1、基金會現場總線
基金會現場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF，這是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發展前景的技術。其前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協議。屈于用戶的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現場總線基金會，致力于開發出國際上統一的現場總線協議。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。
基金會現場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為 3125Kbps,通信距離可達 1900m (可加中繼器延長),可支持總線供電，支持本質安全防爆環境。H2的傳輸速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可支持比絞線、光纜和無線發射，協議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，每位發送數據的中心位置或是正跳變，或是負跳變。正跳變代表0，負跳變代表1，從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息，以保持發送雙方的時間同步。接收方既可根據跳變的極性來判斷數據的“1”、“0”狀態，也可根據數據的中心位置精確定位。
為滿足用戶需要，Honeywell、Ronan等公司已開發出可完成物理層和部分數據鏈路層協議的專用芯片，許多儀表公司已開發出符合FF協議的產品，1總線已通過ａ測試和β測試，完成了由 13個不同廠商提供設備而組成的FF現場總線工廠試驗系統。2總線標準也已經形成。
1996年10月，在芝加哥舉行的ISA96展覽會上，由現場總線基金會組織實施，向世界展示了來自40多家廠商的70多種符合FF協議的產品，并將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展臺上的FF展品，用醒目的橙紅色電纜，互連為七段現場總線演示系統，各展臺現場設備之間可實地進行現場互操作，展現了基金會現場總線的成就與技術實力。
2、LonWorks
LonWorks是又一具有強勁實力的現場總線技術，它是由美國Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協議，采用了面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到2700m(78kbps，雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質，并開發相應的本安防爆產品，被譽為通用控制網絡。
LonWorks技術所采用的LonTalk協議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實現。集成芯片中有3個8位CPU;一個用于完成開放互連模型中第 1～ 2層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現介質訪問的控制與處理 ;第二個用于完成第3～6層的功能，稱為網絡處理器，進行網絡變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數路徑選擇、軟件計量時、網絡管理，并負責網絡通信控制、收發數據包等;第三個是應用處理器，執行操作系統服務與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區，以實現CPU之間的信息傳遞，并作為網絡緩沖區和應用緩沖區。如Motorola公司生產的神經元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM。
LonWorks技術的不斷推廣促成了神經元芯片的低成本 (每片價格約 5～9美元)，而芯片的低成本又返過來促進了LonWorks技術的推廣應用，形成了良好循環，據Ecelon公司的有關資料，到1996年7月，已生產出 500萬片神經元芯片。
LonWorks公司的技術策略是鼓勵各OEM開發商運用LonWorks技術和神經元芯片，開發自己的應用產品，據稱目前已有2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技術:1000多家公司已經推出了LonWorks產品，并進一步組織起LonWark互操作協會，開發推廣LonWorks技術與產品。它被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統、辦公設備、運輸設備、工業過程控制等行業。為了支持LonWorks與其它協議和網絡之間的互連與互操作，該公司正在開發各種網關，以便將LonWorks與以太網、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統。
另外，在開發智能通信接口、智能傳感器方面，LonWorks神經元芯片也具有的優勢。LonWorks技術已經被美國暖通工程師協會ASRE定為建筑自動化協議BACnet的一個標準。根據剛剛收到的消息，美國消費電子制造商協會已經通過決議，以LonWorks技術為基礎制定了EIA-709標準。
