按照國際電工委員會(hui) IEC/SC65C的定義(yi) ，安裝在製造或過程區域的現場裝置與(yu) 控製室內(nei) 的自動控製裝置之間的數字式、串行和多點通信的數據總線稱為(wei) 現場總線。根據使用場合和用途不同，現場總線又分為(wei) H1低速現場總線和H2高速現場總線。IEC/SC65C最初定義(yi) H1總線為(wei) 用於(yu) 製造或過程區域的、通過兩(liang) 根傳(chuan) 輸線向現場裝置供電的低速串行總線，H2總線為(wei) 無需解決(jue) 兩(liang) 線製供電，用於(yu) 裝置間傳(chuan) 送信息的高速串行總線。H1和H2總線相輔相成構成了完整的工業(ye) 自動化係統信息通信網絡。

經過長達15年的爭(zheng) 論，IEC61158用於(yu) 工業(ye) 控製係統的現場總線國際標準於(yu) 2000年初終於(yu) 獲得通過，現場總線之爭(zheng) 逐漸隨之退潮，IEC/SC65C/WG6現場總線標準委員會(hui) 到此也完成了曆史使命。為(wei) 了進一步完善IEC61158標準，IEC/SC65C成立了MT9現場總線修訂小組，繼續這方麵的工作。MT9工作組在原來8種類型現場總線的基礎上不斷完善擴充，於(yu) 2001年8月製定出由10種類型現場總線組成的第三版現場總線標準，它們(men) 是：Type1 TS61158 現場總線、Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 現場總線、Type3 Profibus現場總線、Type4 P-NET現場總線、Type5 FF HSE現場總線、Type6 Swift-Net 現場總線、Type7 WorldFIP現場總線、Type8 INTERBUS現場總線、Type9 FF H1現場總線以及Type10 PROFInet現場總線，該標準於(yu) 2003年4月成為(wei) 正式國際標準。限於(yu) 篇幅，本文對10種類型總線做概要論述，並簡單綜述上述總線近三年來的最新進展。
   
1 Type1 TS61158 現場總線
   
Type1 現場總線標準由以下部分構成：

PhL：IEC61158-2：1993標準的超集（Superset）；

Foundation Fieldbus的超集；

WorldFIP的功能超集；

DLL：IEC TS61158-3，TS61158-4；

Foundation Fieldbus的超集；

WorldFIP的功能超集；

AL：IEC TS61158-5，TS61158-6。
   
1998年之前，IEC/SC65C隻推薦一種類型的現場總線，該總線主要采納Foundation Fieldbus總線和WorldFIP總線基本技術，並嚴(yan) 格按照IEC定義(yi) 製定現場總線標準，由於(yu) 各種原因，經過多輪投票未獲通過，隻能按規定成為(wei) 技術報告TS61158，以此為(wei) 基礎形成了現在的Type1現場總線。國際電工委員會(hui) 推薦的通用現場總線網絡結構如圖1所示，從(cong) 圖中可以看出現場總線係統可以支持各種工業(ye) 領域的信息處理、監視和控製係統，用於(yu) 過程控製傳(chuan) 感器、執行器和本地控製器之間的低級通信，可以與(yu) 工廠自動化的PLC實現互連。在這裏，H1現場總線主要用於(yu) 現場級，其速率為(wei) 31.25Kbps，負責兩(liang) 線製向現場儀(yi) 表供電，並能支持帶總線供電設備的本質安全；H2現場總線主要麵向過程控製級、監控管理級和高速工廠自動化的應用，其速率為(wei) 1Mbps，2.5Mbps和100Mbps。


圖1 通用現場總線網絡結構
   
2 Type2 ControlNet和Ethernet/IP現場總線
   
由ControlNet International(CI)組織負責製定的Type2現場總線標準由以下部分組成：
PhL和DLL：ControlNet；
AL：Control Net和Ethernet/IP。
   
