什么是现场总线技术?

现场总线技术的特点：互可操作性与互用性。现场总线（Fieldbus）是电气工程及其自动化领域发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多有实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点 ：具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。

现场总线的定义如下：数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4-20mA,0-5V等信号）和开关量信号；在车间级与设备级通信的数字化网络；现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命；现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场；在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。现场总线是工业控制系统的新型通讯标准，是基于现场总线的低成本自动化系统技术。现场总线技术的采用将带来工业控制系统技术的革命。采用现场总线技术可以促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合工业控制系统领域的技术发展趋势。作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通讯网络，现场总线是九十年代在国际兴起的新一代全分布式控制系统的核心技术。伴随着数字化时代的来临，现场总线控制系统(Fieldbus Control System, FCS)必将成为工业自动化的主流。现场总线控制系统将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想，但只有在FCS出现以后这种理想才有可能高效、低成本地实现。在采用FCS的企业中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。在FCS中各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，而不再需要一个中央控制计算机，实现真正的分布式控制。传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递一路信号。现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。现场总线仪表本身具有自诊断功能，而且这种诊断信息可以送到中央控制室，以便于维护，而这在只能传递一路信号的传统仪表中是做不到的。传统的控制系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室，在中央控制室装备一个大配线架。而在FCS系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线进入中央控制室，大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。数字、双向传输方式使得现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成多种功能，做成多变量变送器，甚至集检测、运算、控制与一体的变送控制器。1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技术。现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产品，集成在一起，避免了传统控制系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了控制系统的成本。现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。现场总线控制系统通常由以下部分组成：现场总线仪表、控制器、现场总线线路、监控、组态计算机。这里的仪表、控制器、计算机都需要通过现场总线网卡、通信协议软件连接到网上。因此，现场总线网卡、通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经中枢。

常见的现场总线有：PROFIBUS、EtherCAT、Lightbus、Interbus、CANopen、ControlNet、SERCOSu2002interface、Ethernet、PROFINET、USB、Modbus、RS232/RS485、CC-Link、AS-Interface、LON、EIB、SNMP、QOS、CAN、MECHATROLINK。总线优点：现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。总线缺点：网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。总线本质不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义，不过通常情况下，大家公认在以下六个方面：1、通信网络用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。2、设备互联依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。3、互操作性用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。4、分散功能块FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。5、通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量，这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表，与其配套的还有安全栅。6、开放式互联网现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。

关于现场总线的特点分享如下：现场总线是工业自动化领域中常用的一种数据通信协议，将数据和控制信号从现场设备传输到系统控制器或上级计算机。现场总线的引入解决了传统硬布线方式在长距离通信下的不便之处，大大提高了现场设备的控制能力，有效地优化了工业自动化控制系统的整体性能。以下是现场总线的特点：1、数据通信方便快捷作为一种精密控制系统的数据传输手段，现场总线拥有高效、迅速的数据传输速度和稳定性。现场总线可以有效地减少数据传输中的误码率和通信时延，并且可以通过网络连接传输各种类型的数据、控制指令和监测信息。2、网络支持多种设备现场总线可以与各种现场设备相连，包括温度传感器、流量计、电机驱动器等多种设备，并且可以快速实现分布式I/O的模块化设计。通过连接各类节点，现场总线极大地扩展了设备的控制能力，使得工业现场设备的协作更加紧密高效。3、组件化、模块化现场总线采用模块化设计，实现易扩充、易维护的优势。成本方面，模块化组件长期以来已经被证明是一种经济有效的解决方案，在工业自动化中也越来越受到重视。因为这些模块，其规格尺寸相对一致，“互换性”较强，可以快速实现数据交换和通信，不仅提高了工作效率还便利了设备的维修。4、现场可编程和在线调整现场总线具有良好的现实应用价值，尤其是在使用现场控制器和PLC控制方面，它的程序调整和改善功效显而易见。设置好一个现场网络后，系统程序易于创建和修改，并且现场运行过程中，需要进行实时更改的参数可以重新编程，方便了操作控制。5、多级保护机制现场总线不仅可以通过涉及到的信息进行多级加密，而且可以在传输剖面内集成特殊的保险机制。在误差校正、冗余数据校验和身份验证等方面建立多种保护机制，保证其数据传输的安全。综上所述，现场总线在传输高效、扩展性强、组件模块化、现场可编程和在线调整等方面具有较强的技术优势。其独特的通信机制和保护机制，使得它能够广泛地应用于工业自动化、电子制造、机器人控制、物流输送等领域，并且能够完美地实现现场控制和数据传输，提高生产效率和安全性。

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作为一个工业自动化从业者，在工作中经常会提到 现场总线 这个词语，虽然不甚了解具体指的是什么但只看字面意思也能猜个大概，大概就是为现场的设备之间，或者设备与远端控制室之间的相互通信提供基础的一套通讯设备 （并不严谨，只是猜测） 。 而现在回过头来想深究一下到底什么是现场总线？所谓的现场总线到底是指硬件的通讯设备，还是指通讯规约（通讯协议）？ 首先了解一下什么是 ISO/OSI七层网络协议模型 ,即国际标准化组织ISO为数据通信建立了七层模型，如下图所示： 物理层协议是ISO/OSI七层网络协议中的最底层协议，是连接两个物理设备并为数据链路层提供透明位传输所必须遵循的规定。物理层协议又称为 通讯接口协议 物理层协议涉及信道上传输的原始比特流，即两个设备进行通讯一方发出的是“0”，另一方就会正确的接收到“0”而不是“1”。物理层为建立、维护两个通讯设备之间二进制比特传输的物理连接而提供机械的、电气的、功能的和规范的特性标准。 物理连接可以通过中继系统，允许进行全双工或半双工的二进制比特流传输。 RS232接口至少需要3根电缆，即RXD、TXD、GND，其中RXD和TXD为两条通讯信道，通信双方在进行全双工通信时可以同时实现“发送”和“接收”。 在RS232接口协议中规定有两条通信信道，主站通过其中一条信道给从站发送指令，从站接从另外一条信道将响应信息返回给主站，虽然RS232可以实现全双工通信，但是不能实现点对多点的信息交换，而且由于其电气信号为共模信号的原因，通信距离最长仅有15m，最大数据传输速率只有20kbit/s，且不平衡的电气接口使得串扰较大。 同时我们注意到上图中的双方的通信引脚接线时交叉的，即A方的发送端连接B段的接收端，A方的接收端连接B方的发送端，双方构成了全双工通信模式。 RS485接口至少需要两根电缆，即D+、D-、（A+,B-），由此构成了RS485通讯接口，RS485接口只能实现半双工通信；但是由于其采用差分电路，极大地增强了抵抗共模干扰的能力，通信距离最大能达1200m，并且能实现多点通讯。 关于RS485接口的相关总结： 物理层协议为通信双方定义了字节书写模式，建立了传输信息的介质通道。数据链路层就用字节构建出各种通信语句，通信语句又被称为 信息帧 ，简称为 帧 ； 以ModBus协议的数据帧为例： 数据链路层的主要目的是将一条原始的，有差错的物理线路变成对网络层无差错的数据链路，为了实现这一目的，数据链路层必须执行链路管理、帧传输、帧传输、流量控制、差错控制等功能。数据链路层所关心的是物理地址、网络拓扑结构、线路选择和规划等。 物理连接和数据链路连接是有区别的，数据链路连接是建立在物理连接之上，一个物理连接可以承载多个数据链路连接，数据链路连接断开时，物理连接不一定断开。 ModBus RTU 通讯协议就是一种工作在数据链路层上的通信规约。 网络层协议是OSI模型的第三层，同时也是通信子网的最高层，他是主机与通信网络的接口。网络层以数据链路层提供的无差错传输为基础，向最高层提供两个主机之间的数据传输服务。网络层协议涉及的基本技术有数据交换技术、路由选择技术、路由控制技术、流量控制以及差错控制策略。 ModBus TCP通信协议是工作在网络层上的通信规约。 学习到这里就可以总结一下，以上提到的三层协议，以及工作在这三层的协议，都可以称作现场总线，例如ModBus、PROFIBUS、PROFINET、CC-LINK、CAN 等。 现场总线主要用来解决工业控制中各种仪器仪表、控制器、执行机构、现场设备之间的数字通信问题，以及现场控制设备与高级控制系统之间的信息交换问题。 而并非所有工业控制相关的协议都是现场总线，例如 西门子的S7协议 ，其实在OSI模型的第七层。