這樣，LonWorks已經建立了一套從協議開發、芯片設計、芯片制造、控制模塊開發制造、OEM控制產品、最終控制產品、分銷、系統集成等一系列完整的開發、制造、推廣、應用體系結構，吸引了數萬家企業參與到這項工作中來，這對于一種技術的推廣、應用有很大的促進作用。
3、Profibus
Profibus是作為德國國家標準DIN 19245和歐洲標準prEN 50170的現場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設間的高速傳輸，適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，由這兩部分形成了其標準部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數據連接擬合作為用戶接口，FMS型只隱去第3～6層，采用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過程之中，其傳輸技術遵從IEC1158-2 (1 )標準，可實現總線供電與本質安全防爆。
Porfibus支持主—從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有總線控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環一周的最長時間。按Profibus的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可采取對所有站點廣播 (不要求應答 ),或有選擇地向一組站點廣播。
Profibus的傳輸速率為96～12kbps傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個站點。
4、CAN
CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱，由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線規范現已被ISO國際標準組織制訂為國際標準，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應用在離散控制領域。
CAN協議也是建立在國際標準組織的開放系統互連模型基礎上的，不過，其模型結構只有3層，只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和頂上層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線，通信速率可達 1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達 1 0km/kbps,可掛接設備最多可達 110個。
CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能以切斷該節點與總線的聯系，使總線上的其它節點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。
CAN支持多主方式工作，網絡上任何節點均在任意時刻主動向其它節點發送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發送數據。它采用總線仲裁技術，當出現幾個節點同時在網絡上傳輸信息時，優先級高的節點可繼續傳輸數據，而優先級低的節點則主動停止發送，從而避免了總線沖突。
已有多家公司開發生產了符合CAN協議的通信芯片，如Intel公司的 82 52 7，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的 82C2 50等。還有插在PC機上的CAN總線接口卡，具有接口簡單、編程方便、開發系統價格便宜等優點。
5、HART
HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫。由Rosemout公司開發并得到80多家儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會。這種被稱為可尋址遠程傳感高速通道的開放通信協議，其特點是現有模擬信號傳輸線上實現數字通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過程中工業過程控制的過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較好的發展。
HART通信模型由3層組成 :物理層、數據鏈路層和應用層。物理層采用FSK(FrequencyShiftKeying)技術在 4～20mA模擬信號上迭加一個頻率信號，頻率信號采用Bell202國際標準;數據傳輸速率為1200bps,邏輯“0”的信號頻率為2200Hz，邏輯“1”的信號傳輸頻率為 1200Hz。
