第二章 現(xiàn)場(chǎng)總線控制

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)——現(xiàn)場(chǎng)總線是自動(dòng)化及電氣工程領(lǐng)域當(dāng)前和今后的發(fā)展熱點(diǎn)。對(duì)于電氣工程領(lǐng)域：在現(xiàn)代電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制裝置（如變頻器）中在數(shù)字化變電站配電系統(tǒng)/繼電保護(hù)裝置中在智能電器中在樓宇自動(dòng)化裝置中對(duì)于國(guó)防領(lǐng)域：在航空航天設(shè)備、艦船、裝甲車(chē)輛中均使用了現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。背景1.現(xiàn)場(chǎng)總線的概念2.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)3.現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)4.現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域5.典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念什么是現(xiàn)場(chǎng)總線

國(guó)際電工委員會(huì)制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線。

現(xiàn)場(chǎng)總線的定義現(xiàn)場(chǎng)總線是在過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化中，實(shí)現(xiàn)智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與高層設(shè)備之間互連的，全數(shù)字、串行、雙向傳輸?shù)摹⒍喾种ЫY(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)。

第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)——第2部分：物理層規(guī)范（PhysicalLayerSpecification）與服務(wù)定義（Serverdefinition）又進(jìn)一步指出：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于底層工業(yè)控制和測(cè)量設(shè)備，如變送器（transducers）、執(zhí)行器（actuators）和本地控制器（localcontrollers）之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線在技術(shù)上的產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今3C技術(shù)，即通信（Communication）、計(jì)算機(jī)（Computer）、控制（Control）技術(shù)發(fā)展的結(jié)合點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線是過(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三大技術(shù)發(fā)展的交匯點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在控制領(lǐng)域的體現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)果?，F(xiàn)場(chǎng)總線的分類(lèi)：1)執(zhí)行器傳感器現(xiàn)場(chǎng)總線(ActuatorSensorBus)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的底層現(xiàn)場(chǎng)總線。適用于簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)裝置和輸入輸出位的通信，數(shù)據(jù)寬度僅限于“位”。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，數(shù)據(jù)信息短，需快速和有預(yù)知的響應(yīng)時(shí)間。具有簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)接線、不支持本安回路、不支持總線供電、傳輸距離在500m以下等特點(diǎn)。典型的執(zhí)行器傳感器現(xiàn)場(chǎng)總線有Seriplex總線、AS-i總線。連接到執(zhí)行器傳感器現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備主要是接近開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)式控制閥、電磁閥、電動(dòng)機(jī)和其他兩位式操作的設(shè)備。2)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線(DeviceBus)中間層的現(xiàn)場(chǎng)總線。適用于以字節(jié)為單位的設(shè)備和裝置的通信，例如，用于分析器、編碼器、流程參數(shù)傳感器、電機(jī)啟動(dòng)器、接觸器、電磁閥等的信息傳輸。其特點(diǎn)是成本適中，數(shù)據(jù)信息包括離散量和模擬量，要求有快速通信和預(yù)知的響應(yīng)時(shí)間，它支持總線供電，不支持本安回路，可采用雙絞線作為通信媒體。典型的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)總線有Interbus-S總線、DeviceNet總線、ProfibusDP總線、ControlNet總線、SDS總線和CAN總線等。3)全服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)數(shù)據(jù)流現(xiàn)場(chǎng)總線，是最高層的現(xiàn)場(chǎng)總線。以報(bào)文通信為主，包括一些復(fù)雜的對(duì)過(guò)程控制裝置的操作和控制等功能。其特點(diǎn)是開(kāi)放性、互操作性及分散控制等。通信數(shù)據(jù)信息長(zhǎng)，最大傳輸距離根據(jù)采用通信媒體的不同而變化。傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型較多。支持本安回路。有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)、Profibus-PA總線、World-FIP現(xiàn)場(chǎng)總線、HART總線和LON總線等。其中，HART總線是過(guò)渡性的現(xiàn)場(chǎng)總線。2.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成圖1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成

硬件：總線電纜，又稱(chēng)為通信線、通信介質(zhì)（媒體/媒介/介體）。連接在通信線上的設(shè)備稱(chēng)為總線設(shè)備，亦稱(chēng)為總線裝置、節(jié)點(diǎn)（主節(jié)點(diǎn)、從節(jié)點(diǎn)）、站點(diǎn)（主站、從站）?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的組成

軟件包括：系統(tǒng)平臺(tái)軟件：為系統(tǒng)構(gòu)建、運(yùn)行以及為系統(tǒng)應(yīng)用軟件編程而提供環(huán)境、條件或工具的基礎(chǔ)軟件。包括組態(tài)工具軟件、組態(tài)通信軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件和設(shè)備編程軟件。系統(tǒng)應(yīng)用軟件：為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)以及設(shè)備的各種功能而編寫(xiě)的軟件，包括系統(tǒng)用戶程序軟件、設(shè)備接口通信軟件和設(shè)備功能軟件。

