它是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向和多站通信系統。主要解決工業領域中智能儀表、控制器、執行器等現場設備之間的數字通信以及這些問題。
現場控制設備與先進控制系統之間的信息傳輸。
主要用於:
制造業、流程工業、運輸、建築和自動化系統的其他方面。
2003年4月，第三版IEC61158 Ed.3現場總線標準正式成為國際標準，規定了10種現場總線。
1 TS61158型現場總線
類型2控制網絡和以太網/IP現場總線
類型3 Profibus現場總線
4型P-NET現場總線
5型FF HSE現場總線
類型6 SwiftNet現場總線
7類世界FIP現場總線
8型Interbus現場總線
9 FF H1型現場總線
10型PROFInet現場總線
現場總線的技術特點
(1)全數字通信
(2)開放的互聯網
(3)互通性和互操作性？
(4)智能現場設備？
(5)系統結構高度分散。
(6)對現場環境的適應性
現場總線的特點
現場控制設備具有通信功能，便於組成工廠底層控制網絡。
通信標準的開放性和壹致性使得系統是開放的，設備是可互操作的。
功能塊和結構的標準化使得具有相同功能的設備可以互換。
控制功能分散到現場，使得控制系統結構高度分散。
現場總線的優勢
現場總線使自動控制設備和系統步入信息網絡的行列，為其應用開辟了更廣闊的領域。
壹對雙絞線上可以掛多個控制裝置，方便節省安裝費用；
節省維護費用；
提高了系統的可靠性；
它為用戶提供了更靈活的系統集成主動權。
現場總線技術的發展趨勢
從現場總線技術本身分析，它有兩個明顯的發展趨勢:
壹是尋求統壹的現場總線國際標準。
二、工業以太網走向工業控制網絡？
統壹開放的TCP/IP以太網是過去20年中最成功的網絡技術。過去壹直認為以太網是為IT領域的應用而開發的，在實時性、環境適應性、總線饋電等諸多方面與工業網絡存在差距，只能用於工業自動化領域。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內的EPA技術(用於過程自動化的以太網)也取得了很大的進步。
隨著FF HSE的成功開發和PROFInet的推廣應用，可以預見以太網技術將很快進入工業控制系統的各個層面。？
工業以太網的發展
世界上形成了四大工業以太網技術陣營:
主要用於離散制造控制系統的是:
Modbus-IDA工業以太網
以太網/IP工業以太網
PROFInet工業以太網
過程控制系統中主要使用的是:
基金會現場總線HSE工業以太網
隨著科學技術的飛速發展，在過去的兩個世紀裏，過程控制領域發生了巨大的變化。基於5-13 psi的氣動信號標準(PCS)出現在150多年前，標誌著控制理論的初步形成，但此時還沒有控制室的概念。20世紀50年代，隨著基於0-10 mA或4-20 mA電流模擬信號的模擬過程控制系統的提出和廣泛應用，標誌著電氣自動控制時代的到來，三大控制論的建立奠定了現代控制的基礎，設置控制室、分離控制功能的模式壹直沿用至今。70年代，隨著數字計算機的介入，產生了集控計算機系統，大部分信號傳輸系統仍使用4-20 mA模擬信號。很快，人們也發現該系統容易失控，可靠性低，很快就發展成為分布式控制系統(DCS)。隨著微處理器的廣泛應用和計算機可靠性的提高，分布式控制系統得到了廣泛的應用。由多臺計算機、壹些智能儀表和智能元件實現的分布式控制是其最重要的特點，數字傳輸信號正逐漸取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的迅速發展和廣泛應用，數字通信網絡有可能延伸到工業過程現場，從而產生以微處理器為核心，用集成電路代替常規電子電路，實現信息采集、顯示、處理、傳輸和最優控制等功能的智能裝置。設備間的通信和控制要求更高的準確性、可操作性、可靠性和可維護性。因此，產生了現場總線。
現場總線的本質和優勢
1984正式提出了現場總線的概念。IEC(國際電工委員會)將現場總線定義為壹種應用於生產現場，在現場設備和控制設備之間雙向、串行、多節點的數字通信技術。
不同的組織和不同的人可能對現場總線有不同的定義，但總的來說，公認的現場總線的本質體現在以下六個方面:
野戰通信網？
用於互連過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀器的現場通信網絡。
現場設備互連？
根據實際需要，不同的傳輸介質用於關聯不同的現場設備或現場儀器。
互操作性？
用戶可以根據自己的需求選擇不同廠家或不同型號的產品組成所需的控制回路，從而可以自由集成FCS。
分散功能塊？
FCS拋棄了DCS的輸入輸出單元和控制站，將DCS控制站的功能塊分布到現場儀表上，形成了虛擬控制站，完全實現了分散控制。
