現(xiàn)場總線基礎(chǔ)知識(shí)

1、現(xiàn)場總線基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)場總線技術(shù)綜述現(xiàn)場總線(Fieldbus )是80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動(dòng)化、 制造自動(dòng)化、 樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。 它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的 基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算 機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)， 已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注， 成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā) 展的熱點(diǎn)， 并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。 國際上許多實(shí)力、 有影響的公司都 先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)。 現(xiàn)場總

2、線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè) 備的底層，作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成 本低的特點(diǎn) 。具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。 由于上述特點(diǎn)， 現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)， 都具有不同上 層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。一般把現(xiàn)場總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把 420mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70 年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng) DCS 稱作第四代?，F(xiàn)場總線控制系

3、統(tǒng) FCS 作為新一代控制系統(tǒng)，一方面， 突破了 DCS 系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服 了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把 DCS 的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了 新型全分布式結(jié)構(gòu)， 把控制功能徹底下放到現(xiàn)場。 可以說，開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn) 場總線系統(tǒng)最顯著的特征?，F(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商 合并， 但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。 其中有較強(qiáng)實(shí)力和影響的有 :FoudationFieldbus (FF)、 LonWorks 、 Profibus、 HART、 CAN、 Dupline

4、等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng) 用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。 本文將在簡要描述現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)， 緊扣系統(tǒng)的可靠性、 實(shí)用性等， 介紹現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、 體系結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)及目前較為流行的幾種有實(shí)力的現(xiàn) 場總線技術(shù)的現(xiàn)狀，最后闡述現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢與技術(shù)展望。一、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)1、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換， 現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng)， 它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。 一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

5、必須是開 放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。 用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應(yīng) 商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。2、互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳 送與溝通， 可實(shí)行點(diǎn)對點(diǎn)， 一點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)字通信。 而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能 類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。3、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等并可隨時(shí)診斷設(shè)功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成， 僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能， 備的運(yùn)行狀態(tài)。4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。 由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能， 使得現(xiàn) 場總線已構(gòu)成一種新的全分

6、布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有 DCS 集中與分 散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。5、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。 工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線， 是專 為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的， 它可支持雙絞線、 同軸電纜、 光纜、 射頻、紅外線、 電力線等， 具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。二、現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn) 由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安 裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。 由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行

7、 多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì) 算單元等，也不再需要 DCS 系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線， 還可以用工控 PC 機(jī)作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減少，還可 減少控制室的占地面積。2、節(jié)省安裝費(fèi)用。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單， 由于一對雙絞線或一條電纜上通常 可掛接多個(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對的工 作量也大大減少。 當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時(shí)， 無需增設(shè)新的電纜， 可就近連接在原有的電 纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測

8、算資料，可 節(jié)約安裝費(fèi)用 60% 以上。3、節(jié)省維護(hù)開銷。 由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室， 用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行， 診斷維護(hù)信息， 以 便早期分析故障原因并快速排除。 縮短了維護(hù)停工時(shí)間， 同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化， 連線簡單 而減少了維護(hù)工作量。4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。 用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成 系統(tǒng)。 避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼 容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中。5、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。 由于現(xiàn)場總線設(shè)備的

9、智能化、 數(shù)字化，與模擬信號(hào) 相比， 它從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng):減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。 此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化， 因而還具有設(shè)計(jì)簡單， 易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。三、典型現(xiàn)場總線簡介1、基金會(huì)現(xiàn)場總線基金會(huì)現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF,這是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具 有良好發(fā)展前景的技術(shù)。 其前身是以美國 Fisher-Rousemount 公司為首， 聯(lián)合 Foxboro 、橫河、 ABB 、西門子等 80 家公司制訂的 ISP 協(xié)議和以 H

10、oneywell 公司為首，聯(lián)合歐洲等地的 150 家公司制訂的 WordFIP 協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團(tuán)于 1994 年 9 月合并，成立了現(xiàn) 場總線基金會(huì)， 致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。 它以 ISO/OSI 開放系統(tǒng)互連模型 為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為 FF 通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加 了用戶層?；饡?huì)現(xiàn)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(dá) 1900m （可加中繼器延長 ）,可支持總線供電， 支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。 H2 的傳輸 速率為 1Mbps 和 2.5Mbps 兩種，其通