應(yīng)用軟件：系統(tǒng)用戶程序軟件——根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程或功能及其他要求而編寫(xiě)的系統(tǒng)級(jí)的用戶應(yīng)用程序。該程序一般運(yùn)行于作為主站的控制器中或計(jì)算機(jī)中。設(shè)備接口通信軟件——根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議/規(guī)范而編寫(xiě)的用于總線設(shè)備之間通過(guò)總線電纜進(jìn)行通信的軟件。設(shè)備功能軟件——使總線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身功能（不包括現(xiàn)場(chǎng)總線通信部分）的軟件。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)離散量/模擬量輸入/輸出設(shè)備指示燈：狀態(tài)指示光電傳感器：檢測(cè)開(kāi)關(guān)操作員接口：輸入操作命令

閥和交流驅(qū)動(dòng)器：執(zhí)行器，輸出設(shè)備

變送器（傳感器）：輸入設(shè)備控制器：主站、從站

人機(jī)界面：輸入/輸出設(shè)備參數(shù)、命令、顯示

變送器／傳感器（輸入設(shè)備）；執(zhí)行器（輸出設(shè)備）；控制器；監(jiān)控／監(jiān)視計(jì)算機(jī)；網(wǎng)橋／網(wǎng)關(guān)/中繼器/集線器/交換機(jī)/路由器（網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備）；其他現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（HMI）。

在現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)中，總線設(shè)備主要分為6類(lèi)：

二、與傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)1

現(xiàn)場(chǎng)總線將通信線（總線電纜）延伸到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（制造或過(guò)程區(qū)域），或總線電纜就是直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的；現(xiàn)場(chǎng)總線完全適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，因?yàn)樗褪菫榇硕O(shè)計(jì)的。

（2）數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)2

現(xiàn)場(chǎng)底層的變送器／傳感器、執(zhí)行器、控制器之間的信號(hào)傳輸均用數(shù)字信號(hào)；中／上層的控制器、監(jiān)控／監(jiān)視計(jì)算機(jī)等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送均用數(shù)字信號(hào)；各層設(shè)備之間的信息交換均用數(shù)字信號(hào)。傳統(tǒng)的DCS的通信網(wǎng)絡(luò)介于操作站與控制站之間，而現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制站中的輸入／輸出單元之間采用的是一對(duì)一的模擬信號(hào)傳輸。

（3）開(kāi)放互連網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)3

現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議／規(guī)范是公開(kāi)的，所有制造商都必須遵守；現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)是開(kāi)放的，既可實(shí)現(xiàn)同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可實(shí)現(xiàn)不同層網(wǎng)絡(luò)互連，而不管其制造商是哪一家；用戶可共享網(wǎng)絡(luò)資源。

（4）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)4

用一根通信線直接互連N個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互連網(wǎng)絡(luò)。

（5）結(jié)構(gòu)與功能高度分散的系統(tǒng)——特點(diǎn)5

現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度分散性；現(xiàn)場(chǎng)總線的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)了高度分散，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由分散的功能模塊構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)總線廢棄了DCS的控制站及其輸入／輸出單元，從根本上改變了DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，通過(guò)將控制功能高度分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這一途徑，實(shí)現(xiàn)了徹底分散控制。

（6）互操作性與互換性網(wǎng)絡(luò)——特點(diǎn)6

互操作性：不同廠商的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以互連，互相之間可以進(jìn)行信息交換并可統(tǒng)一組態(tài)；互換性：不同廠商的性能類(lèi)似的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以互相替換?，F(xiàn)場(chǎng)總線中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所具有的互操作性與互換性是DCS無(wú)法具備的。

三、現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線所具有的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性、數(shù)字化、開(kāi)放性、分散性、設(shè)備互聯(lián)性、互操作性與互換性等特點(diǎn)決定和派生了其一系列優(yōu)點(diǎn)：（1）導(dǎo)線和連接附件大量減少——優(yōu)點(diǎn)1

一根總線電纜直接互接N臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，電纜用量大大減少（原來(lái)DCS的幾百根甚至幾千根信號(hào)與控制電纜減少到現(xiàn)場(chǎng)總線的一根總線電纜）；端子、槽盒、橋架、配線板等連接附件用量大大減少。

減少連線和安裝傳統(tǒng)的4-20mA連線每臺(tái)設(shè)備需要一個(gè)安全柵和一對(duì)連線現(xiàn)場(chǎng)總線連線多臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)安全柵和一根總線控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線4-20mA輸入/輸出子系統(tǒng)I.S.I.S.I.S.I.S.控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