Type2現場總線係統體(ti) 係結構如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式，即生產(chan) 者/客戶（Producer/Consumer）模式，這種模式允許網絡上的所有節點，同時從(cong) 單個(ge) 數據源存取相同的數據，其主要特點是增強了係統的功能，提高了效率和實現精確的同步。網絡的媒體(ti) 送取，通過限製時間存取算法來控製，即采用並行時間域多路存取（CTDMA）方法，在每個(ge) 網絡刷新間隔（NUI）內(nei) 調節節點的傳(chuan) 送信息機會(hui) 。


圖2 Type2 現場總線係統體(ti) 係結構
   
Ethernet/IP以太網工業(ye) 協議是一種開放的工業(ye) 網絡，它使用有源星形拓撲結構，可以將10Mbps和100Mbps產(chan) 品混合使用。該協議在TCP/UDP/IP之上附加控製和信息協議（CIP），提供一個(ge) 公共的應用層。CIP的控製部分用於(yu) 實時I/O報文，其信息部分用於(yu) 報文交換。ControlNet和Ethernet/IP都使用該協議通信，分享相同的對象庫、對象和設備行規，使得多個(ge) 供應商的設備能在上述整個(ge) 網絡中實現即插即用。對象的定義(yi) 是嚴(yan) 格的，在同一種網絡上支持實時報文、組態和診斷。為(wei) 了提高工業(ye) 以太網的實時性能，ODVA（開放的DeviceNet供應商協會(hui) ）於(yu) 2003年8月公布了IEEE1588“用於(yu) Ethernet/IP實時控製應用的時鍾同步”標準。
   
3 Type3 Profibus 現場總線
   
Type3 現場總線得到Profibus用戶組織PNO的支持，德國西門子公司則是Profibus產(chan) 品的主要供應商。Profibus係列由三個(ge) 兼容部分組成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線構成。為(wei) 了提高Profibus總線性能，近幾年PNO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2，同時逐步取消Profibus-FMS總線。擴展的Profibus-DP現場總線體(ti) 係結構如圖3所示，Profibus-DP特別適用於(yu) 設備級自動控製係統與(yu) 分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專(zhuan) 為(wei) 過程自動化設計，它能夠將變送器和執行器連接到一根公共總線，使用兩(liang) 根線就可以完成供電和數據通信，並能實現本質安全性能。以此為(wei) 基礎，擴展的DP功能DPV1進一步完善了Profibus-PA功能；DPV2解決(jue) 了從(cong) 站之間的通信與(yu) 時間同步等重大問題。

圖3 Type3 Profibus現場總線體(ti) 係結構
   
Profibus-DPV1主要是增加了非循環服務，並擴大了與(yu) 2類主站的通信。眾(zhong) 所周知，Profibus-DP性能的特征是在循環連接（Mscy-C1）的基礎上應用數據交換服務，實現一個(ge) 主站和一係列從(cong) 站之間集中的數據交換。1類主站指PLC、PC或控製器。2類主站指操作員站和編程器等。DPV1擴展了上述功能，在已有的Mscy-C1連接基礎上，增加了非循環服務，利用新的服務可以對從(cong) 站中任何數據組進行讀寫(xie) 。過去，2類主站隻能利用DP從(cong) 站的無連接服務，現在則可通過麵向連接的通信對數組進行非循環讀寫(xie) ，同時為(wei) 進入因特網通信擴充了功能。
   
Profibus-DPV2可以實現循環通信、非循環通信以及從(cong) 站之間的通信。由於(yu) 從(cong) 站之間可直接通信，通信時間縮短1個(ge) DP總線周期和主站周期，從(cong) 而使反應時間縮短60%至90%，同時建立了等時間間隔的總線循環周期，其時間偏差小於(yu) 1μs，即適用於(yu) 高精度定位控製，又可實現閉環控製。DPV2可根據不同的應用需要開發專(zhuan) 用行規（profile），如用於(yu) 運動控製的ProfiDrive和用於(yu) 聯鎖保護的ProfiSafe等。
   