通信線路供電？
通信線的供電方式允許現場儀表直接從通信線吸收能量，為本質安全環境提供了低功耗的現場儀表，同時還配有安全柵。
開放互聯網？
現場總線是壹個開放的互聯網，可以與同壹層網絡、不同層網絡互聯，也可以實現網絡數據庫的* * *共享。
從上面可以看出，現場總線體現了分布式、開放性、互聯性和高可靠性的特點，這些都是DCS系統的缺點。DCS通常是壹個壹個地傳輸信號，其模擬信號精度低，易受幹擾。操作室的操作人員往往難以調整模擬儀表的參數和預測故障，處於“失控”狀態。很多儀表廠家都是自己制定標準，互換性差，所以儀表的功能過於簡單，無法滿足現代化的要求，幾乎所有的控制功能都位於控制站。FCS采用壹對多的雙向信號傳輸，采用的數字信號精度高，可靠性強。設備始終處於操作人員的遠程監控和可控狀態。用戶可以根據需要自由選擇不同品牌的設備進行互聯。智能儀表具有豐富的通信、控制、操作等功能，控制功能分散在所有智能儀表中。由此可以看出FCS相對於DCS的巨大進步。
正是由於上述特點，FCS在設計、安裝和正常生產中具有很大的優勢:首先，由於分散在前端的智能設備可以執行更復雜的任務，不需要單獨的控制器和計算單元，節省了硬件投資和使用面積；FCS的接線相對簡單，壹條輸電線路可以掛更多的設備，大大節省了安裝成本；由於現場控制設備往往具有自診斷功能，可以向控制室發送故障信息，減少了維護工作量；同時，由於用戶在系統集成上有很高的自主性，可以靈活選擇合適的廠商產品；整個系統的可靠性和準確性也大大提高。這些都有助於用戶降低安裝、使用和維護成本，最終達到增加利潤的目的。
現場總線的現狀
由於各個國家和公司的利益，雖然國際電工委員會/國際標準協會(IEC/ISA)早在1984就開始制定現場總線的標準，但統壹標準至今未完成。許多公司也推出了自己的現場總線技術，但很難統壹其開放性和互操作性。目前，現場總線市場有以下特點:
多種現場總線共存？
目前世界上大約有四十種現場總線，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon的LONWorks，PhenixContact的InterBus，RoberBosch的CAN，Rosemounr的HART。CarloGarazzi的Dupline、丹麥的ProcessData的P-net、PeterHans的F-Mux、ASI(ActraturSensorInterface)、MODBus、SDS、Arcnet、國際標準化組織-基金會現場總線FF:現場總線基金會、WorldFIP、BitBus、DeviceNet、美國的ControlNet等。這些現場總線大多應用於過程自動化、醫學、加工制造、交通運輸、國防、航空航天、農業和建築等領域，不到十種的總線占據了80%左右的市場。
各種總線都有其應用領域？
每種總線大多都有其應用領域。如FF、PROFIBUS-PA適用於石油、化工、醫藥、冶金等行業的過程控制領域。LonWrks、PROFIBUS-FMS和DevieceNet適用於建築、交通、農業等領域。DeviceNet和PROFIBUS-DP適合加工制造，但這些劃分並不是絕對的。各種現場總線都試圖拓展自己的應用領域，互相滲透。
每個現場總線都有其國際組織和支持背景？
現場總線大多以壹家或幾家大型跨國公司為背景，成立相應的國際組織，力圖擴大自己的影響力，獲得更多的市場份額。比如PROFIBUS以西門子為主要支撐，成立了以阿爾斯通為主要背景的PROFIP國際用戶組織WorldFIP。
多輛公交車成為國家和地區標準了嗎？
為了加強競爭力，許多總線努力成為國家或地區標準，如PROFIBUS成為德國標準，WorldFIP成為法國標準。
設備廠商參與多個總線組織？
許多設備制造商為了擴大其產品的應用範圍，往往參與不止壹個甚至更多的總線組織。
公交車之間協調嗎？
由於競爭激烈，而且沒有壹種或幾種總線能夠統壹市場，許多重要的企業都在努力開發接口技術，將自己的總線與其他總線連接起來，在國際標準上也出現了協調的局面。
工業自動化技術應用於各行各業，要求千變萬化。用壹種現場總線技術很難滿足所有行業的技術要求。現場總線不同於計算機網絡，人們將面對壹個存在各種總線技術標準的真實世界。技術發展很大程度上受到市場規則和商業利益的制約；技術標準不僅是技術規範，也是商業利益的妥協產物。現場總線的關鍵技術之壹是互操作性，實現現場總線技術的統壹是所有用戶的願望。
主流現場總線簡介
下面簡單介紹幾種主流的現場總線。
1基金會現場總線(FF)
這是美國Fisher-Rousemount公司聯合橫河、ABB、西門子、英維等80家公司所做的ISP協議與歐洲等地150多家公司於1994年9月聯合霍尼韋爾公司所做的WorldFIP協議的合並。該總線已廣泛應用於過程自動化領域，具有良好的發展前景。