现场总线是一种工业自动化控制系统中的通讯技术，它将现场设备和计算机之间的通讯方式规范化和标准化。在现场总线中，数据码是指数据传输过程中采用的数字编码方式。数据码在现场总线中起着重要的作用，它能够将原始的模拟信号或数字信号转换成特定的编码格式，然后通过总线传输到控制器或计算机进行处理。数据码通常是由几个二进制数字组成的数字代码，可以用来表示不同的数据类型、设备状态、指令等信息。不同的现场总线可能采用不同的数据码格式，如Profibus、Modbus、CAN等。在现场总线中，数据码可以用来实现多种功能，例如传输控制命令、传输测量数据、传输故障报警等。数据码的选择和使用需要根据具体的应用场景和设备要求来进行调整和优化。

现场总线的优势如下：1、开放式系统：现场总线为开放式互连网络，所有技术和标准都是公开的，所有制造商都必须遵循。这样用户可以自由集成不同制造商的通信网络，既可与同层网络互连又可与不同层网络互连；另外，用户可其方便地共享数据库。2、可控状态：操作员在控制室既可了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对其参数进行调整，还可预测或寻找故障，始终处于操作员的远程监控和可控状态，提高了系统的可靠性、可控性和可维护性。3、互操作性：用户把不同制造商的各种品牌的仪表集成在一起，进行统一组态，构成他所需的控制回路。用户不必绞尽脑汁，为集成不同品牌的产品而在硬件或软件上花费力气或增加额外投资。4、互换性：用户可以自由选择不同制造商所提供的性能价格比优的现场设备或现场仪表，并将不同品牌的仪表互连。即使某台仪表故障，换上其它品牌的同类仪表照常工作，实现即接即用。5、综合功能：现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能。实现一表多用，不仅方便了用户，也节省了成本。现场总线的定义现场总线是实现自动化控制系统现场设备或仪表之间互连的通信网络, 应用在生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行节点数字通信的系统。也可称为开放式、数字、多点通信的底层控制网络。

总线，是电脑中传输数据的公共通道，就像马路有四车道、六车道、八车道一样，总线是分为位的，目前电脑的总线位数有16位、32位、64位等。位数越大，传输数据越多、越快。386DX电脑是32位总线，奔腾电脑的内部总线则是64位。总线位数越多，路越通畅，速度越快。总线被比喻为BUS（公共汽车），根据功能的不同又可分为数据总线、控制总线、地坦总线。在电脑中如果说CPU是电脑的心脏，那么，总线就是电脑的神经了。电脑的不断发展，总是伴随着电脑总线的不断更新。总线发展中出现过好几种类型，如工业标准总线、扩展工业标准总线、微通道总线等。目前，常见并且性能较好的总线是“外设互联总线（PCI总线）”，它是总线宽度为32位，可扩充为64位。此外它还有支持多个外部设备，与CPU时钟频率无关，数据传输率高等优点。奔腾电脑就城要在这种PCI总线上才能更快地奔驰起来。PCI总线，已成为当前电脑的主要潮流。 不过电脑里是数据总线和地址总线。你说的现场总线应该是DCS（分布式控制系统）里的内容。

现场总线的特点主要体现在两方面：一是在体系结构上成功实现了串行连接，一举克服了并行连接的许多不足。二是在技术上成功解决了开放竞争和设备兼容两大难题，实现了现场设备的高度智能化、互换性和控制系统的分散化。u2002现场总线的结构特点：（1）基础性。u2002作为工业通信网络中最底层的现场总线，往下它可以到达现场仪器仪表所处的装置、设备级，往上它可以有效地集成到Ethernet中，它构成了工业企业网络中的最基础的控制和通信环节。正是由于现场总线的出现和应用，才使得工业企业的信息管理、资源管理以及综合自动化真正到达了设备层，使真正的全方位的ERP得以实现。（2）灵活性。u2002由于使用了高度智能化的现场设备和通信技术，在一条电缆上就能实现所有网络中信号的传递，系统设计完成或施工完成后，想去掉或增加一个或几个现场设备也是轻而易举的事情。（3）分散性。u2002u2002大部分控制系统的功能可以不依赖控制室的计算机而直接在现场完成，这样就实现了彻底的分散控制。

现场总线通常为消防系统的一种说法，通过布设通讯线的方式传输数据和通讯，来进行气体或者火灾的检测，从而做到提前报警提前处理的工作。现场总线的技术有几种，目前常用的是总线芯片技术，以消防二总线和powerbus二总线为代表。其余的现场总线包括：PowerBus，rs-485，m-bus，knx等。

现场总线是控制现场各智能装置间通信的总线，特点是协议多甚至可以自定义；主要特征是协议。串行通信是指设备间通信时数据通过一根电缆一位一位发送和接收；主要特征是数据传送方式。并行通信是指设备间通信时数据通过一根电缆一组一组发送和接收；主要特征是数据传送方式。以太网通信是指各智能装置间通信时遵照一个统一的协议，特点是单一协议；主要特征是协议。现场总线、以太网表征协议层，串并行通信表征传输层。现场总线通信方式可以是串行通信（绝大多数是）、并行通信（极少使用）、以太网通信。以太网通信方式是串行通信方式。

克朗兹（Kronos）现场入口作用模块是一种用于工业自动化领域的设备，它是在现场设备和控制系统之间建立的通信连接。现场总线是一种用于连接和管理自动化设备的通信协议和硬件接口。它允许现场设备（如传感器、执行器、控制器等）之间以及与控制系统之间进行数据传输和通信。克朗兹现场跟踪模块可以与其他现场设备配合使用，实现数据采集、控制命令发送、设备状态监测等功能。克朗兹现场入口模块通常提供了与现场入口通信所需的接口和协议支持。它可以连接到现场入口网络，通过模块可以读取传感器的数据，放置其传输给控制系统，同时还可以接收来自控制系统的指令，并将其发送给执行器或其他设备。这样，控制系统可以实时监控和控制现场设备，从而实现自动化控制和监测。总之，克朗兹现场入口模块在工业自动化系统中实现了连接现场设备和控制系统之间的桥梁作用，实现了设备之间的数据交换和通信，从而提高了自动化系统的可靠性和效率。

现场总线的主要特点：1.系统的开放性。传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通信。在现场总线技术中，用户可按自己的需要和对象，将来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。2.可操作性与可靠性。现场总线在选用相同的通信协议情况下，只要选择合适的总线网卡、插口与适配器即可实现互连设备间、系统间的信息传输与沟通，大大减少接线与查线的工作量，有效提高控制的可靠性。3.现场设备的智能化与功能自治性。传统数控机床的信号传递是模拟信号的单向传递，信号在传递过程中产生的误差较大，系统难以迅速判断故障而带故障运行。而现场总线中采用双向数字通信，将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，可随时诊断设备的运行状态。4.对现场环境的适应性。现场总线是作为适应现场环境工作而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线及电力线等，其具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足安全及防爆要求等。

是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。现场总线的特点及优点(1) 全数字化通信 (2) 开放型的互联网络 (3) 互可操作性与互用性 (4) 现场设备的智能化 (5) 系统结构的高度分散性 (6) 对现场环境的适应性 现场总线的特点：1.现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 2.通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 3.功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 4.控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 现场总线的优点1.现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域； 2.一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用； 3.节省维护开销； 4.提高了系统的可靠性； 5.为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。