4 Type4 P-NET現場總線
   
P-NET現場總線由丹麥Process-Data Sikebory Aps公司從(cong) 1983年開始開發，主要應用於(yu) 啤酒、食品、農(nong) 業(ye) 和飼養(yang) 業(ye) ，它得到P-NET用戶組織的支持，在現場大約有5000多個(ge) 應用係統。

圖4 Type4 P-NET現場總線體(ti) 係結構
   
P-NET現場總線是一種多主站、多網絡係統，圖4給出了P-NET係統的體(ti) 係結構。總線采用分段結構，每個(ge) 總線分段上可以連接多個(ge) 主站，主站之間通過接口能夠實現網上互連，它允許在幾個(ge) 總線區直接尋址，無需遞階網絡結構。該總線通信協議包括1、2、3、4和7層，並利用信道機構定義(yi) 用戶層。通信采用虛擬令牌（virtual token）傳(chuan) 遞方式，主站發送一個(ge) 請求，被尋址的從(cong) 站在390μs內(nei) 立即返回一個(ge) 響應，隻有存放到從(cong) 站內(nei) 存中的數據才可被訪問。每個(ge) 站節點都含有一個(ge) 通用的單芯片微處理機，配套的2KB EPROM不僅(jin) 可用作通信，而且可用於(yu) 測量、標定、轉換和應用功能。P-NET接口芯片執行數據鏈路層的所有功能，第3層和第4層的功能由宿主處理器中的軟件解決(jue) 。該總線物理層基於(yu) RS-485標準，使用屏蔽雙絞線電纜，傳(chuan) 輸距離1.2km，應用NRZ編碼異步傳(chuan) 輸。#p#分頁標題#e#
 
5 Tpye5 FF HSE現場總線
   
1998年，美國Fieldbus Foundation（FF）基金會(hui) 決(jue) 定采用高速以太網（High Speed Ethernet，HSE）技術開發H2現場總線，作為(wei) 現場總線控製係統控製級以上通信網絡的主幹網，它與(yu) H1現場總線整合構成信息集成開放的體(ti) 係結構，圖5給出了係統結構。HSE網絡遵循標準的以太網規範，並根據過程控製的需要適當增加了一些功能，但這些增加的功能可以在標準的Ethernet結構框架內(nei) 無縫地進行操作，因而FF HSE總線可以使用當前流行的商用（COTS）以太網設備。100Mbps以太網拓撲是采用交換機形成星形連接，這種交換機具有防火牆功能，以阻斷特殊類型的信息出入網絡。HSE使用標準的IEEE802.3信號傳(chuan) 輸，標準的Ethernet接線和通信媒體(ti) 。設備和交換機之間距離，使用雙絞線為(wei) 100米，光纜可達2千米。HSE使用連接裝置（LD）連接H1子係統，LD執行網橋功能，它允許就地連在H1網絡上的各現場設備，以完成點對點對等通信。HSE支持冗餘(yu) 通信，網絡上的任何設備都能作冗餘(yu) 配置。
   
FF HSE的1~4層由現有的以太網、TCP/IP和IEEE標準所定義(yi) ，HSE和H1使用同樣的用戶層，現場總線信息規範（FMS）在H1中定義(yi) 了服務接口，現場設備訪問代理（FDA）為(wei) HSE提供接口。用戶層規定功能模塊、設備描述（DD）、功能文件（CF）以及係統管理（SM）。FF規範21種功能模塊供基本的和先進的過程控製使用。FF還規定了新的柔性功能模塊（FFB），用以進行複雜的批處理和混合控製應用，FFB支持數據采集的監控，子係統接口、事件順序、多路數據采集、PLC和其他協議通信的網間連接器。

圖5 Type5 FF HSE現場總線體(ti) 係結構