[定義] 現(xiàn)場總線是指計算機網(wǎng)絡與生產(chǎn)過程專用網(wǎng)絡，或工業(yè)控制網(wǎng)絡與生產(chǎn)現(xiàn)場基層的自動化測控設備之間傳送信息的共同通路。

[相關(guān)技術(shù)]自動控制技術(shù)；儀器儀表；計算機技術(shù)； 通信技術(shù) ；微電子技術(shù)；網(wǎng)絡技術(shù)

[技術(shù)難點]

　　基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)是自動控制技術(shù)、自動化儀表、工業(yè)技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)的交叉與集成，因此現(xiàn)場總線技術(shù)需要在以下幾個方面加大研究、開發(fā)力度：

　　基于現(xiàn)場總線的智能化、自動化儀表、現(xiàn)場儀表是信息獲取的工具，是信息工業(yè)的源頭。智能化應包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，能適應被測參數(shù)的變化，在線聯(lián)機改變量程，自動檢測自身工作狀態(tài)并傳遞信息，進行異常處理，自動進行指標判斷與分選，進行邏輯操作，定量控制與程序控制，實現(xiàn)多參數(shù)測量，進行數(shù)字信號處理等。

　　基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡設備的軟、硬件 控制系統(tǒng)從模擬儀表到集中監(jiān)督控制系統(tǒng)，進而到分散控制系統(tǒng)(DCS)，可以說取得了很大的進展，但系統(tǒng)的開放性和通信問題仍未解決，系統(tǒng)的開放性是要解決不同廠家軟、硬件產(chǎn)品可集中到一個系統(tǒng)中，如LonWorks總線技術(shù)產(chǎn)品，只要遵循LonMARK標準，幾百家的不同產(chǎn)品均可連在一個系統(tǒng)上，所以要進行網(wǎng)絡設備的研制必須遵循現(xiàn)場總線的標準進行開發(fā)。

　　組態(tài)技術(shù) 包括網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡設備、網(wǎng)段互連等。

　　網(wǎng)絡管理技術(shù) 包括網(wǎng)絡管理軟件、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)操作與傳輸。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)形成了低層網(wǎng)絡，同時提供與企業(yè)、企業(yè)網(wǎng)(Intranet)、國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)相連接的可能性，所以搞網(wǎng)絡企業(yè)也需拓寬到這一層次。

　　基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放控制系統(tǒng)的集成技術(shù) 總體來說，自動化系統(tǒng)與設備將朝著現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，并且涉及的應用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，涉及到電力、冶金、石油、化工、建材、輕工、造紙、樓宇自動化和家庭自動化等，如何將系統(tǒng)集成，并應用于這些領(lǐng)域，是需要解決的難點之一。

[國外概況]

　　1984年美國Inter公司提出一種計算機分布式控制系統(tǒng)-位總線（BITBUS），它主要是將低速的面向過程的輸入輸出通道與高速的計算機總線多（MULTIBUS）分離，形成了現(xiàn)場總線的最初概念。80年代中期，美國Rosemount 公司開發(fā)了一種可尋址的遠程傳感器（HART）通信協(xié)議。采用在4～20mA模擬量疊加了一種頻率信號，用雙絞線實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸。HART協(xié)議已是現(xiàn)場總線的雛形。1985年由Honeywell和Bailey等大公司發(fā)起，成立了WorldFIP制定了FIP協(xié)議。1987年，以Siemens，Rosemount，橫河等幾家著名公司為首也成立了一個專門委員會互操作系統(tǒng)協(xié)議（ISP）并制定了PROFIBUS協(xié)議。后來美國儀器儀表學會也制定了現(xiàn)場總線標準IEC/ISA SP50。隨著時間的推移，世界逐漸形成了兩個針鋒相對的互相競爭的現(xiàn)場總線集團：一個是以Siemens、Rosemount,橫河為首的ISP集團；另一個是由Honeywell、Bailey等公司牽頭的WorldFIP集團。1994年，兩大集團宣布合并，融合成現(xiàn)場總線基金會（Fieldbus Foundation）簡稱FF。對于現(xiàn)場總線的技術(shù)發(fā)展和制定標準，基金委員會取得以下共識：共同制定遵循IEC/ISA SP50協(xié)議標準；商定現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展階段時間表。

