(yù)，會(huì )提出原有技術(shù)與國際標準的接口，而不會(huì )置公司信譽(yù)于不顧，丟掉老客戶(hù)不管。
    （4）積極跟蹤、勇于進(jìn)??！如果因為國際IEC還沒(méi)有統一現場(chǎng)總線(xiàn)標準，就不敢使用這項先進(jìn)技術(shù)是大可不必的。這將會(huì )使企業(yè)喪失一次盡早提高企業(yè)自動(dòng)化水平的機會(huì )，或喪失一次提高本企業(yè)產(chǎn)品水平的機會(huì )，從而導致企業(yè)在未來(lái)同行競爭中處于劣勢。國際IEC要統一現場(chǎng)總線(xiàn)標準不是一朝一夕的事，坐等時(shí)機流逝為下策，只有積極跟蹤、勇敢進(jìn)取方為企業(yè)發(fā)展上策。