數據鏈路層用于按HART通信協議規則建立HART信息格式。其信息構成包括開頭碼、顯示終端與現場設備地址、字節數、現場設備狀態與通信狀態、數據、奇偶校驗等。其數據字節結構為1個起始位，8個數據位，1個奇偶校驗位，1個終止位。應用層的作用在于使HART指令付諸實現，即把通信狀態轉換成相應的信息。它規定了一系列命令;按命令方式工作。它有 3類命令，類稱為通用命令，這是所有設備理解、執行的命令;第二類稱為一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現場設備 (盡管不是全部 )中實現，這類命令包括的現場設備的功能庫;第三類稱為特殊設備命令，以便在某些設備中實現特殊功能，這類命既可以在基金會中開放使用，又可以為開發此命令的公司所。在一個現場設備中通常可發現同時存在這3類命令。HART支持點對點主從應答方式和多點廣播方式。按應答應方式工作時的數據更新速率為2～3次/ｓ,按廣播方式工作時的數據更新速率為 3～4次 /ｓ,它還可支持兩個通信主設備。總線上可掛設備數多達 15個，每個現場設備可有256個變量，每個信息可包含4個變量。傳輸距離3000m，HART采用統一的設備描述語言DDL?，F場設備開發商采用這種標準語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術，來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用接口。但由于這種模擬數字混信號制，導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求。
6、RS-485
盡管ＲＳ-485不能稱為現場總線，但是作為現場總線的，還有許多設備繼續沿用這種通訊協議。采用RS-485通訊具有設備簡單、低成本等優勢，仍有一定的生命力。以RS-485為基礎的OPTO-22命令集等也在許多系統中得到了廣泛的應用。
四、現場總線技術展望與發展趨勢
發展現場總線技術已成為工業自動化領域廣為注的焦點課題，國際上現場總線的研究、開發，使測控系統沖破了長期封閉系統的禁錮，走上開放發展的征程，這對我國現場總線控制系統的發展是個的機會，也是一次嚴峻的挑戰?，F場總線技術是控制、計算機、通訊技術的交叉與集成，涉及的內容十分廣泛，筆者認為應不失時機地抓好我國現場總線技術與產品的研究與開發。自動化系統的網絡化是發展的大趨勢，現場總線技術受計算機網絡技術的影響是十分深刻的?，F在網絡技術日新月異，發展十分迅猛，一些具有重大影響的網絡新技術必將進一步融合到現場總線技術之中，這些具有發展前景的現場總線技術有:智能儀表與網絡設備開發的軟硬件技術 ;組態抗術，包括網絡拓撲結構、網絡設備、網段互連等;網絡管理技術，包括網絡管理軟件、網絡數據操作與傳輸 ;人機接口、軟件技術;現場總線系統集成技術?，F場總線屬于尚在發展之中的技術，我國在這一技術領域還剛剛起步，了解國際上該項技術的現狀與發展動向，對我國相關行業的發展，對自動化技術、設備的更新，無疑具有重要的作用?？傮w說來，自動化系統與設備將朝著現場總線體系結構的方向前進，這一發展趨勢是肯定的。既然是總線，就要向著趨于開放統一的方向發展，成為大家都遵守的標準規范，但由于這一技術所涉及的應用領域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續、離散工業領域，如過程自動化、制造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。大千世界，眾多領域，需求各異，一個現場總線體系下可能不止容納單一的標準。另外，從以上介紹也可以看出，幾大技術均具有自己的特點，已在不同應用領域形成了自己的優勢。加上商業利益的驅使，它們都各自正在十分激烈的市場競爭中求得發展。有理由認為:在從現在起的未來 10ａ內，可能出現幾大總線標準共存，甚至在一個現場總線系統內，幾種總線標準的設備通過路由網關互連實現信息共享的局面。在連續過程自動化領域內，今后10ａ內，FF基金會現場總線將成為主流發展趨勢，LonWorks將成為有力的競爭對手，HART作為過渡性產品也能有一定的市場。這3種技術是從這一領域的工業需求出發，其用戶層的各種功能是專業連續過程設計的，而且充分考慮到連續工業的使用環境，如支持總線供電，可滿足本質安全防爆要求等。另外，FF基金會幾乎集中了世界上主要自動化儀表制造商;LonWorks形成了全面的分工合作體系。這些因素對成為這一領域的主流技術是十分關鍵的。
由于HART建立在目前廣泛采用的模擬系統之上，它可以充分照顧到現有設備和已有投資的效益，技術上也充分考慮連續過程使用環境的需要。目前它已經占有一定的，其技術本身還在不斷完善與更新，如提高傳輸速率等。目前國外HART儀表的還在不斷增長，呈上升趨勢，但是它畢竟是過渡性產品，其生存周期不會很長。國內則由于很多項目都是新項目，所以對兼容性的考慮較少，而對性的考慮較多，相信HART在國內的不會很大。國內市場與國外市場會有比較大的差異。一方面國外市場上占優勢的產品會不斷滲透到國內;另一方面，由于國內廠商的規模相對較小，研發能力較差，更多的是依賴技術供應商的支持，比較容易受現場總線技術供應商 (芯片制造商等)對國內的支持和市場推廣力度的影響。國內目前僅LonWorks技術有實質性的市場活動，所以大部分國內廠商將首先將接受LonWorks技術。盡管FF號稱儀器儀表行業的未來標準，但是由于沒有明確的市場策略和在國內的積極的市場活動，將會受到很大影響。而且事實表明，所有的現場總線基金會(FF)會員在研制符合FF標準的同時，都同時推出采用LonWorks技術的應用，由此可見LonWorks技術的生命力十分頑強。在離散制造加工領域，由于行業應用的特點和歷史原因，其主流技術會有一些差別。Profibus和CAN在這一領域具有較強的競爭力。他們已經在這一領域形成了自己的優勢。
在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產品等方面，LonWorks則具有的優勢。由于LonWorks技術的特點，在多樣化控制系統的應用上將會有較大的發展。
現場總線技術的興起，開辟了工廠底層網絡的新天地。它將促進企業網絡的快速發展，為企業帶來新的效益，因而會得到廣泛的應用，并推動自動化相關行業的發展。
電磁流量計 壓力變送器 測溫槍 (責任編輯：admin) |