基金會現場總線采用ISO開放系統互連OSI的簡化模型(1，2，7層)，即物理層、數據鏈路層和應用層，並增加用戶層。FF有兩種通信速率:低速H1和高速H2。前者傳輸速率31.25Kbit/ s，通信距離1900m，可支持總線供電和本質安全防爆環境。後者傳輸速率為1Mbit/ s和2.5Mbit/ s，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線傳輸。協議符號是IEC1158-2標準。FF的物理介質的傳輸信號采用曼徹斯特編碼。
CAN(controllerarenetwork)？
它最早由德國BOSCH公司推出，廣泛應用於離散控制領域。其總線規範已被ISO國際標準組織制定為國際標準，並得到Intel、摩托羅拉、NEC等公司的支持。CAN協議分為兩層:物理層和數據鏈路層。CAN信號傳輸采用短幀結構，傳輸時間短，具有自動關機功能，抗幹擾能力強。CAN支持多主工作模式，采用無損總線仲裁技術，通過設置優先級來避免沖突。最長通信距離可達10KM/5Kbps/s，最高通信速率可達40M /1Mbp/s，網絡節點數實際可達110。目前很多公司都開發了符合CAN協議的通信芯片。
Lonworks？
它是由美國Echelon公司引進，摩托羅拉和東芝公司倡導的。它采用ISO/OSI模型的全部7層通信協議，采用面向對象的設計方法，通過網絡變量將網絡通信設計簡化為參數設置。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、紅外線和其他通信介質。通信速度從300bit/s到1.5M/s不等，直接通信距離可達2700m(78Kbit/s)。它被稱為通用控制網絡。Lonworks技術采用的LonTalk協議封裝在神經元芯片中實現。采用Lonworks技術和neuron芯片的產品廣泛應用於樓宇自動化、家庭自動化、安防系統、辦公設備、交通運輸、工業過程控制等行業。
DeviceNet？
DeviceNet是壹種低成本的通信連接和簡單的網絡解決方案，具有開放的網絡標準。DeviceNet的直接互連不僅改善了設備之間的通信，還提供了相當重要的設備級位置功能。DebiceNet基於CAN技術，傳輸速率為125Kbit/s到500Kbit/s，每個網絡最大節點數為64。其傳播方式為:生產者/消費者，采用多頻道廣播信息。位於DeviceNet網絡上的設備可以自由連接或斷開，不影響網絡上的其他設備，其設備的安裝和布線成本也較低。DeviceNet總線的組織結構是開放的DeviceNet供應商協會(ODVA)。
5PROFIBUS
PROFIBUS是德國標準(DIN19245)和歐洲標準(EN50170)的現場總線標準。由PROFIBUS - DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA系列組成。DP用於分布式外設之間的高速數據傳輸，適用於加工自動化領域。FMS適用於紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。用於過程自動化的PA總線類型符合IEC 1158-2標準。PROFIBUS支持多種傳輸模式，如主從系統、純主站系統和多主多從混合系統。PROFIBUS的傳輸速率從9.6Kbit/s到12Mbit/s，9.6Kbit/s時最大傳輸距離為1200m，12Mbit/s時小至200m，通過中繼器可擴展至10km。傳輸介質為雙絞線或光纜，最多可以掛。
6哈特
HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫，最早由羅斯蒙特公司開發。其特點是在現有的模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬於模擬系統向數字系統過渡的產物。其通信模型采用物理層、數據鏈路層、應用層三層，支持點對點主從響應模式和組播模式。由於它使用混合的模擬和數字信號，很難開發壹個通用的通信接口芯片。HART可以使用總線供電，可以滿足本質安全防爆的要求，可以用於以手持編程器和管理系統主機為主要設備的雙主系統。
7CC-Link
CC-Link是控制&；Communication Link(控制與通信鏈路系統)的簡稱，由三菱電機為首的多家公司於6月1996 11推出。其增長勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。該系統可將控制和信息數據以10Mbit/s的高速傳輸到現場網絡，具有性能優良、使用簡單、應用廣泛、節約成本等優點。不僅解決了工業現場布線的復雜問題，而且具有優異的抗噪聲性能和兼容性。CC-Link是以設備層為主的網絡，也可以覆蓋上級控制層和下級感知層。2005年7月，CC-Link被中國國家標準委員會批準為中國國家標準的指導性技術文件。
