[定義] 現(xiàn)場總線是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)過程專用網(wǎng)絡(luò)，或工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)現(xiàn)場基層的自動(dòng)化測控設(shè)備之間傳送信息的共同通路。
[相關(guān)技術(shù)]自動(dòng)控制技術(shù)；儀器儀表；計(jì)算機(jī)技術(shù)； 通信技術(shù) ；微電子技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
[技術(shù)難點(diǎn)]
基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放分散控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表、工業(yè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的交叉與集成，因此現(xiàn)場總線技術(shù)需要在以下幾個(gè)方面加大研究、開發(fā)力度：
☆ 基于現(xiàn)場總線的智能化、自動(dòng)化儀表、現(xiàn)場儀表是信息獲取的工具，是信息工業(yè)的源頭。智能化應(yīng)包括理解、推理、判斷與分析等一系列功能，能適應(yīng)被測參數(shù)的變化，在線聯(lián)機(jī)改變量程，自動(dòng)檢測自身工作狀態(tài)并傳遞信息，進(jìn)行異常處理，自動(dòng)進(jìn)行指標(biāo)判斷與分選，進(jìn)行邏輯操作，定量控制與程序控制，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測量，進(jìn)行數(shù)字信號處理等。
☆ 基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟、硬件 控制系統(tǒng)從模擬儀表到集中監(jiān)督控制系統(tǒng)，進(jìn)而到分散控制系統(tǒng)(DCS)，可以說取得了很大的進(jìn)展，但系統(tǒng)的開放性和通信問題仍未解決，系統(tǒng)的開放性是要解決不同廠家軟、硬件產(chǎn)品可集中到一個(gè)系統(tǒng)中，如LonWorks總線技術(shù)產(chǎn)品，只要遵循LonMARK標(biāo)準(zhǔn)，幾百家的不同產(chǎn)品均可連在一個(gè)系統(tǒng)上，所以要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的研制必須遵循現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)。
☆ 組態(tài)技術(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。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)形成了低層網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)提供與企業(yè)、企業(yè)網(wǎng)(Intranet)、國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)相連接的可能性，所以搞網(wǎng)絡(luò)企業(yè)也需拓寬到這一層次。
☆ 基于現(xiàn)場總線技術(shù)的全開放控制系統(tǒng)的集成技術(shù) 總體來說，自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，并且涉及的應(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，涉及到電力、冶金、石油、化工、建材、輕工、造紙、樓宇自動(dòng)化和家庭自動(dòng)化等，如何將系統(tǒng)集成，并應(yīng)用于這些領(lǐng)域，是需要解決的難點(diǎn)之一。
[國外概況]
1984年美國Inter公司提出一種計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)-位總線（BITBUS），它主要是將低速的面向過程的輸入輸出通道與高速的計(jì)算機(jī)總線多（MULTIBUS）分離，形成了現(xiàn)場總線的最初概念。80年代中期，美國Rosemount 公司開發(fā)了一種可尋址的遠(yuǎn)程傳感器（HART）通信協(xié)議。采用在4～20mA模擬量疊加了一種頻率信號，用雙絞線實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號傳輸。HART協(xié)議已是現(xiàn)場總線的雛形。1985年由Honeywell和Bailey等大公司發(fā)起，成立了WorldFIP制定了FIP協(xié)議。1987年，以Siemens，Rosemount，橫河等幾家著名公司為首也成立了一個(gè)專門委員會(huì)互操作系統(tǒng)協(xié)議（ISP）并制定了PROFIBUS協(xié)議。后來美國儀器儀表學(xué)會(huì)也制定了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)IEC/ISA SP50。