　　重要階段性成果：

　　目前國際上有40多種現(xiàn)場總線，但沒有任何一種現(xiàn)場總線能覆蓋所有的應用面，按其傳輸數(shù)據(jù)的大小可分為3類：傳感器總線（sensor bus)，屬于位傳輸；設備總線（device bus)，屬于字節(jié)傳輸；現(xiàn)場總線，屬于數(shù)據(jù)流傳輸。目前應用比較多的有基金會現(xiàn)場總線（FF）、LonWorks、Profibus、WorldFIP及CAN。

　　國際組織本來打算在1998年完成對現(xiàn)場總線的標準化工作，但在1998年9月30日對現(xiàn)場總線國際標準最終草案（FDIS）進行投票表決，表決結(jié)果68％贊成，但32％反對，超過了25％，因此，國際標準化工作再次遭到措折，要在3年以后才可能成為國際標準。

　　現(xiàn)有水平及發(fā)展趨勢：

　　國際上現(xiàn)有40多種現(xiàn)場總線，但影響較大的主要有FF、Profibus、CAN、lonWorks等。圍繞著現(xiàn)場總線技術(shù)的標準化，世界上各大廠商展開了激烈競爭，并主要形成了FF和Profibus兩大陣營，都希望能夠統(tǒng)一整個世界市場。

　　目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應用于運行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡的性能要求不是很高。從應用狀況看，無論是FF和Profibus，還是其他一些現(xiàn)場總線，都能較好地實現(xiàn)速率要求較慢的過程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰都很難統(tǒng)一整個世界市場。而現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是互操作性，實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。今后現(xiàn)場總線技術(shù)如何發(fā)展、如何統(tǒng)一，是所有生產(chǎn)廠商和用戶十分關(guān)心的問題。

　　高速現(xiàn)場總線主要應用于控制網(wǎng)內(nèi)的互連，連接控制計算機、PLC等智能程度較高、處理速度快的設備，以及實現(xiàn)低速現(xiàn)場總線網(wǎng)橋間的連接，它是充分實現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制結(jié)構(gòu)所必須的。目前這一領(lǐng)域還比較薄弱。因此，高速現(xiàn)場總線的設計、開發(fā)將是競爭十分激烈的領(lǐng)域，這也將是現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)統(tǒng)一的重要機會。而選擇什么樣的網(wǎng)絡技術(shù)作為高速現(xiàn)場總線的整體框架將是其首要內(nèi)容。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展應體現(xiàn)為兩個方面：一個是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域的繼續(xù)發(fā)展和完善；另一個是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。

　　作為新一代控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場總線技術(shù)將具有如下技術(shù)指標：

　　實現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制； 系統(tǒng)的開放性；現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性；

　　互操作與互用性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應性 ；

[影響]

　　現(xiàn)場總線的應用有如下特點：

　　低成本

　　由于現(xiàn)場總線的通信是全數(shù)字式的且它的控制功能完全由現(xiàn)場設備去執(zhí)行，因此不需要輸入、輸出及其它控制板；而且現(xiàn)場裝置可直接與操作臺相連，不再需要用于聯(lián)接各控制板的"數(shù)據(jù)高速公路"，上述各部分的冗余在現(xiàn)場總線系統(tǒng)里自然也就不再需要了。現(xiàn)場總線系統(tǒng)只保留集散控制系統(tǒng)（DCS）中的現(xiàn)場設備及操作站，操作站已不再是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。

　　現(xiàn)場總線設備可以執(zhí)行多種測量、控制和計算，因此減少了變送器的數(shù)量，不再需要單回路調(diào)節(jié)器和計算元件，從而節(jié)省了費用。

