按照國際電工委員會IEC/SC65C的定義，安裝在制造或過程區(qū)域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行和多點通信的數據總線稱為現場總線。根據使用場合和用途不同，現場總線又分為H1低速現場總線和H2高速現場總線。IEC/SC65C最初定義H1總線為用于制造或過程區(qū)域的、通過兩根傳輸線向現場裝置供電的低速串行總線，H2總線為無需解決兩線制供電，用于裝置間傳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(yè)自動化系統(tǒng)信息通信網絡。

經過長達15年的爭論，IEC61158用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現場總線國際標準于2000年初終于獲得通過，現場總線之爭逐漸隨之退潮，IEC/SC65C/WG6現場總線標準委員會到此也完成了歷史使命。為了進一步完善IEC61158標準，IEC/SC65C成立了MT9現場總線修訂小組，繼續(xù)這方面的工作。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，于2001年8月制定出由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，該標準于2003年4月成為正式國際標準。限于篇幅，本文對10種類型總線做概要論述，并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只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，并嚴格按照IEC定義制定現場總線標準，由于各種原因，經過多輪投票未獲通過，只能按規(guī)定成為技術報告TS61158，以此為基礎形成了現在的Type1現場總線。國際電工委員會推薦的通用現場總線網絡結構如圖1所示，從圖中可以看出現場總線系統(tǒng)可以支持各種工業(yè)領域的信息處理、監(jiān)視和控制系統(tǒng)，用于過程控制傳感器、執(zhí)行器和本地控制器之間的低級通信，可以與工廠自動化的PLC實現互連。在這里，H1現場總線主要用于現場級，其速率為31.25Kbps，負責兩線制向現場儀表供電，并能支持帶總線供電設備的本質安全；H2現場總線主要面向過程控制級、監(jiān)控管理級和高速工廠自動化的應用，其速率為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)組織負責制定的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現場總線系統(tǒng)體系結構如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式，即生產者/客戶（Producer/Consumer）模式，這種模式允許網絡上的所有節(jié)點，同時從單個數據源存取相同的數據，其主要特點是增強了系統(tǒng)的功能，提高了效率和實現精確的同步。網絡的媒體送取，通過限制時間存取算法來控制，即采用并行時間域多路存?。–TDMA）方法，在每個網絡刷新間隔（NUI）內調節(jié)節(jié)點的傳送信息機會。


圖2 Type2 現場總線系統(tǒng)體系結構
   
Ethernet/IP以太網工業(yè)協(xié)議是一種開放的工業(yè)網絡，它使用有源星形拓撲結構，可以將10Mbps和100Mbps產品混合使用。該協(xié)議在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息協(xié)議（CIP），提供一個公共的應用層。CIP的控制部分用于實時I/O報文，其信息部分用于報文交換。ControlNet和Ethernet/IP都使用該協(xié)議通信，分享相同的對象庫、對象和設備行規(guī)，使得多個供應商的設備能在上述整個網絡中實現即插即用。對象的定義是嚴格的，在同一種網絡上支持實時報文、組態(tài)和診斷。為了提高工業(yè)以太網的實時性能，ODVA（開放的DeviceNet供應商協(xié)會）于2003年8月公布了IEEE1588“用于Ethernet/IP實時控制應用的時鐘同步”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產品的主要供應商。Profibus系列由三個兼容部分組成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線構成。為了提高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現場總線體系結構如圖3所示，Profibus-DP特別適用于設備級自動控制系統(tǒng)與分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專為過程自動化設計，它能夠將變送器和執(zhí)行器連接到一根公共總線，使用兩根線就可以完成供電和數據通信，并能實現本質安全性能。以此為基礎，擴展的DP功能DPV1進一步完善了Profibus-PA功能；DPV2解決了從站之間的通信與時間同步等重大問題。