隨著時(shí)間的推移，世界逐漸形成了兩個(gè)針鋒相對的互相競爭的現(xiàn)場總線集團(tuán)：一個(gè)是以Siemens、Rosemount,橫河為首的ISP集團(tuán)；另一個(gè)是由Honeywell、Bailey等公司牽頭的WorldFIP集團(tuán)。1994年，兩大集團(tuán)宣布合并，融合成現(xiàn)場總線基金會(huì)（Fieldbus Foundation）簡稱FF。對于現(xiàn)場總線的技術(shù)發(fā)展和制定標(biāo)準(zhǔn)，基金委員會(huì)取得以下共識：共同制定遵循IEC/ISA SP50協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；商定現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展階段時(shí)間表。
重要階段性成果：
目前國際上有40多種現(xiàn)場總線，但沒有任何一種現(xiàn)場總線能覆蓋所有的應(yīng)用面，按其傳輸數(shù)據(jù)的大小可分為3類：傳感器總線（sensor bus)，屬于位傳輸；設(shè)備總線（device bus)，屬于字節(jié)傳輸；現(xiàn)場總線，屬于數(shù)據(jù)流傳輸。目前應(yīng)用比較多的有基金會(huì)現(xiàn)場總線（FF）、LonWorks、Profibus、WorldFIP及CAN。
國際組織本來打算在1998年完成對現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)化工作，但在1998年9月30日對現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)最終草案（FDIS）進(jìn)行投票表決，表決結(jié)果68％贊成，但32％反對，超過了25％，因此，國際標(biāo)準(zhǔn)化工作再次遭到措折，要在3年以后才可能成為國際標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)有水平及發(fā)展趨勢：
國際上現(xiàn)有40多種現(xiàn)場總線，但影響較大的主要有FF、Profibus、CAN、lonWorks等。圍繞著現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，世界上各大廠商展開了激烈競爭，并主要形成了FF和Profibus兩大陣營，都希望能夠統(tǒng)一整個(gè)世界市場。
目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運(yùn)行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從應(yīng)用狀況看，無論是FF和Profibus，還是其他一些現(xiàn)場總線，都能較好地實(shí)現(xiàn)速率要求較慢的過程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰都很難統(tǒng)一整個(gè)世界市場。而現(xiàn)場總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。今后現(xiàn)場總線技術(shù)如何發(fā)展、如何統(tǒng)一，是所有生產(chǎn)廠商和用戶十分關(guān)心的問題。
高速現(xiàn)場總線主要應(yīng)用于控制網(wǎng)內(nèi)的互連，連接控制計(jì)算機(jī)、PLC等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)低速現(xiàn)場總線網(wǎng)橋間的連接，它是充分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制結(jié)構(gòu)所必須的。目前這一領(lǐng)域還比較薄弱。因此，高速現(xiàn)場總線的設(shè)計(jì)、開發(fā)將是競爭十分激烈的領(lǐng)域，這也將是現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的重要機(jī)會(huì)。而選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為高速現(xiàn)場總線的整體框架將是其首要內(nèi)容。
現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展應(yīng)體現(xiàn)為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現(xiàn)場總線領(lǐng)域的繼續(xù)發(fā)展和完善；另一個(gè)是高速現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展。
作為新一代控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場總線技術(shù)將具有如下技術(shù)指標(biāo)：
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制； 系統(tǒng)的開放性；現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；