　　組態(tài)簡單

　　由于所有儀表都引入了功能模塊，組態(tài)變得非常相似或簡單，不需要因為自動化設備種類不同或組態(tài)方法的不同而進行培訓或?qū)W習編程語言。所有的生產(chǎn)廠商都使用相同的現(xiàn)場總線功能模塊。功能模塊是以用戶自定義的標識符和標準參數(shù)為基礎的，用戶可以根據(jù)標識符來指定某一設備，毋需考慮設備地址、存儲記憶地址和比特編號等。組態(tài)可通過計算機編輯，然后下裝至現(xiàn)場自動化設備。

　　由于不同廠商、不同型號的儀表的校準、量程設定和診斷等的操作程序是一致的，使得培訓操作員簡單化和設備的更新。

　　現(xiàn)場總線已有大量的功能模塊，且新的功能模塊仍在不斷增加。

　　查索更多的信息及診斷狀況

　　數(shù)字通信使用戶從控制室中查索所有設備的數(shù)據(jù)、組態(tài)、運行和診斷信息成為現(xiàn)實。而且現(xiàn)場總線的多變量特性為儀表及其它自動化設備的革新提供了更廣闊的天地。

　　現(xiàn)場設備的自診斷功能使故障可以及時地被報告，使檢修人員在事故發(fā)生之前可及時確定潛在事故地點并進行維修。硬件（如傳感器、執(zhí)行器和記憶單元）故障，軟件方面（如組態(tài)和校準）的問題都能夠被及時報告。

　　操作人員毋需把變送器送去檢測就可獲得所需信息，從而大大節(jié)省了時間和成本。

　　安裝、運行、維修簡便

　　由于現(xiàn)場儀表是并行連接，端子接頭核對的工作量大大減少了，所以接線簡單，一條電纜通常可連接20個設備。

　　現(xiàn)場總線設備能夠模擬輸入值、輸出值或狀態(tài)。這使得操作員在控制室內(nèi)便能夠測試系統(tǒng)對故障及過程狀況的反應。

　　現(xiàn)場總線可以存儲有用的信息以便于維修，信息不會丟失。大量的有用信息也被存儲于自動化設備中，這些既可以從手持終端獲取，又可從操作站獲取。

　　自由選擇不同品牌設備

　　所有現(xiàn)場總線產(chǎn)品采用統(tǒng)一的標準，這使用戶可以自由選擇不同制造商所提供的設備。

　　數(shù)據(jù)庫的一致性

　　現(xiàn)場總線采用完全分散的數(shù)據(jù)庫概念。任何同現(xiàn)場總線接口的人機界面都可顯示有關(guān)信息，這樣就不會有重復的、不一致的數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)場總線只使用一個數(shù)據(jù)庫，即分散于現(xiàn)場儀表中的數(shù)據(jù)庫，人機界面就是從此數(shù)據(jù)庫中獲取"定標數(shù)據(jù)"的，手持終端所查索的也是同一個數(shù)據(jù)庫。

　　現(xiàn)場總線對國民經(jīng)濟的影響表現(xiàn)在：

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是控制系統(tǒng)的重大變革，將在今后深深的影響自動化儀表和技術(shù)的發(fā)展。

　　新型的全數(shù)字控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將能充分發(fā)揮上層系統(tǒng)調(diào)度、優(yōu)化、決策的功能，更容易構(gòu)成計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）并更好地發(fā)揮其作用。有利于企業(yè)實施綜合自動化策略，使企業(yè)從粗放型向集約化轉(zhuǎn)化。

　　現(xiàn)場總線和開放系統(tǒng)的應用將大大降低自動化系統(tǒng)的投資，僅系統(tǒng)布線、安裝、維修費用，可比現(xiàn)有系統(tǒng)減少66％，另外，還帶來節(jié)約廠房面積，減少電纜橋架鋪設等其他方面投資的減少。