11、信距離為 750m 和 500m 。物理傳輸介質(zhì)可支持比絞 線、光纜和無線發(fā)射， 協(xié)議符合 IEC1158-2 標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼， 每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負(fù)跳變。正跳變代表0，負(fù)跳變代表 1，從而使串行數(shù)據(jù)位流中具有足夠的定位信息， 以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。 接收方既可根據(jù)跳變的 極性來判斷數(shù)據(jù)的“ 1”、“ 0”狀態(tài)，也可根據(jù)數(shù)據(jù)的中心位置精確定位。為滿足用戶需要， Honeywell 、Ronan 等公司已開發(fā)出可完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層 協(xié)議的專用芯片，許多儀表公司已開發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，1總線已通過a測試和B測試，完成了由 13 個(gè)不同

12、廠商提供設(shè)備而組成的 FF 現(xiàn)場總線工廠試驗(yàn)系統(tǒng)。 2 總線標(biāo)準(zhǔn)也 已經(jīng)形成。 1996年 10月，在芝加哥舉行的 ISA96 展覽會(huì)上，由現(xiàn)場總線基金會(huì)組織實(shí)施， 向世界展示了來自40多家廠商的70多種符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，并將這些分布在不同樓層展 覽大廳不同展臺(tái)上的 FF 展品，用醒目的橙紅色電纜，互連為七段現(xiàn)場總線演示系統(tǒng)，各展 臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備之間可實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場互操作，展現(xiàn)了基金會(huì)現(xiàn)場總線的成就與技術(shù)實(shí)力。2、LonWorksLonWorks 是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場總線技術(shù)， 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(dǎo)，于 1990年正式公布而形成的。它采用了

13、ISO/OSI 模型的 全部七層通訊協(xié)議， 采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法， 通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù) 設(shè)置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達(dá)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(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安 防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。LonWorks 技術(shù)所采用的 LonTalk 協(xié)議被封裝在稱之為 Neuron 的芯片中并得以實(shí)現(xiàn)。 集 成芯片中有3個(gè)8位CPU; 個(gè)用于完成開放互連模型中第12層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理；第二個(gè)用于完成第 36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理

14、器，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計(jì)量時(shí)、網(wǎng)絡(luò)管 理，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個(gè)是應(yīng)用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲(chǔ)信息緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn) CPU 之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和 應(yīng)用緩沖區(qū)。如 Motorola 公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片 MC143120E2 就包含了 2KRAM 和 2KEEPROM 。LonWorks 技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本 （每片價(jià)格約 59 美元），而芯 片的低成本又返過來促進(jìn)了 LonWorks 技術(shù)的推廣應(yīng)用， 形成了良好循環(huán)， 據(jù) Ecelon 公司的 有關(guān)資料，到 1996 年 7

15、 月，已生產(chǎn)出 500 萬片神經(jīng)元芯片。 LonWorks 公司的技術(shù)策略是 鼓勵(lì)各 OEM 開發(fā)商運(yùn)用 LonWorks 技術(shù)和神經(jīng)元芯片，開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品，據(jù)稱目前已 有 2600 多家公司在不同程度上卷入了 LonWorks 技術(shù) :1000 多家公司已經(jīng)推出了 LonWorks 產(chǎn)品， 并進(jìn)一步組織起 LonWark 互操作協(xié)會(huì)， 開發(fā)推廣 LonWorks 技術(shù)與產(chǎn)品。 它被廣泛應(yīng) 用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)。為 了支持 LonWorks 與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作，該公司正在開發(fā)各種網(wǎng)關(guān)，以便 將 LonWorks 與以太

16、網(wǎng)、 FF、 Modbus 、 DeviceNet 、 Profibus 、 Serplex 等互連為系統(tǒng)。另外，在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面， LonWorks 神經(jīng)元芯片也具有獨(dú)特的優(yōu) 勢。 LonWorks 技術(shù)已經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會(huì) ASRE 定為建筑自動(dòng)化協(xié)議 BACnet 的一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)剛剛收到的消息，美國消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)已經(jīng)通過決議，以 LonWorks 技術(shù)為 基礎(chǔ)制定了 EIA-709 標(biāo)準(zhǔn)。這樣， LonWorks 已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開發(fā)、芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、控制模塊開發(fā)制 造、 OEM 控制產(chǎn)品、最終控制產(chǎn)品、分銷、系統(tǒng)集成等一系列完整的開發(fā)、制造、推廣、