（2）儀表和輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）大量減少——優(yōu)點(diǎn)2

采用人機(jī)界面、本身具有顯示功能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或監(jiān)視計(jì)算機(jī)代替顯示儀表，使儀表的數(shù)量大大減少；輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）的數(shù)量大大減少。在DCS中所用的（4~20）mA線路只能獲得一個(gè)測(cè)量參數(shù)，且與控制站中的輸入／輸出單元一對(duì)一地直接相連，因此輸入／輸出單元數(shù)量多。在現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)，并將它們以所需的數(shù)字信號(hào)形式通過(guò)總線電纜進(jìn)行傳送，因此對(duì)單獨(dú)的輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）的需要少。

增加信息的交互量傳統(tǒng)4-20mA單變量單向現(xiàn)場(chǎng)總線多變量雙向控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線輸入/輸出子系統(tǒng)控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

（3）設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試費(fèi)用大大降低——優(yōu)點(diǎn)3

原來(lái)DCS繁瑣的原理圖設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)總線中變得簡(jiǎn)單易行；安裝和校對(duì)的工作量大大減少；可根據(jù)需要將系統(tǒng)分為幾個(gè)部分分別調(diào)試，使調(diào)試工作變得靈活方便；強(qiáng)大的故障診斷功能使得調(diào)試工作變得輕松愉快。(4)維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)大幅度下降——優(yōu)點(diǎn)4

系統(tǒng)的高可靠性使系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機(jī)率大大減小；強(qiáng)大的故障診斷功能使故障的早期發(fā)現(xiàn)、定位和排除變得快速而有效，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，維護(hù)停工時(shí)間大大減少。

(5)系統(tǒng)可靠性提高——優(yōu)點(diǎn)5

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的高度分散性決定了系統(tǒng)的高可靠性；現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議／規(guī)范對(duì)通信可靠性方面（通信介質(zhì)、報(bào)文檢驗(yàn)、報(bào)文糾錯(cuò)、重復(fù)地址檢測(cè)等）的嚴(yán)格規(guī)定保證了通信的高可靠性。

(6)系統(tǒng)測(cè)量與控制精度提高——優(yōu)點(diǎn)6

在現(xiàn)場(chǎng)總線中，各種開(kāi)關(guān)量、模擬量就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，所有總線設(shè)備間均采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通信，避免了信號(hào)的衰減和變形，減少了傳送誤差。換言之，現(xiàn)場(chǎng)總線采用數(shù)字信號(hào)通信這一數(shù)字化特點(diǎn)，從根本上提高了系統(tǒng)的測(cè)量與控制精度。

(7)系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能——優(yōu)點(diǎn)7

可以在控制室遠(yuǎn)程監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)；

可以在控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

擴(kuò)大了操作視野傳統(tǒng)4-20mA只能看到

I/O子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線視野可以擴(kuò)展到現(xiàn)場(chǎng)儀表控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程輸入/輸出子系統(tǒng)控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(8)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的（遠(yuǎn)程）故障診斷功能——優(yōu)點(diǎn)8

可以診斷和顯示各種故障，如總線設(shè)備和連接器的斷路、短路故障以及通信故障和電源故障等；可以將各種狀態(tài)及故障信息傳送到控制室中的監(jiān)視／監(jiān)控計(jì)算機(jī)，大大減少了使用和維護(hù)人員不必要的現(xiàn)場(chǎng)巡視。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在惡劣環(huán)境中時(shí)，這尤其具有重要意義。

(9)設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和系統(tǒng)集成方便自由—優(yōu)點(diǎn)9

用戶可以通過(guò)同層網(wǎng)絡(luò)或上層網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，而不必到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每一個(gè)設(shè)備逐個(gè)進(jìn)行配置；利用網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件可以迅速而方便地組建現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；由于現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放性、互操作性與互換性，用戶可以自由地集成不同廠商、不同品牌的產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)成所需的系統(tǒng)。

(10)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)展更為方便——優(yōu)點(diǎn)10

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互操作性和互換性，損壞的設(shè)備可用功能類(lèi)似的任何廠家的設(shè)備替換，實(shí)現(xiàn)“即插即用”；當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)，無(wú)需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上；系統(tǒng)擴(kuò)展所需的組態(tài)時(shí)間大大減少。(11)為企業(yè)信息系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)造了重要條件——優(yōu)點(diǎn)11

企業(yè)信息系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制層、過(guò)程監(jiān)控層和企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理層構(gòu)成；現(xiàn)場(chǎng)總線或者構(gòu)成了企業(yè)信息系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制層，或者構(gòu)成了企業(yè)信息系統(tǒng)的基本框架；現(xiàn)場(chǎng)總線為總線設(shè)備及系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)和故障信息、各種控制信息進(jìn)入（企業(yè)）公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件，使管理者能得到更多的決策依據(jù)，為管理者做出各種正確決策提供了有力的支持，從而可使企業(yè)獲得較高的整體綜合效益。

