1前言
现场总线是自动化领域中计算机通信系统最底层的低成本网络。根据国际电工委员会IEC61158标准定义：现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。现场总线技术基本内容包括：以串行通信方式取代传统的4~20mA的模拟信号，一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点联接、支持底层的现场智能设备与高层的系统利用公用传输介质交换信息。现场总线技术的核心是它的通信协议，这些协议必须根据国际标准化组织ISO的计算机网络开放系统互联的OSI参考模型来判定，它是一种开放的七层网络协议标准。
目前世界上现场总线的类型很多，按传输数据的大小来分，一般可分为三类：
传感器总线，它的数据宽度为位（bit），如AS-I、Seripiex；设备总线，它的数据宽度为字节(byte)，如Interbus、CAN等；数据流现场总线(或以block计)，如FF、Profibus、WorldFIP等。
2现场总线技术的主要特点
（1）数字化的信号传输 无论是现场底层传感器、执行器、控制器之间的信号传输，还是与上层工作站及高速网之间的信息交换，全部使用数字信号，实现了高速、双向、多变量、多站点之间的通信。
（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性现场总线技术及标准是全开放式的、从总线标准、产品检验到信息发布都是公开的，面向所有制造商和用户。通信网络可以和其他系统网络或高速网络相联接，用户可共享网络资源。此外，现场总线特别强调互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。
（3）可靠性高、可维护性好 基于现场总线的自动化系统采用总线方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定，修改某参数的工作，增强了系统的可维护性。
（4）降低系统成本 现场总线的应用将大大降低自动化系统投资，仅系统布线、安装、维护费用，可比传统的自动化系统（DCS）减少66%。
3 现场总线的现状
现场总线技术起源于欧洲，目前以欧美地区最为发达。据不完成统计，世界上已出现过的总线种类有40多种。经过十多年的竞争和完善，目前较有生命力的有十多种，并仍处于激烈的市场竞争中。下面只能就几种主要现场总线加以叙述。
3．1 FF（现场总线基金会）
现场总线基金会（Filedbus Foundation）是一个国际性的协会组织，总部设在美国德克萨斯州的奥斯汀。FF体系结构参照ISO/OSI模型，由物理层、数据链路层、应用层和用户层组成。由于在应用层上面增加了一个内容广泛的用户层，就可以实现设备的互操作性和互换性，而且可以做到即插即用。FF现场总线分低速H1总线和高速HSE总线。低速H1总线，速率为31.25Kbps，距离为1.9km，可挂2~32台设备。本安或总线供电时则为2~6台设备，屏蔽双绞线或无屏蔽双绞线传输。高速HSE总线，速率为1Mbps、2.5Mbps，距离为750m、500m，总线供电非本安可挂2~12台设备，屏蔽双绞线传输。
低速H1总线适用于过程控制，已进入了实用阶段，离速HSE总线适用于先进制造技术，即将投入使用，该技术方案在进一步改进，速率提高到10Mbps，甚至更高。目前，FF现场总线的应用领域以过程自动化为主，如化工、石油、污水处理等。
3．2 PROFIBUS现场总线
PROFIBUS是Process Field BUS的简称。它是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170第二部分的现场总线。PROFIBUS有三种类型，PROFIBUS-DP（分散外转设备）、PROFIBUS-PA（过程自动化）、PROFIBUS-FMS（现场总线报文规范）。
PROFIBUS现场总线也是基于OSI模型，采用了OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。
3．3 Interbus
Interbus现场总线于1984年推出，其主要技术开发单位为德国的Phoenix Contact公司。Interbus先后成为德国国家标准DIN19258、欧洲标准EN50254和IEC61158标准。
Interbus采用ISO/OSI参考模型中的物理层、数据链路层和应用层。Interbus网络分为远程网络和本地网络。远程网络用于远距离传送数据，采用RS-485传输，用全双工方式进行通信，电讯速率为500Kbps。本地总线网络联接到远程网络上，网络上的总线终端BT上的BK模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。Interbus在数据传输中，总线控制板向数据环移出返回字，此返回字经过整个数据环上所有的Interbus设备返回到总线控制板，总线控制板对返回字进行判断，正确无误后，确定输入、输出数据有效。
Interbus采用整体帧协议方式传输循环过程数据和非循环数据，共有16个二进制过程数据同时被集成在循环协议中。应用层服务只对主站有效，用于实现实时数据交换、VFD支持、变量访问、程序调用和12个相关的服务。Interbus总线对单主机的远程I/O具有良好的诊断能力。
3．4 Lonworks（局部操作网络）
Lonworks是美国ECHELON公司于90年代初推出的现场总线。Lonworks的通信协议Lon Talk遵循ISO/OSI的参考模型，提供了OSI所定义的全部七层服务，这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线。它具有开放性、互操作性、高可靠性等特点。
Lonworks的核心是神经元芯片，内含三个8位的CPU，第一个CPU为介质访问控制处理器，处理Lon Talk协议的第一层和第二层；第二个CPU为网络处理器，它实现Lon Talk协议的第三至第六层；第三个CPU为应用处理器，实现Lon Talk协议的第七层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。神经元芯片实现了完整的Lonworks和Lon Talk通信协议。节点间可以对等通信。Lonworks不仅支持多种传输介质，如双绞线、
电力线、光纤等，而且支持多种拓扑结构，组网形式灵活。Lonworks最大的应用领域在楼宇自动化。
3．5 WorldFIP
WorldFIP协议符合法国国家标准和欧洲标准EN 50170的第三部分。WorldFIP是一个开放的系统，不同领域都可以使用，不同厂家生产的装置可以实现互联，当然这必须以WorldFIP协议作为基础。WorldFIP的特点是具有单一的总线结构来适应不同应用领域的需求，而且没有任何网桥或网磁。低速与高速部分的衔接用软件的办法来解决。
不同应用领域采用不同的总线速率，过程控制采用31.25Kbps，制造业为1Mbps，驱动控制为1~2.5 Mbps。采用总线仲裁器和优先级来管理总线上（包括各支线）的各控制站的通信，可进行1对1、1对多点（组）、1对全体等形式通信。特别指出的是Kbps与FF HSE可以实现“透明联接”，并对FF的H1进行了技术的拓展。因此，在与IEC61158第一类型联接方面，Kbps做得最好。
3．6 P-Net
P-Net现场总线由丹麦Proces-Data A/S公司提出，现已成为欧洲标准EN50170的第一部分、IEC61158类型4。P-Net采用了ISO/OSI模型的物理层、数据链路层、网络层、服务层和应用层。
P-Net是一种多主控器主从式总线，使用屏蔽双绞线电缆，传输距离1.2km，采用NRZ编码异步传输，数据传输速率为76.8Kbps。P-Net总线只提供了一种传输速率，这样构成的多网络结构使各层次之间的通信不需要特殊的耦合器，几个总线分段之间可实现直接寻址。P-Net总线访问采用一种“虚拟令牌传递”的方式，总线访问权通过虚拟令牌在主站之间循环传递。这种基于时间的循环机制，不同于采用实报文传递令牌的方式，且它不需要任何总线仲裁的功能。