17、 應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)， 吸引了數(shù)萬家企業(yè)參與到這項(xiàng)工作中來， 這對于一種技術(shù)的推廣、 應(yīng)用有很 大的促進(jìn)作用。3、ProfibusProfibus 是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn) DIN 19245 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) prEN50170 的現(xiàn)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(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，而PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型， 它遵從 IEC1158-2 標(biāo)

18、準(zhǔn)。 該項(xiàng)技術(shù)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(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形 成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集，DP型隱去了 37層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第36層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從 IEC1158-2(1) 標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。Porfibus 支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具 有對總線的控制權(quán)， 可主動(dòng)發(fā)送信息。 對多主站系統(tǒng)來說， 主站之間采用令牌方式傳遞信息， 得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁

19、有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。按 Profibus 的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方 向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)， 可以按主從方式， 向從站發(fā)送或索取信息， 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對 點(diǎn)通信。主站可采取對所有站點(diǎn)廣播 (不要求應(yīng)答 ),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。Profibus 的傳輸速率為 96 12kbps 最大傳輸距離在 12kbps 時(shí)為 1000m， 15Mbps 時(shí)為 400m，可用中繼器延長至 10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127 個(gè)站點(diǎn)。4、CANCAN 是控制網(wǎng)絡(luò) ControlAreaNetwork 的簡稱，

20、最早由德國 BOSCH 公司推出，用于汽 車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了 Motorola 、 Intel 、 Philips 、 Siemens、 NEC 等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散 控制領(lǐng)域。CAN 協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有 3 層，只取 OSI 底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá) 1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1 Okm/kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá) 110 個(gè)。 CAN 的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)

21、為 8 個(gè)，因而傳輸時(shí) 間短， 受干擾的概率低。 當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)， 具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián) 系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN 支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支 持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)， 優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)， 而優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng) 停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。 已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合 CAN 協(xié)議的通信芯片， 如 Intel 公司的 82 52 7， Motorola 公司的 MC68HCO5X4 ，

22、Philips 公司的 82C2 5O 等。還有 插在 PC 機(jī)上的 CAN 總線接口卡，具有接口簡單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。5、HARTHART 是 HighwayAddressableRemoteTransduer 的縮寫。最早由 Rosemout 公司開發(fā)并 得到 8O 多家著名儀表公司的支持，于 1993 年成立了 HART 通信基金會(huì)。這種被稱為可尋 址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議， 其特點(diǎn)是現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信， 屬于 模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中工業(yè)過程控制的過渡性產(chǎn)品， 因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較 強(qiáng)的市場競爭能力，得到了較好的發(fā)展。HART 通信模型

23、由 3 層組 成 :物理層、 數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理 層采 用 FSK(FrequencyShiftKeying)技術(shù)在 420mA 模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用 Bell202國際標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps,邏輯“ 0”的信號(hào)頻率為2200Hz，邏輯“ 1”的信 號(hào)傳輸頻率為1200Hz。數(shù)據(jù)鏈路層用于按 HART通信協(xié)議規(guī)則建立 HART信息格式。其信息構(gòu)成包括開頭碼、 顯示終端與現(xiàn)場設(shè)備地址、 字節(jié)數(shù)、 現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài)、 數(shù)據(jù)、 奇偶校驗(yàn)等。其數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)為 1 個(gè)起始位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 個(gè)奇偶校驗(yàn)位， 1 個(gè)終止位。 應(yīng)用層的作用在于使 HART 指

24、令付諸實(shí)現(xiàn)，即把通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。它規(guī)定了一 系列命令 ；按命令方式工作。它有 3 類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設(shè)備理解、執(zhí) 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(xiàn)場設(shè)備(盡管不是全部 )中實(shí)現(xiàn)，這類命令包括最常用的現(xiàn)場設(shè)備的功能庫；第三類稱為特殊設(shè)備命令，以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能， 這類命既可以在基金會(huì)中開放使用， 又可以為開發(fā)此命令的公司所獨(dú) 有。在一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備中通?？砂l(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這 3 類命令。 HART 支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應(yīng)答方式和 多點(diǎn)廣播方式。按應(yīng)答應(yīng)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為23次/ s，按廣播方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為 34次/s，它還