與傳統(tǒng)的DCS方案相比，美國(guó)阿拉斯加WestSakARCO油田（自然環(huán)境十分惡劣）采用某現(xiàn)場(chǎng)總線所帶來(lái)的節(jié)省情況如下：減少接線端子84％；減少I(mǎi)/O卡件數(shù)量93％；減少控制儀表面板空間70％；減少室內(nèi)接線98％；由于遠(yuǎn)程診斷而減少維護(hù)工作量（50~80）％；擴(kuò)展油田所需組態(tài)時(shí)間減少90％；節(jié)省電纜費(fèi)用69%。

4現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)場(chǎng)總線可廣泛應(yīng)用于過(guò)程工業(yè)/工廠自動(dòng)化、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、交通、家庭自動(dòng)化等各領(lǐng)域，如◆汽車(chē)工業(yè)◆繼電保護(hù)與電力監(jiān)控◆半導(dǎo)體芯片和半導(dǎo)體產(chǎn)品制造◆水處理◆食品飲料制造◆機(jī)器人◆物流業(yè)/搬運(yùn)業(yè)◆智能樓宇◆制藥業(yè)◆暖通空調(diào)◆包裝業(yè)◆軌道交通/城市交通◆石油與化工◆能源與環(huán)境監(jiān)控及管理◆鋼鐵/冶金◆（煤礦）安全◆造紙業(yè)◆家庭用品

汽車(chē)總裝生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

大豆分離蛋白現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

基于現(xiàn)場(chǎng)總線的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)5.典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介

有較強(qiáng)實(shí)力和影響的有:FoundationFieldbus(FF)、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。

（1）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線,即FoundationFieldbus,簡(jiǎn)稱(chēng)FF。它以ISO/OSI開(kāi)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。

物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無(wú)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。

FF總線提供了H1和H2兩種物理層標(biāo)準(zhǔn)。H1是用于過(guò)程控制的低速總線，傳輸速率為31.25Kbps，傳輸距離為200m、450m、1200m、1900m四種（加中繼器可以延長(zhǎng)），可用總線供電，支持本質(zhì)安全設(shè)備和非本質(zhì)安全總線設(shè)備。H2為高速總線，其傳輸速率為1Mbps（此時(shí)傳輸距離為750m）或2.5Mbps（此時(shí)傳輸距離為500m）。H1和H2每段節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32個(gè)，使用中繼器后可達(dá)240個(gè)，Hl和H2可通過(guò)網(wǎng)橋互連。FF的突出特點(diǎn)在于設(shè)備的互操作性、改善的過(guò)程數(shù)據(jù)、更早的預(yù)測(cè)維護(hù)及可靠的安全性。

（2）LonWorks

LonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，它是由美國(guó)Echelon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。采用了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(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(kāi)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(chēng)之為Neuron的芯片中并得以實(shí)現(xiàn)——核心。集成芯片中有3個(gè)8位CPU；一個(gè)用于完成開(kāi)放互連模型中第1～2層的功能，稱(chēng)為媒體訪問(wèn)控制處理器，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)的控制與處理；第二個(gè)用于完成第3～6層的功能，稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)處理器，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、診斷、路徑選擇、軟件計(jì)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分布式控制技術(shù)顯示出很高的系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)響應(yīng)，并且降低了系統(tǒng)的成本和運(yùn)行費(fèi)用。LonWorks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(guò)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(kāi)發(fā)各種網(wǎng)關(guān)，以便將LonWorks與以太網(wǎng)、FF、Modebus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統(tǒng)。另外，在開(kāi)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(shì)。

（3）Profibus

PROFIBUS于1996年批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即DIN50170V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場(chǎng)上已被普遍接受，市場(chǎng)份額占全球首位。目前支持PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品超過(guò)1500多種，分別來(lái)自國(guó)際上250多個(gè)生產(chǎn)廠家。PROFIBUS由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成。PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類(lèi)型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其基本特性同F(xiàn)F的H1總線，可以提供總線供電和本質(zhì)安全。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為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，適用于一般自動(dòng)化的中速數(shù)據(jù)傳輸，主要用于適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等一般自動(dòng)化。后兩個(gè)系列采用RS485通信標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率從9.6kbps到12Mbps，傳輸距離從1200M到100m（與傳輸速率有關(guān)），在12Mbps時(shí)為100m，1.5Mbps時(shí)為400m。

（4）CAN

CAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱(chēng)，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemence、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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，但其模型結(jié)構(gòu)只有3層，即只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和最上層的應(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)10km/1kbps，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)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支持多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)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(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。（5）HARTHART是High