(1) 全数字化通信(2) 开放型的互联网络(3) 互可操作性与互用性(4) 现场设备的智能化(5) 系统结构的高度分散性(6) 对现场环境的适应性 现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。 现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备， 便于节省安装费用；节省维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。 网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。

现场总线是一种设备之间的通讯线，它要遵循某种通讯协议，例如，bus总线。组态是一种人机交互画面。

第1章现场总线技术概述1.1现场总线简介1.1.1什么是现场总线1.1.2基于现场总线的数据通信系统1.1.3现场总线控制网络与网络化控制系统1.1.4现场总线系统适应了综合自动化的发展需要1.1.5早期的现场总线1.2现场总线系统的特点1.2.1现场总线系统的结构特点1.2.2现场总线系统的技术特点1.2.3现场总线系统的优势与劣势1.3以现场总线为基础的企业网络系统1.3.1企业网络系统的基本组成1.3.2现场总线系统在企业网络中的地位与作用1.3.3现场总线系统与上层网络的连接1.4现场总线技术的标准化第2章数据通信基础2.1基本术语2.1.1总线2.1.2数据通信系统2.1.3数据通信的发送与接收设备2.1.4传输介质2.1.5通信软件2.2通信系统的性能指标2.2.1有效性指标2.2.2可靠性指标2.2.3通信信道的频率特性2.2.4信号带宽与介质带宽2.2.5信噪比对信道容量的影响2.3数据编码2.3.1数据编码波形2.3.2模拟数据编码2.4数据传输方式2.4.1串行传输和并行传输2.4.2同步传输与异步传输2.4.3位同步、字符同步与帧同步2.5通信线路的工作方式2.5.1单工通信2.5.2半双工通信2.5.3全双工通信2.6信号的传输模式2.6.1基带传输2.6.2载波传输2.6.3宽带传输2.7传输差错及其检测2.7.1传输差错的类型2.7.2传输差错的检测2.7.3循环冗余校验的工作原理2.8传输差错的校正2.8.1自动重传2.8.2前向差错纠正2.8.3海明码的编码2.8.4海明码的错误检测与纠正2.8.5多比特错误的纠正第3章控制网络基础3.1控制网络与计算机网络3.2控制网络的特点3.2.1控制网络的节点3.2.2控制网络的任务与工作环境3.2.3控制网络的实时性要求3.3网络拓扑3.3.1环形拓扑3.3.2星形拓扑3.3.3总线拓扑3.3.4树形拓扑3.4网络的传输介质3.4.1双绞线3.4.2同轴电缆3.4.3光缆3.4.4无线传输3.5网络传输介质的访问控制方式3.5.1载波监听多路访问/冲突检测3.5.2令牌3.5.3时分复用3.6网络互连3.6.1网络互连的基本概念3.6.2网络互连规范3.7网络互连的通信参考模型3.7.1开放系统互连参考模型3.7.2OSI参考模型的功能划分3.7.3几种典型控制网络的通信模型3.8网络互连设备3.8.1中继器3.8.2网桥3.8.3路由器3.8.4网关第4章CAN总线与基于CAN的控制网络4.1CAN通信技术简介4.1.1CAN通信的特点4.1.2CAN的通信参考模型4.1.3CAN信号的位电平4.1.4CAN总线与节点的电气连接4.1.5CAN节点的电气参数4.2CAN报文帧的类型与结构4.2.1CAN报文帧的类型4.2.2数据帧4.2.3远程帧4.2.4出错帧4.2.5超载帧4.2.6帧间空间4.3CAN通信中的几个问题4.3.1发送器与接收器4.3.2错误类型与出错界定4.3.3位定时与同步4.4CAN通信控制器4.4.1CAN通信控制器82C2004.4.2SJA1000CAN通信控制器4.4.3Intel82527CAN通信控制器4.4.4带有CAN通信控制器的CPU4.5CAN应用节点的相关器件4.5.1CAN总线收发器82C2504.5.2CAN总线I/O器件82C1504.6基于CAN通信的时间触发协议4.6.1时间触发与通信确定性4.6.2TT?CAN4.6.3FTT?CAN4.6.4TTP/C4.6.5ByteFlight4.6.6FlexRay4.6.7几种时间触发协议的性能比较4.7CAN的下层网段--LIN4.7.1LIN的主要技术特点4.7.2LIN的通信任务与报文帧类型4.7.3LIN的报文通信4.7.4LIN的应用4.8基于CAN的汽车控制网络--SAEJ19394.8.1SAEJ1939规范4.8.2SAEJ1939的物理连接与网络拓扑4.8.3SAEJ1939报文帧的格式与定义4.8.4ECU的设计说明4.8.5SAEJ1939的多网段与网络管理4.9汽车电子网络的体系结构4.9.1网络化是汽车电子系统发展的趋势4.9.2汽车电子网络的分类4.9.3汽车电子混合网络第5章基金会现场总线FF5.1FF的主要技术特点5.1.1FF是一项完整的控制网络技术5.1.2通信系统的主要组成部分及其相互关系5.1.3H1协议数据的构成与层次5.1.4FF通信中的虚拟通信关系5.2H1网段的物理连接5.2.1H1的物理信号波形5.2.2H1的信号编码5.2.3H1网段的传输介质与拓扑结构5.3H1网段的链路活动调度5.3.1链路活动调度器LAS及其功能5.3.2通信设备类型5.3.3链路活动调度器的工作过程5.3.4链路时间5.4H1网段的网络管理5.4.1网络管理者与网络管理代理5.4.2网络管理代理的虚拟现场设备5.4.3通信实体5.5H1网段的系统管理5.5.1系统管理概述5.5.2系统管理的作用5.5.3系统管理信息库SMIB及其访问5.5.4SMK状态5.5.5系统管理服务和作用过程5.5.6地址与地址分配5.6FF的功能块5.6.1功能块的内部结构与功能块连接5.6.2功能块中的用户应用块5.6.3功能块的块参数5.6.4功能块服务5.6.5功能块对象字典5.6.6功能块应用5.7设备描述与设备描述语言5.7.1设备描述5.7.2设备描述的参数分层5.7.3设备描述语言5.7.4DD的开发5.7.5CFF文件5.8FF通信控制器与网卡5.8.1FF的通信控制器FB30505.8.2基于FB3050的网卡设计5.9H1的网段配置5.9.1H1网段的构成5.9.2网段长度5.9.3H1网段的接地、屏蔽与极性第6章PROFIBUS6.1PROFIBUS概述6.1.1PROFIBUS简介6.1.2PROFIBUS的组成6.1.3PROFIBUS的通信参考模型6.1.4PROFIBUS的主站与从站6.1.5PROFIBUS总线访问控制的特点6.2PROFIBUS的通信协议6.2.1PROFIBUS的物理层及其网络连接6.2.2PROFIBUS的数据链路层6.2.3PROFIBUS的MAC协议6.3PROFIBUS?DP6.3.1PROFIBUS?DPV06.3.2PROFIBUS?DP的GSD文件6.3.3PROFIBUS?DPV16.3.4PROFIBUS?DPV26.4PROFIBUS站点的开发与实现6.4.1PROFIBUS的站点实现6.4.2PROFIBUS的从站实现方案6.4.3PROFIBUS的主站实现方案6.4.4PROFIBUS系统的初始化过程6.4.5PROFIBUS系统实现中的常见错误6.4.6PROFIBUS的网络监听器6.5PROFIBUS?PA6.5.1PROFIBUS?PA的基本特点6.5.2PROFIBUS的DP/PA连接接口6.5.3PROFIBUS?PA总线的安装第7章工业以太网7.1工业以太网简介7.1.1工业以太网与以太网7.1.2工业以太网的特色技术7.1.3通信非确定性的缓解措施7.2以太网的物理连接与帧结构7.2.1以太网的物理连接7.2.2以太网的帧结构7.2.3以太网的通信帧结构与工业数据封装7.3TCP/IP协议组7.3.1TCP/IP协议组的构成7.3.2IP协议7.3.3用户数据报协议7.3.4传输控制协议TCP7.3.5简单网络管理协议SNMP7.4实时以太网7.4.1几种实时以太网的通信参考模型7.4.2实时以太网的媒体访问控制7.4.3IEEE1588精确时间同步协议7.5PROFINET7.5.1PROFINET的网络连接7.5.2IO设备模型及其数据交换7.5.3组件模型及其数据交换7.5.4PROFINET通信的实时性7.5.5PROFINET与其他现场总线系统的集成7.5.6PROFINET的IP地址管理与数据集成7.6EtherNet/IP7.6.1EtherNet/IP的通信参考模型7.6.2CIP的对象与标识7.6.3EtherNet/IP的报文种类7.6.4EtherNet/IP的技术特点7.7高速以太网HSE7.7.1HSE的系统结构7.7.2HSE与现场设备间的通信7.7.3HSE的柔性功能块7.7.4HSE的链接设备7.8嵌入式以太网节点与基于Web的远程监控7.8.1嵌入式以太网节点7.8.2基于Web技术的远程监控第8章LonWorks控制网络8.1LonWorks技术概述及应用系统结构8.1.1LonWorks控制网络的基本组成8.1.2LonWorks节点8.1.3路由器8.1.4LonWorksInternet连接设备8.1.5网络管理8.1.6LonWorks技术的性能特点8.2LonWorks网络中分散式通信控制处理器--神经元芯片8.2.1处理单元8.2.2存储器8.2.3输入输出8.2.4通信端口8.2.5时钟系统8.2.6睡眠?唤醒机制8.2.7ServicePin8.2.8Watchdog定时器8.3通信8.3.1双绞线收发器8.3.2电力线收发器8.3.3其他类型介质8.3.4路由器8.4LonWorks通信协议--LonTalk8.4.1LonTalk协议概述8.4.2LonTalk的物理层通信协议8.4.3LonTalk协议的网络地址结构及对大网络的支持8.4.4LonTalkMAC子层8.4.5LonTalk协议的链路层8.4.6LonTalk协议的网络层8.4.7LonTalk协议的传输层和会话层8.4.8LonTalk协议的表示层和应用层8.4.9LonTalk协议的网络管理和网络诊断8.4.10LonTalk协议的报文服务8.4.11LonTalk网络认证8.5面向对象的编程语言--NeuronC8.5.1定时器8.5.2网络变量8.5.3显式报文8.5.4调度程序8.5.5附加功能8.6LonWorks的互操作性8.6.1LonMark协会8.6.2收发器和物理信道准则8.6.3应用程序准则8.7LonWorks节点开发工具8.7.1LonBuilder多节点开发工具8.7.2NodeBuilder节点开发工具8.8LNS网络操作系统8.8.1概述8.8.2LNS网络工具8.9应用系统8.9.1LonWorks技术在楼宇自动化抄表系统中的应用8.9.2LonWorks技术在炼油厂原油罐区监控系统中的应用8.9.3LonWorks在某铝电解厂槽控机中的应用第9章几种控制网络的特色技术9.1ControlNet9.1.1并行时间域多路存取9.1.2ControlNet的帧结构9.1.3通信调度的时间分片方法9.1.4ControlNet的虚拟令牌9.1.5ControlNet的显性报文与隐性报文9.2WorldFIP9.2.1WorldFIP技术简介9.2.2WorldFIP通信9.2.3WorldFIP的通信控制器9.2.4新一代FIP9.3Interbus的通信特色9.3.1Interbus简介9.3.2识别周期与数据传输周期9.3.3Interbus的数据环单总帧协议9.3.4Interbus的总线适配控制板9.4ASI控制网络9.4.1ASI的网络构成9.4.2ASI的主从通信9.4.3ASI的报文格式9.4.4主节点的通信功能9.4.5从节点的通信接口9.5DeviceNet9.5.1DeviceNet技术简介9.5.2DeviceNet的通信参考模型9.5.3DeviceNet的物理层和物理媒体9.5.4DeviceNet的对象模型9.5.5DeviceNet的连接与连接标识9.5.6DeviceNet的通信方式9.5.7DeviceNet的设备描述9.6几种总线技术简介9.6.1SwiftNet9.6.2HART9.6.3智能分布式系统SDS9.6.4Seriplex与CEBUS9.6.5光总线第10章短程无线数据通信10.1无线数据通信的标准及其相关技术10.1.1关于短程无线数据通信10.1.2无线通信的一组术语10.1.3无线局域网标准10.2蓝牙无线微微网10.2.1蓝牙技术简介10.2.2蓝牙微微网与主从设备10.2.3蓝牙协议和应用行规10.2.4蓝牙设备的通信连接10.2.5蓝牙设备的状态与状态转移10.2.6蓝牙的安全管理10.2.7蓝牙基带控制器芯片MT1020A10.2.8蓝牙应用系统10.3ZigBee低速短程网10.3.1ZigBee的技术特点10.3.2ZigBee的通信参考模型10.3.3ZigBee的设备类型10.3.4ZigBee的网络拓扑10.3.5ZigBee的设备地址、寻址与路由10.3.6ZigBee的节能与安全10.3.7ZigBee通信节点芯片CC243010.3.8ZigBee的应用系统结束语控制网络技术的比较与选择主要参考文献……