圖3 Type3 Profibus現場總線體系結構
   
Profibus-DPV1主要是增加了非循環(huán)服務，并擴大了與2類主站的通信。眾所周知，Profibus-DP性能的特征是在循環(huán)連接（Mscy-C1）的基礎上應用數據交換服務，實現一個主站和一系列從站之間集中的數據交換。1類主站指PLC、PC或控制器。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(huán)服務，利用新的服務可以對從站中任何數據組進行讀寫。過去，2類主站只能利用DP從站的無連接服務，現在則可通過面向連接的通信對數組進行非循環(huán)讀寫，同時為進入因特網通信擴充了功能。
   
Profibus-DPV2可以實現循環(huán)通信、非循環(huán)通信以及從站之間的通信。由于從站之間可直接通信，通信時間縮短1個DP總線周期和主站周期，從而使反應時間縮短60%至90%，同時建立了等時間間隔的總線循環(huán)周期，其時間偏差小于1μs，即適用于高精度定位控制，又可實現閉環(huán)控制。DPV2可根據不同的應用需要開發(fā)專用行規(guī)（profile），如用于運動控制的ProfiDrive和用于聯鎖保護的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1983年開始開發(fā)，主要應用于啤酒、食品、農業(yè)和飼養(yǎng)業(yè)，它得到P-NET用戶組織的支持，在現場大約有5000多個應用系統(tǒng)。

圖4 Type4 P-NET現場總線體系結構
   
P-NET現場總線是一種多主站、多網絡系統(tǒng)，圖4給出了P-NET系統(tǒng)的體系結構。總線采用分段結構，每個總線分段上可以連接多個主站，主站之間通過接口能夠實現網上互連，它允許在幾個總線區(qū)直接尋址，無需遞階網絡結構。該總線通信協(xié)議包括1、2、3、4和7層，并利用信道機構定義用戶層。通信采用虛擬令牌（virtual token）傳遞方式，主站發(fā)送一個請求，被尋址的從站在390μs內立即返回一個響應，只有存放到從站內存中的數據才可被訪問。每個站節(jié)點都含有一個通用的單芯片微處理機，配套的2KB EPROM不僅可用作通信，而且可用于測量、標定、轉換和應用功能。P-NET接口芯片執(zhí)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。該總線物理層基于RS-485標準，使用屏蔽雙絞線電纜，傳輸距離1.2km，應用NRZ編碼異步傳輸。#p#分頁標題#e#
 
5 Tpye5 FF HSE現場總線
   
1998年，美國Fieldbus Foundation（FF）基金會決定采用高速以太網（High Speed Ethernet，HSE）技術開發(fā)H2現場總線，作為現場總線控制系統(tǒng)控制級以上通信網絡的主干網，它與H1現場總線整合構成信息集成開放的體系結構，圖5給出了系統(tǒng)結構。HSE網絡遵循標準的以太網規(guī)范，并根據過程控制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墻功能，以阻斷特殊類型的信息出入網絡。HSE使用標準的IEEE802.3信號傳輸，標準的Ethernet接線和通信媒體。設備和交換機之間距離，使用雙絞線為100米，光纜可達2千米。HSE使用連接裝置（LD）連接H1子系統(tǒng)，LD執(zhí)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支持冗余通信，網絡上的任何設備都能作冗余配置。
   
FF HSE的1~4層由現有的以太網、TCP/IP和IEEE標準所定義，HSE和H1使用同樣的用戶層，現場總線信息規(guī)范（FMS）在H1中定義了服務接口，現場設備訪問代理（FDA）為HSE提供接口。用戶層規(guī)定功能模塊、設備描述（DD）、功能文件（CF）以及系統(tǒng)管理（SM）。FF規(guī)范21種功能模塊供基本的和先進的過程控制使用。FF還規(guī)定了新的柔性功能模塊（FFB），用以進行復雜的批處理和混合控制應用，FFB支持數據采集的監(jiān)控，子系統(tǒng)接口、事件順序、多路數據采集、PLC和其他協(xié)議通信的網間連接器。

圖5 Type5 FF HSE現場總線體系結構