8WorldFIP
WorkdFIP和ISP的北美部分並入FF後，WorldFIP的歐洲部分保持獨立，總部位於法國。在歐洲市場，尤其是法國市場占據重要地位，份額約為60%。WorldFIP的特點是具有單壹的總線結構以滿足不同應用領域的需求，沒有網關或網橋。它使用軟件來解決高速和低速之間的連接。WorldFIP和FFHSE可以實現“透明連接”，FF H1的技術進行了擴展，比如速度。WorldFIP與IEC61158連接最好，處於世界前列。
INTERBUS？
INTERBUS是德國鳳凰公司較早推出的現場總線，並於2000年2月成為國際標準IEC61158。INTERBUS采用ISO開放系統互連OSI的簡化模型(1，2，7層)，即物理層、數據鏈路層和應用層，具有很強的可靠性、可診斷性和易維護性。采用集總幀數據環通信，具有低速高效的特點，嚴格保證數據傳輸的同步性和周期性；總線的實時性、抗幹擾性和可維護性也很優秀。INTERBUS廣泛應用於汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等行業，成為國際現場總線的領導者。
另外，比較有影響力的現場總線是丹麥公司Process-Data A/S提出的P-Net，主要應用於農業、林業、水利、食品等行業。SwiftNet現場總線主要應用於航空航天等領域，還有壹些其他的現場總線這裏就不贅述了。
現場總線和以太網的發展
現場總線技術是控制、計算機和通信技術的交叉和集成，幾乎涵蓋了所有連續和離散的工業領域，如過程自動化、制造自動化、建築半自動化、家庭自動化等。它的出現和迅速發展反映了控制領域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據采集智能化的要求。現場總線技術的發展體現在兩個方面:壹是低速現場總線領域的不斷發展和完善；另壹個是高速現場總線技術的發展。目前現場總線產品主要是低速總線產品，應用在運行速度低，對網絡性能要求不高的領域。從實際應用情況來看，大多數現場總線能夠很好地實現對速度要求不高的過程控制。所以在對速度要求不高的控制領域，誰也很難統壹整個市場。目前，FF基金會集中了全球幾乎所有的自動化儀表主要廠商，全球影響力與日俱增。但其在中國的營銷似乎不足，市場份額也不是很高。LonWorks已經形成了全面的分工合作體系，並在中國取得了壹些實質性的進展。LonWorks在樓宇自動化、家庭自動化和智能通訊產品方面具有獨特的優勢。在離散制造和加工領域，由於工業應用的特點和歷史原因，Profibus和CAN已經在該領域形成了自己的優勢和強大的競爭力。國內廠商規模相對較小，R&D能力較差。他們更依賴於技術供應商的支持，並且容易受到現場總線技術供應商(芯片制造商等)的國內支持和營銷努力的影響。).而且，還有壹點不容忽視。在構建自動化管理系統時，所選擇的上位機，如組態軟件對總線設備的支持程度，以及壹些監控組態軟件，如紫金橋監控組態軟件或InTouch，對壹些主流總線設備有很好的支持，如Lonworks、PROFIBUS、CAN等。，並通過DDE、OPC或直接連接進行通信和數據采集。這樣可以方便用戶選擇，而有些配置軟件支持的類型較少，減少了用戶的選擇範圍。
目前，自動化技術已經從單機控制發展到工廠自動化FA和系統自動化。工廠自動化信息網絡可分為以下三層:工廠管理層、車間監控層和現場設備層，現場總線是工廠底層設備之間的通信網絡。這是對以太網的介紹。這篇文章特別提到了工業以太網。工業以太網是從辦公自動化領域衍生出來的壹種工業網絡協議。按照習慣，主要是指IEEE 802.3協議。如果進壹步采用TCP/IP協議族，則以“以太網+TCP/IP”為代表。其技術特點主要適用於信息管理和信息處理系統，在it行業取得了巨大成功。在工廠管理層面和車間監控層面的信息集成領域，已經有很多工業以太網的成功案例，在設備層面對實時性要求不是很嚴格的場合也有很多應用。目前，現場總線種類繁多，標準各異。很多人希望以太網技術能夠介入更低層的設備，廣泛取代現有的現場總線技術。施耐德公司是這壹理念的積極倡導者和實踐者，壹批工業級產品已經問世並在實踐中得到應用。但目前以太網還不能真正解決實時性和確定性問題，大部分現場層還是會首選現場總線技術。由於技術的限制和各廠商的利益，這樣多種工業總線技術並存，以太網技術的現狀還會持續滲透壹段時間。用戶可以根據技術要求和實際情況選擇所需的解決方案。