现场总线是控制现场各智能装置间通信的总线，特点是协议多甚至可以自定义；主要特征是协议。串行通信是指设备间通信时数据通过一根电缆一位一位发送和接收；主要特征是数据传送方式。并行通信是指设备间通信时数据通过一根电缆一组一组发送和接收；主要特征是数据传送方式。以太网通信是指各智能装置间通信时遵照一个统一的协议，特点是单一协议；主要特征是协议。现场总线、以太网表征协议层，串并行通信表征传输层。现场总线通信方式可以是串行通信（绝大多数是）、并行通信（极少使用）、以太网通信。以太网通信方式是串行通信方式。

现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线布线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。某些现场总线有被工业以太网（Industrial Ethernet）取代的趋势。

现场总线与普通通信网络有着重要区别，即要求信号的实时性很高，在几毫秒~几十毫秒之间。现场总线是包含从应用层协议到传输层协议的总成。目前国际标准的现场总线居然有16种之多(利益纷争使然!)，标准泛多的结果就是没有统一标准。modbus通信协议是应用层协议(第七层)，它目前可以用于3种通信网络:1)用于串行口通信网络，传输模式为modbusRTU和modbusASCII;2)用于以太网口通信网络，传输模式为modbusTCP;3)用于高速链路网络，传输模式为modbusPLUS。包括modbus协议在内，有很多种通信协议都可以用于现场总线。modbusPLUS就是一种现场总线，而modbusRTU/ASCII、modbusTCP只是低速的普通通信网络。