互操作與互用性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 ；
[影響]
現(xiàn)場總線的應(yīng)用有如下特點(diǎn)：
低成本
由于現(xiàn)場總線的通信是全數(shù)字式的且它的控制功能完全由現(xiàn)場設(shè)備去執(zhí)行，因此不需要輸入、輸出及其它控制板；而且現(xiàn)場裝置可直接與操作臺相連，不再需要用于聯(lián)接各控制板的"數(shù)據(jù)高速公路"，上述各部分的冗余在現(xiàn)場總線系統(tǒng)里自然也就不再需要了。現(xiàn)場總線系統(tǒng)只保留集散控制系統(tǒng)（DCS）中的現(xiàn)場設(shè)備及操作站，操作站已不再是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。
現(xiàn)場總線設(shè)備可以執(zhí)行多種測量、控制和計(jì)算，因此減少了變送器的數(shù)量，不再需要單回路調(diào)節(jié)器和計(jì)算元件，從而節(jié)省了費(fèi)用。
組態(tài)簡單
由于所有儀表都引入了功能模塊，組態(tài)變得非常相似或簡單，不需要因?yàn)樽詣?dòng)化設(shè)備種類不同或組態(tài)方法的不同而進(jìn)行培訓(xùn)或?qū)W習(xí)編程語言。所有的生產(chǎn)廠商都使用相同的現(xiàn)場總線功能模塊。功能模塊是以用戶自定義的標(biāo)識符和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為基礎(chǔ)的，用戶可以根據(jù)標(biāo)識符來指定某一設(shè)備，毋需考慮設(shè)備地址、存儲記憶地址和比特編號等。組態(tài)可通過計(jì)算機(jī)編輯，然后下裝至現(xiàn)場自動(dòng)化設(shè)備。
由于不同廠商、不同型號的儀表的校準(zhǔn)、量程設(shè)定和診斷等的操作程序是一致的，使得培訓(xùn)操作員簡單化和設(shè)備的更新。
現(xiàn)場總線已有大量的功能模塊，且新的功能模塊仍在不斷增加。
查索更多的信息及診斷狀況
數(shù)字通信使用戶從控制室中查索所有設(shè)備的數(shù)據(jù)、組態(tài)、運(yùn)行和診斷信息成為現(xiàn)實(shí)。而且現(xiàn)場總線的多變量特性為儀表及其它自動(dòng)化設(shè)備的革新提供了更廣闊的天地。
現(xiàn)場設(shè)備的自診斷功能使故障可以及時(shí)地被報(bào)告，使檢修人員在事故發(fā)生之前可及時(shí)確定潛在事故地點(diǎn)并進(jìn)行維修。硬件（如傳感器、執(zhí)行器和記憶單元）故障，軟件方面（如組態(tài)和校準(zhǔn)）的問題都能夠被及時(shí)報(bào)告。
操作人員毋需把變送器送去檢測就可獲得所需信息，從而大大節(jié)省了時(shí)間和成本。
安裝、運(yùn)行、維修簡便
由于現(xiàn)場儀表是并行連接，端子接頭核對的工作量大大減少了，所以接線簡單，一條電纜通常可連接20個(gè)設(shè)備。
現(xiàn)場總線設(shè)備能夠模擬輸入值、輸出值或狀態(tài)。這使得操作員在控制室內(nèi)便能夠測試系統(tǒng)對故障及過程狀況的反應(yīng)。
現(xiàn)場總線可以存儲有用的信息以便于維修，信息不會(huì)丟失。大量的有用信息也被存儲于自動(dòng)化設(shè)備中，這些既可以從手持終端獲取，又可從操作站獲取。
自由選擇不同品牌設(shè)備
所有現(xiàn)場總線產(chǎn)品采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這使用戶可以自由選擇不同制造商所提供的設(shè)備。
數(shù)據(jù)庫的一致性
現(xiàn)場總線采用完全分散的數(shù)據(jù)庫概念。任何同現(xiàn)場總線接口的人機(jī)界面都可顯示有關(guān)信息，這樣就不會(huì)有重復(fù)的、不一致的數(shù)據(jù)庫。現(xiàn)場總線只使用一個(gè)數(shù)據(jù)庫，即分散于現(xiàn)場儀表中的數(shù)據(jù)庫，人機(jī)界面就是從此數(shù)據(jù)庫中獲取"定標(biāo)數(shù)據(jù)"的，手持終端所查索的也是同一個(gè)數(shù)據(jù)庫。
現(xiàn)場總線對國民經(jīng)濟(jì)的影響表現(xiàn)在：
現(xiàn)場總線技術(shù)是控制系統(tǒng)的重大變革，將在今后深深的影響自動(dòng)化儀表和技術(shù)的發(fā)展。
新型的全數(shù)字控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將能充分發(fā)揮上層系統(tǒng)調(diào)度、優(yōu)化、決策的功能，更容易構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）并更好地發(fā)揮其作用。有利于企業(yè)實(shí)施綜合自動(dòng)化策略，使企業(yè)從粗放型向集約化轉(zhuǎn)化。
現(xiàn)場總線和開放系統(tǒng)的應(yīng)用將大大降低自動(dòng)化系統(tǒng)的投資，僅系統(tǒng)布線、安裝、維修費(fèi)用，可比現(xiàn)有系統(tǒng)減少66％，另外，還帶來節(jié)約廠房面積，減少電纜橋架鋪設(shè)等其他方面投資的減少。