25、可支持兩個(gè)通信主設(shè)備。總線上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá)15個(gè)，每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備可有 256 個(gè)變量， 每個(gè)信息最大可包含 4 個(gè)變量。 最大傳輸距離 3000m， HART 采 用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言 DDL 。現(xiàn)場設(shè)備開發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語言來描述設(shè)備特性， 由 HART 基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運(yùn)用DDL 技術(shù)，來理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)專用接口。但由于這種模擬數(shù)字混信號(hào)制， 導(dǎo)致難以開發(fā)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(xiàn)場總線，但是作為現(xiàn)場總線的鼻祖，還有許

26、多設(shè)備繼續(xù)沿用 這種通訊協(xié)議。采用RS-485通訊具有設(shè)備簡單、低成本等優(yōu)勢，仍有一定的生命力。以RS-485 為基礎(chǔ)的 OPTO-22 命令集等也在許多系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。四、現(xiàn)場總線技術(shù)展望與發(fā)展趨勢 發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為注的焦點(diǎn)課題， 國際上現(xiàn)場總線的研究、 開發(fā)， 使測控系統(tǒng)沖破了長期封閉系統(tǒng)的禁錮， 走上開放發(fā)展的征程， 這對我國現(xiàn)場總線控 制系統(tǒng)的發(fā)展是個(gè)極好的機(jī)會(huì)， 也是一次嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)場總線技術(shù)是控制、計(jì)算機(jī)、 通訊 技術(shù)的交叉與集成， 涉及的內(nèi)容十分廣泛， 筆者認(rèn)為應(yīng)不失時(shí)機(jī)地抓好我國現(xiàn)場總線技術(shù)與 產(chǎn)品的研究與開發(fā)。 自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的大趨

27、勢， 現(xiàn)場總線技術(shù)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的影響是十分深刻的。 現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異， 發(fā)展十分迅猛， 一些具有重大影響的網(wǎng)絡(luò)新 技術(shù)必將進(jìn)一步融合到現(xiàn)場總線技術(shù)之中，這些具有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線技術(shù)有:智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù) ;組態(tài)抗術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)段互連等 ;網(wǎng) 絡(luò)管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸;人機(jī)接口、軟件技術(shù) ;現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成技術(shù)。 現(xiàn)場總線屬于尚在發(fā)展之中的技術(shù)， 我國在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛剛起步， 了解國 際上該項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向，對我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對自動(dòng)化技術(shù)、 設(shè)備的更新，無 疑具有重要的作用。 總體說來， 自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)

28、場總線體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn)， 這 一發(fā)展趨勢是肯定的。 既然是總線， 就要向著趨于開放統(tǒng)一的方向發(fā)展， 成為大家都遵守的 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范， 但由于這一技術(shù)所涉及的應(yīng)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，如過程自動(dòng)化、 制造加工自動(dòng)化、 樓半自動(dòng)化、 家庭自動(dòng)化等等。 大千世界， 眾多領(lǐng)域， 需求各異，一個(gè)現(xiàn)場總線體系下可能不止容納單一的標(biāo)準(zhǔn)。另外，從以上介紹也可以看出，幾大技術(shù)均具有自己的特點(diǎn)，已在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。加上商業(yè)利益的驅(qū)使，:在從現(xiàn)在起的未來 10 a內(nèi),幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過路由網(wǎng)10 a內(nèi)，F(xiàn)F基金會(huì)現(xiàn)場總線HART 作為過渡性產(chǎn)品也能有一它們都各自正在十分激烈的市場競爭中求得發(fā)展。有理由認(rèn)為 可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存， 甚至在一個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)， 關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享的局面。在連續(xù)過程自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，今后 將成為主流發(fā)展趨勢， LonWorks 將成為有力的競爭對手， 定的市場。 這 3種技術(shù)是從這一領(lǐng)域