按照基金会总线组织的定义，FF总线是一种全数字、串行、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种现场仪表的信号传输系统，其最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。为此，有人称FF总线为专门为过程控制设计的现场总线。在FF协议标准中，FF分为低速H1总线和高速H2总线。H1主要针对过程自动化，传输速率31.25Kbps，传输距离可达1900m（可采用中继器延长），支持总线供电和本质安全防爆。高速总线协议H2主要用于制造自动化，传输速率分为1Mbps和2.5Mbps两种。但原来规划的H2高速总线标准现在已经被现场总线基金会所放弃，取而代之的是基于以太网的高速总线HSE。 为了实现通信系统的开放性，FF通信模型参考了OSI模型，如图4.2。H1总线的通信模型包括物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了用户层。物理层采用了IEC61158-2的协议规范；数据链路层DLL规定如何在设备间共享网络和调度通信，通过链路活动调度器LAS来管理现场总线的访问；应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。H1的应用层分为两个子层――总线访问子层FAS和总线报文规范子层FMS，功能块应用进程只使用FMS，FAS负责把FMS映射到DLL。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能快、设备描述等。不过，数据链路层和应用层往往被看作为一个整体，统称为通信栈。HSE采用了基于Ethernet和TCP/IP的六层协议结构的通信模型。其中，一～四层为标准的Internet协议；第五层是现场设备访问会话，为现场设备访问代理提供会话组织和同步服务；第七层是应用层，也划分为FMS和现场设备访问FDA二个子层，其中FDA的作用与H1的FAS相类似，也是基于虚拟通信关系为FMS提供通信服务。 H1总线的物理层根据IEC和ISA标准定义，符合ISA S50.02物理层标准、IEC1158-2物理层标准以及FF-816 31.25Kbps物理层行规规范。当物理层从通信栈接收报文时，对数据帧加上前导码和定界码，并对其实行数据编码，再经过发送驱动器把所产生的物理信号传送到总统的传输媒体上。相反，在接收信号时，需要进行反向解码。现场总统采用曼彻斯特编码技术将数据编码加载到直流电压或电流上形成“同步串行信号”。前导码是一个8位的数字信号10101010，接收器采用这一信号同步其内部时钟。起始界定码和结束界定码标明了现场总线信息的起点和终点，长度均为8个时钟周期，二者都是由“0”、“1”、“N+”、“N－”按规定的顺序组成。图4.5(a)表示了H1总线的配置思想，总线两端分别连接一个终端器，形成对31.25KHz信号的通带电路。发送设备产生的信号是31.25KHz、峰峰值为15～20mA的电流信号，如图(b)；传送给相当于50Ω的等效负载，产生一个调制在直流电源电压上的0.75～1V的峰峰电压，如图(c)。H1支持总线供电和非总线供电二种方式。通信栈包括数据链路层DLL、现场总线访问子层FAS和现场总线报文规范FMS三部分。DLL最主要的功能是对总线访问的调度，通过链路活动调度器LAS来管理总线的访问，每个总线段上有一个LAS。H1总线的通信分为受调度/周期性通信和非调度/非周期性通信二类。前者一般用于在设备间周期性地传送测量和控制数据，其优先级最高，其它操作只在受调度传输之间进行。FAS子层处于FMS和DLL之间，它使用DLL的调度和非调度特点，为FMS和应用进程提供报文传递服务。FAS的协议机制可以划为三层：FAS服务协议机制、应用关系协议机制、DLL映射协议机制，它们之间及其与相邻层的关系如图4-6所示。FAS服务协议机制负责把发送信息转换为FAS的内部协议格式，并为该服务选择一个合适的应用关系协议机制。应用关系协议机制包括客户/服务器、报告分发和发布/接收三种由虚拟通信关系VCR来描述的服务类型，它们的区别主要在于FAS如何应用数据链路层进行报文传输。DLL映射协议机制是对下层即数据链路层的接口。它将来自应用关系协议机制的FAS内部协议格式转换成数据键路层DLL可接受的服务格式，并送给DLL，反之亦然。FMS描述了用户应用所需要的通信服务、信息格式和建立报文所必需的协议行为。针对不同的对象类型，FMS定义了相应的FMS通信服务，用户应用可采用标准的报文格式集在现场总线上相互发送报文。用户层定义了标准的基于模块的用户应用，使得设备与系统的集成与互操作更加易于实现。用户层由功能块和设备描述语言两个重要的部分组成。 PROFIBUS共包括PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA三个兼容系列，各系列的协议结构如图4.9所示。FMS定义了物理层、数据链路层和应用层和用户接口，物理层提供了光纤和RS485两种传输技术。DP定义了物理层、数据链路层和用户接口，其中的物理层和数据链路层与FMS中的定义完全相同，二者采用了相同的传输技术和统一的总线控制协议(报文格式)。PA主要应用于过程控制领域，相当于FF的H1总线，它可支持总线供电和本质安全，当使用分段耦合器，PA装置能很方便的连接到DP网络上。PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的现场总线技术之一，既适合于自动化系统与现场I/O单元的通信，也可用于直接连接带有接口的各种现场仪表及设备。DP和PA的完美结合使得PROFIBUS现场总线在结构和性能上优越于其它现场总线。 PROFIBUS提供了RS485传输、IEC1158－2传输和光纤传输三种类型。RS-485传输用于PROFIBUS－DP/－FMS，其最大传输速率可达12Mbps，在不加中继的情况下，传输速率与总线长度的对应关系如下表所示：数据IEC1158－2的传输技术用于PROFIBUS－PA，是一种位同步协议，通过±9mA对基本电流（约10mA）的调制，以31.25kbps的速率传输。PROFIBUS系统要桥接更长的距离或在电磁干扰很大的环境下应用时，可使用光纤导体（塑料和玻璃）传输，光链路插头可以实现RS485信号和光纤导体信号的相互转换。 PROFIBUS总线包括的三个兼容系列均使用一致的总线存取协议，这是一种包括主站之间的令牌方式和主站与从站之间的主从方式的混合协议，如图4.10所示。令牌环是所有主站的组织链，按照它们的地址构成逻辑环。在令牌环中，令牌在逻辑环中循环一周的最长时间是事先规定的，令牌需要在规定的时间内按照地址的升序在各主站中依次传递。主从方式允许主站在得到总线存取令牌时与从站进行通信，每个主站均可向从站发送或索取信息。当某主站得到令牌报文后，该主站可在一定时间内执行主站工作。在这段时间内，它可依照主从关系表与所有从站通信，也可依照主主关系表与所有主站通信。 基于IEC1158-2传输技术总线段与基于RS485传输技术总线段可以通过耦合装置相连，耦合器使二者信号相适配。每段通常配一个电源装置，电源装置经耦合器和PA总线为现场设备提供电源，这种供电方式可以限制PA总线段上的电流和电压。如果需要外接电源设备，必须用适当的隔离装置，将总线供电设备与外接电源设备连接在本质安全总线上，此时总线上的最大供电电压和最大供电电流均具有明确的规定。按防爆等级和总线供电装置，总线上的站点数量也将受到限制。PROFIBUS的网络拓扑可以是总线型、树型和两种拓扑的混合。线型结构沿着总线电缆连接各个站点，树型结构允许现场设备并联地接在现场配电箱上。混合拓扑结构适合多数实际系统的要求，它可以使总线的结构和长度趋于最优。 我们知道，当前的工业网络已逐渐向高层IT系统的融合甚至通过Internet实现全球化联网的趋势发展，PROFINet正是体现了现场总线技术纵向集成的一种透明性理念。为了保持与自动化系统较高层的一致性，PROFINet选用以太网作为通信媒介，一方面它可以把基于通用的PROFIBUS技术的系统无缝地集成到整个系统中，另一方面它也可以通过代理服务器实现PROFIBUS－DP及其它现场总线系统与PROFINet系统的简单集成。在整个协议架构中，独立于制造商的工程设计系统对象ES-Object模型和开放的、面向对象的PROFINet运行期（runtime）模型是PROFINet定义的两个关键模型。工程设计系统对象模型用于对多制造商工程设计方案做出规定，提供用户友好的PROFINet系统组态。运行期模型则以具有以太网标准机制的通信功能为基础，提供了一种优化的DCOM机制，作为用于硬实时通信应用领域的一种选择。PROFINet部件以对象的形式出现，自动化解决方案包含在运行期进行通信的自动化对象中，即运行期自动化对象RT-AUTO。在工程设计领域，一旦无需对通信编程而只需进行很方便地组态，创建自动化解决方案就变得相当简单。PROFINet为这些应用提供了两种集成方案，如图4.12。如果现场总线的主站具备PROFINet的能力，这可通过将以太网接口和PROFINet运行期软件的端口直接集成到现场总线主站的CPU中。否则，PROFIBUS也可以通过代理服务器实现与PROFInet的集成。原则上其它的现场总线如：FF、Interbus等通常都可以这种方式集成到PROFINet领域。

485只是一个物理层的标准，可以承载多种现场总线协议，比如modbus、profibus，但也可以使用其他协议

西门子plc模块上没有接外接信号线的接线端子，所以用专门的前连接器将外接信号线与模块上的信号线接起来，其实就是个接线端子排。

问题问的太宽泛了，没办法给出准确回答。现场总线种类繁多，作用也各不相同，数据传输原理、介质也各有特点。比如Ethercat，是基于以太网的，而Profibus是在485网的基础上改良发展来的；又如AS-i和Devicenet主要用于传感器、执行器层。这个问题涉及面太广了。。。建议找几个与你工作领域相关的应用最广泛的总线类型入手系统学习一下。

　一、汽车总线的简介 　　汽车总线其实就是CAN数据总线。把汽车上的控制器加以整合并将其在网络之中，各个计算机来共同分担和分享其传达的信息从而实现所要的功能。运用采用总线技术能很大程度上缩减所用电线的总量，进而也就大大的减少了线路上的多个接点。 　　CAN数据总线是德国一家公司为了能解决当前汽车中各个电控模块间数据的交换而研制开发的通信协议。终端电阻、收发器、导线以及控制器这四个部分共同组成了汽车CAN数据总线。其中控制器是翻译收到及发送的信号，而收发器则是接收并发送网络上的共享信息。此项技术的设计考虑到了汽车所能经历的各种恶劣环境，其可靠性很高。由于CAN数据总线在很多现场总线当中占据第一位，所以它也就成了汽车总线的一个代名词。 　　CAN数据总线所具有的优势主要表现在以下：如需扩展数据来增加新信息，仅需升级相关软件便可；所传信息可以通过控制单元来实时的检测，如检测到故障便存储相关的编码；使所使用的控制单元及插孔都是小型的可以节省空间；传感器的信号线能减少到最小，从而使控制单元能较快速的传输信息；CAN数据总线达到了国际相关标准，所以它可以应用在不同型号的控制单元之间的数据信息传输。 　　二、汽车CAN数据总线可能出现的故障 　　通常来说，有三种因素可能引起汽车CAN数据总线中多路信息传输系统的故障： 　　首先，汽车电源系统导致的故障。电控模块是汽车多路信息传输系统中的最核心部分，它正常的工作电压一般是在10.5付到15伏之间。一旦低于这个范围，就可能造成电子控制单元停止工作，进而使得汽车的多路信息传输系统不能正常的通讯。 　　其次，电子控制单元出现故障。这部分包括软件故障和硬件故障，软件故障是指传输协议或者是软件程序存在缺陷或冲突，进而导致了系统通讯的混乱甚至不能工作，此种故障会成批的出现，并且不能维修。而硬件故障通常是指通讯芯片出现故障或着集成电路出现故障，导致汽车的多路信息传输系统不能正常的工作。此种故障，只能运用替换的办法来检测。 　　再次，通讯线路出现故障。如果通讯线路出现短路、断路或者线路的物理性质所引起的部分通讯信号失真，可能会导致多个电控单元不能正常的工作甚至是电控系统出现错误操作。

CAN是一种工业现场总线的名称。一般普通计算机上没有这个接口。它是串行通信方式，但不是一般说的串口。接口外观可以是15针D型口，也可以RJ45接口，看用在什么场合了。CAN的特点：1、网络各节点之间的数据通信实时性强：CAN控制器工作于多种方式，网络中的各节点都可根据总线访问优先权采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据。且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和系统的灵活性。2、开发周期短：CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现像在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于“死锁”状态。而且，CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低系统开发难度，缩短了开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。3、已形成国际标准的现场总线：与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。扩展资料：与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。它在汽车领域上的应用是最广泛的，世界上一些著名的汽车制造厂商都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时，由于CAN总线本身的特点，其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。参考资料：百度百科-CAN总线

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。现在，CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN属于现场总线的范畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性：首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行,系统的实时性、可靠性较差;其次,CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于“死锁”状态。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。CAN 即控制器局域网络,属于工业现场总线的范畴。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如BENZ(奔驰)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,由于CAN总线本身的特点,其应用范围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有： SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等。

CAN总线的线就是两条双绞线。CAN总线是一种差分总线，总线值是由双绞线的两根线的电势差来决定的，总线值有显性和隐性两种状态。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

S7-1200系统不能接入MPI B.PROFINET总线。

CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

现场总线技术的发展孙铭超（水利部河北水利水电勘测设计研究院， 天津 300250） 摘 要：现场总线是迅速发展的一门新技术。它顺应信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，为形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统奠定了基础。 关键词：现场总线；网络；控制系统1 现场总线的概念 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。 现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。2 现场总线的发展趋势 1983年，Honeywell推出了智能化仪表，它在原模拟仪表的基础上增加了计算功能的微处理器芯片，在输出的4～20mA直流信号上迭加了数字信号，使现场与控制室之间的连接模拟信号变为数字信号。之后，世界上各大公司推出了各种智能仪表。智能仪表的出现为现场总线的诞生奠定了基础。 智能仪表的出现为现场信号的数字化提供了条件，但不同厂商提供的设备通信标准不统一，束缚了底层网络的发展。现场总线要求不同的厂商遵从相同的制造标准，组成开放的互连网络是现场总线的发展趋势。3 现场总线的特点与优点 现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。 现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统，实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能。是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。 现场总线系统在技术上具有以下特点：3．1 系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的系统。系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。3．2 系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。3．3 系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。3．4 系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要DCS系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线，节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易于重构等优点。4 几种有影响的现场总线技术4．1 基金会现场总线 基金会现场总线（FF）于1994年由美国Fisher－Rosemount和Honeywell为首成立。它以ISO／OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。基金会现场总线分H1和H2两种通信速率。H1的传输速率为31．25kbps，可支持总线供电和本质安全防爆环境。支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158－2标准。传输信号采用曼册斯特编码。4．2 LonWorks 它由美国Echelon公司推出，它采用ISO／OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。采用LonWorks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。4．3 PROFIBUS PROFIBUS是德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型，服从IEC1158－2标准。4．4 CAN CAN是控制局域网络的简称，由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。4．5 HART HART最早由Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。5 结语 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。

现场总线控制系统（FCS）是信息数字化、控制分散化、系统开放化和设备间相互可操作的新一代自动化控制系统。它具有完全的开放性，在遵循统一的技术标准条件下，用户可以把不同品牌功能相同的产品集成在同一个控制系统内，构成一个集成的现场总线控制系统，在同一个系统内具有相同功能的不同产品之间能够进行自由的相互替换，使用户具有了自动化控制设备选择和集成的主动权。现场总线控制系统真正实现了现场设备智能化，彻底的控制分散化，使微灌控制系统功能不需要依赖控制中心的计算机或主控制装置，可以就近在现场完成控制功能，简化了系统结构，提高了可靠性和方便性。采用数字化通信，提高了信号传输的可靠性和精度，利用现场总线控制技术能够形成完全分散、全数字化的微灌控制网络。现场总线技术顺应了当今自控技术发展的“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的主流，使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上都出现巨大的飞跃，是未来微灌应用自动控制技术发展的方向。但是现场总线控制系统目前还处在发展过程之中，现场总线控制的技术标准、现场总线仪表和控制设备的智能化等方面还不是十分完善，进入市场的成熟的智能化现场设备和仪表还不是很多，且与常规设备相比价格仍然较贵，因此目前在微灌领域的应用还处于初始阶段。

集散控制系统与现场总线系统都是用于生产过程控制的重要计算机控制装置，因此，从生产控制的目标来看，两者没有本质的冲突。.分散控制、集中管理。集散控制系统诞生于0世纪0年代中期，现场总线技术诞生于0世纪80年代中期。

现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。 ①现场总线的定义： 现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络 ②现场总线的优点： 实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。 ③几种有影响的现场总线技术Lonworks也叫LON(Locai Operating Network)是一种得到广泛应用的现场总线，由美国Echelon公司推出它采用了ISQ／OSI模型的全部七层通讯协议，采用面的对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设计，在智能建筑中得到广泛的应用；CAN(Control Area Network控制局域网)由德国BOSCH公司推出用于汽车内部测量与执行部门之间的数据通信。国内在三表系统及楼宇自控系统中得到应用。 PROFIBUS：是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，DP型用于分散外设间的高速数据传输适合于加工自动化领域的应用。

节省硬件数量与投资由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。节省安装费用现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用60%以上。节省维护开销由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。现场总线技术与传统总线技术成本对比系统集成主动权用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。准确性与可靠性由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强：减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。

现场总线定义：是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。主要用于：制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统 串口 串口叫做串行接口，现在的电脑一般有两个串行口：COM1和、COM2。你到计算机后面能看到9针D形接口就是了，有时我们也称它为RS-232接口(如图)。现在有很多手机数据线或者物流接收器都采用COM口与计算机相连。

现场总线控制系统（FCS）是信息数字化、控制分散化、系统开放化和设备间相互可操作的新一代自动化控制系统。它具有完全的开放性，在遵循统一的技术标准条件下，用户可以把不同品牌功能相同的产品集成在同一个控制系统内，构成一个集成的现场总线控制系统，在同一个系统内具有相同功能的不同产品之间能够进行自由的相互替换，使用户具有了自动化控制设备选择和集成的主动权。现场总线控制系统真正实现了现场设备智能化，彻底的控制分散化，使微灌控制系统功能不需要依赖控制中心的计算机或主控制装置，可以就近在现场完成控制功能，简化了系统结构，提高了可靠性和方便性。采用数字化通信，提高了信号传输的可靠性和精度，利用现场总线控制技术能够形成完全分散、全数字化的微灌控制网络。现场总线技术顺应了当今自控技术发展的“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的主流，使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上都出现巨大的飞跃，是未来微灌应用自动控制技术发展的方向。但是现场总线控制系统目前还处在发展过程之中，现场总线控制的技术标准、现场总线仪表和控制设备的智能化等方面还不是十分完善，进入市场的成熟的智能化现场设备和仪表还不是很多，且与常规设备相比价格仍然较贵，因此目前在微灌领域的应用还处于初始阶段。

看图

(1) 全数字化通信(2) 开放型的互联网络(3) 互可操作性与互用性(4) 现场设备的智能化(5) 系统结构的高度分散性(6) 对现场环境的适应性

这个现场总线控制系统（FCS）是信息数字化、控制分散化、系统开放化和设备间相互可操作的新一代自动化控制系统。它具有完全的开放性，在遵循统一的技术标准条件下，用户可以把不同品牌功能相同的产品集成在同一个控制系统内，构成一个集成的现场总线控制系统，在同一个系统内具有相同功能的不同产品之间能够进行自由的相互替换，使用户具有了自动化控制设备选择和集成的主动权。现场总线控制系统真正实现了现场设备智能化，彻底的控制分散化，使微灌控制系统功能不需要依赖控制中心的计算机或主控制装置，可以就近在现场完成控制功能，简化了系统结构，提高了可靠性和方便性。采用数字化通信，提高了信号传输的可靠性和精度，利用现场总线控制技术能够形成完全分散、全数字化的微灌控制网络。

现场总线与普通通信网络有着重要区别，即要求信号的实时性很高，在几毫秒~几十毫秒之间。现场总线是包含从应用层协议到传输层协议的总成。目前国际标准的现场总线居然有16种之多（利益纷争使然！），标准泛多的结果就是没有统一标准。modbus通信协议是应用层协议（第七层），它目前可以用于3种通信网络：1）用于串行口通信网络，传输模式为modbus RTU和modbus ASCII；2）用于以太网口通信网络，传输模式为modbus TCP；3）用于高速链路网络，传输模式为modbus PLUS。包括modbus协议在内，有很多种通信协议都可以用于现场总线。modbus PLUS就是一种现场总线，而modbus RTU/ASCII、modbus TCP只是低速的普通通信网络。

一、简单的讲远程I/O就是具有通信功能的数据采集/传送模块，自身没有控制调节功能。只是将现场数据送到控制中心（比如PLC），或者接受控制中心的数据，对现场设备进行控制。 二、PROFIBUS现场总线是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。也就是说，远程I/O通过一条通信线与同样连接在现场总线上的PLC等控制器连接。举例：操作台；操作台按钮、指示灯。 以往都是采用控制电缆和PLC连接。如果采用了远程I/O，就可以通过一条通信线通过现场总线与PLC连接，节省了布线、节省了PLC自身的I/O点数。ufeff相信说到这里远程I/O与现场总线的关系你也该明白了吧。

http://baike.baidu.com/link?url=wd9Qn_mkWRDa3wzCdsypSbTX9XDe8aBlxi541kN_EUZoEbhYA1dG8K7dxx182sZaXwZgmMPWDGFOhslHJAVEB_

CAN是控制器局域网络的简称，是ISO国际标准化的串行通信协议。它的英文全称是Controller Area Network，一般简写为CAN。CAN是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并最终成为国际标准（ISO 11898），是国际上应用最广泛的现场总线之一。扩展资料特点CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率最高可达1Mbps。完成对通信数据的成帧处理CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。使网络内的节点个数在理论上不受限制CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识符可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义2或2个以上不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。参考资料百度百科-CAN总线

　　现场总线逐渐在工业现场推广，不少设备不但具有传统仪表的功能，而且还具备现场总线的功能、在DCS中，现场总线被广泛应用。现场总线在使用中需要注意以下几个问题：1）通信距离。现场总线的通信距离一般有一定的要求，例如，PROFIBUS/DP在12Mbps速率时，采用标准电缆，可以达到200m，如果采用187.5kbps速率，可以达到1 000m。通信距离有两层含义，第一个，是两个节点之间不通过中继器能够实现的距离，一般来说，距离和通信速率成反比；另一个，是整个网络最远的两个节点之间的距离。往往在厂家的介绍材料中对于此类的描述不够清楚，在实际使用中，必须考虑整个网络的范围，电磁波信号在电缆中传递是需要时间的，特别在—些高速的现场总线中，如果增大距离，就必须对一些通信参数进行修改；2）线缆选择。现场的环境决定现场总线的通信速度和通信介质。一般而言，现场总线采用电信号传递数据，在传输的过程中不可避免地收到周围电磁环境的影响。大多数现场总线采用屏蔽双绞线。必须注意的是，不同种类现场总线要求的屏蔽双绞线可能是不同的。现场总线的开发者一般规定一种特制的线缆，在正确使用这种线缆的条件下才能实现规定的速率和传输距离。在电磁条件极度恶劣的条件下，光缆是合理的选择，否则局部的干扰，可能影响整个现场总线网络的工作；3）隔离。一般来说，现场总线的电信号与设备内部是电气隔离的。现场总线电缆分布在车间的各个角落，一旦发生高电压串入，会造成整个网段所有设备的总线收发器损坏。如果不加以隔离，高电压信号会继续将设备内部其他电路损坏，导致严重的后果；4）屏蔽。现场总线采用的屏蔽电缆的外层必须在一点良好接地，如果高频干扰严重，可以采用多点电容接地，不允许多点直接接地，避免产生地回路电流；5）连接器。现场总线一般没有对连接器做严格的规定，但是如果处理不当，会影响整个系统通信。例如，现场总线一般采用总线型菊花链连接方式，在连接每一个设备时，必须注意如何不影响在现有通信的条件下，实现设备插入和摘除，这对连接器就有一定的要求；6）终端匹配。现场总线信号和所有电磁波信号一样具有反射现象，在总线每一个网段的两个终端，都应该采用电阻匹配，第一个作用可以吸收放射，第二个作用是在总线的两端实现正确的电平，保证通信。因此，现场总线技术是控制、计算机、通讯技术的交叉与集成，它的出现和快速发展体现了控制领域对降低成本、提高可靠性、增强可维护性和提高数据采集的智能化的要求。

现场总线体系结构主要表现在6个方面：1、现场通信网络2、现场设备互联3、互操作性4、分散功能快5、通信线供电6、开放式互联网络

现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。①现场总线的定义：现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络②现场总线的优点：实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：可以传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，可以产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。③几种有影响的现场总线技术Lonworks也叫LON(Locai Operating Network)是一种得到广泛应用的现场总线，由美国Echelon公司推出它采用了ISQ／OSI模型的全部七层通讯协议，采用面的对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设计，在智能建筑中得到广泛的应用；CAN(Control Area Network控制局域网)由德国BOSCH公司推出用于汽车内部测量与执行部门之间的数据通信。国内在三表系统及楼宇自控系统中得到应用。PROFIBUS：是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准，DP型用于分散外设间的高速数据传输适合于加工自动化领域的应用。

CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

工业以太网在现场总线控制系统中的应用 陈平 张安年（洛阳工学院） 摘 要：分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景， 指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控 制的要求，提出了在现场总线中应用工业以太网的研究 课题，并给出了一个工业以太网应用实例。 关键词：电力网络分析; 总线式结构; 控制系统 一、前言 现场总线控制系统（FCS ）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA 模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS 将成为21世纪控制系统的主流。 然而就在人们沸沸扬扬的对FCS 进行概念炒作的时候，却没有注意到它的发展在某些方面的不协调，其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一，这使得各厂商的仪表设备难以在不同的FCS 中兼容。此外，FCS 的传输速率也不尽人意，以基金会现场总线（FF ）正在制定的国际标准［1］为例，它采用了ISO 的参考模型中的3层（物理层、数据链路层和应用层）和极具特色的用户层［2］，其低速总线H1的传输速度为31.25kbps ，高速总线H2的传输速度为1Mbps 或 2.5Mbps ，这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。由于上述原因，使FCS 在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。当人们冷静下来对这些问题进行思考时，不禁想起了在商业网络中广泛应用的以太网。 以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。但是传统以太网采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测（CSMA/CD）通讯方式［3］, 在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这被称为以太网的“不确定性”。研究表明［4］：商业以太网在工业应用中的传输延滞在2～30ms 之间，这是影响以太网长期无法进入过程控制领域的重要原因之一。因此对以太网的研究具有工程实用价值，从而产生了一种新型以太网—工业以太网。 二、工业以太网的研究现状 近年来控制与通讯工程师们致力于新型工业以太网的研究工作，其中有代表性的是FF 制定的快速以太网标准，其传输速度为100Mbps 。综观工业以太网的研究现状，出现了两个值得注意的发展方向［5］：以太网集线器和具有实时功能的以太网的协议。 1、以太网集线器 FF 将以太网技术加入到H2协议中，并以它作为H2的底层协议，其网络采用星型拓朴结构，如图1所示。 图中集线器（HUB ）［6］置于网络中心并通过以太网I/O接口挂接现场设备，其中实时现场仪表和普通现场仪表（通过通道组）分别挂接在不同的以太网I/O接口上。以太网I/O接口高速(约100 kHz)扫描所有实时现场仪表和通道组，然后传送数据包到上层控制器。 图1 FF 的集线器型工业以太网FCS 系统结构 通常普通控制算法在现场控制器中进行（可由上层控制器下载），而高级控制算法则在上层控制器中进行，其控制输出经以太网集线器和以太网I/O接口传输到现场执行仪表。由于实时现场仪表挂接在专用的以太网入口地址，并用完全分离的线路传输数据， 所以保证了实 时数据不会产生传输延滞和线路阻塞。 集线器作为网络的仲裁器，除了控制通信双方的传输时间外，还对传输的数据包进行优先级设置，使每条信息都包含传输优先级等实时参数。此外智能化的集线器还可以动态检测需要通讯的现场设备所在以太网I/O口，并为之提供数据缓冲区，这样可大大缩短现场设备的响应时间和减少数据的重发次数。集线器与其它集线器相连可实现不同网络之间的数据共享［7］。 经验证［8］这种采用以太网集线器技术的FCS 可使实时数据的延迟时间控制在200纳秒的范围之内，这已足以满足多数场合的实时控制要求。 2、在以太网的协议中加入实时功能 一些FCS 的生产商（如ControlNet 、Profibus 、Modbus 和Java 等）在开发自己的工业以太网FCS 时，在工业以太网协议中加入实时功能，此项技术被称为“地道”［9］，它其实仅仅是在设备中加入特殊的协议芯片，这里不做具体介绍。 3、工业以太网的研究课题 上述研究工作的进展为以太网进入FCS 提供了可行性，但要使以太网能在FCS 中发挥其强大的网络优势，以满足现代工业控制中日益增长的数据传输和信息传输种类（如语音、图象和视频等）的需要， 还有待于研究工作取得更大的突破性进展。目前的研究工作应集中解决以下两个方面的问题： （1）尽快推出 FCS国际标准 当今的FCS 领域出现了世界各大厂商各自为战的混乱局面［10,11］。其中有影响的为Intel 公司的Bitbus 、德国的HART 和Profibus 、丹麦的P-NET 、Honeyvell 及AB 的WorldFIP 、Foxboro,ABB 和横河的ISP 、FF 的H1和H2和Echelon 的Lonworks 等。这种混乱局面是由于各大厂商为了抢占市场急于推出自己的产品，而FCS 的国际标准又迟迟不能出台所造成的。标准的不统一使各厂家推出的FCS 成为一个个“自动化孤岛”，不同系统和现场设备的兼容性都很差。FCS 的用户强烈呼吁尽快出台FCS 的国际标准，以期望实现FCS 的“世界大同”。 1994年6月WorldFIP 和ISP 联合成立了FF ，它包括了世界上几乎所有的著名控制仪表厂商在内的100多个成员单位，致力于IEC 的FCS 国际标准化工作。但由于部分成员为了自身利益，力图阻止FCS 的国际标准出台，形成了FF 的FCS 国际标准难以“一统天下”的令人担忧的局面。解决这一问题的途径是：一是要求FF 在其国际标准中推出完善的用户层和严格的互操作性的产品认证；二是提高用户抵制非国际标准的FCS 的自觉性。 （2）工业以太网向FCS 现场级的延伸 必须指出，图1所示的工业以太网FCS 中，其现场级总线的传输速度并不理想，这是因为工业以太网还只是在上层控制网络中应用，而许多厂商出于安全考虑，在许多技术问题没有解决之前，现场级尚未使用工业以太网，所以FCS 总体的传输速度没有什么质的飞跃。为了实现以太网向现场级的延伸，除了改进以太网的通讯协议之外，还需要解决网络的本安、现场设备的冗余和通过以太网向现场仪表供电等技术问题。 作者认为，在保留FCS 特色的基础上解决上述问题才能使工业以太网具有生命力。 三、工业以太网的应用实例 Bayer AG公司最近在其生产高度腐蚀性产品的化工厂中成功的在原现场总线（Profibus ）的基础上应用工业以太网的控制网络［12］，并且把所有的现场设备、控制器件和个人计算机工作站集成为一个高度可靠、低耗和实时的控制系统, 系统最大限度使用了数字化通讯和分布式计算技术［13］，其结构如图2所示。 图2 工业以太网FCS 的应用实例 图中主要的现场设备通过GE Field I/O连到控制系统，每个Field I/O可直接连接超过20个Foxboro Micro-I/A现场级控制子系统。Field I/O和Micro-I/A安装在靠近现场的全封闭式安全柜中。Micro-I/A可进行逻辑控制、批量控制和连续控制。现场仪表通过Field I/O设备连到工业PC 上（所有设备由西门子公司提供）。它除了进行逻辑控制和安全互锁外，还能实现过程点所要求的普通控制算法。工业PC 通过工业以太网和装有Microsoft Windows NT 操作系统的工作站进行通讯，在工作站保存高级控制算法，其控制输出通过以太网下载到需要高级控制运算的现场仪表。Foxboro"s I/A系列工业软件在工作站可为用户提供报警、数据趋势、历史记录、分析、报告和为操作者专门设计的可视化界面。 四、结束语 工业以太网的介入为FCS 的发展注入了新的活力，随着FCS 国际标准的推出以及有关技术问题的突破性进展，一个代表21世纪潮流的工业以太网的现场总线控制系统时代就会到来。