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1 前言
现场总线在控制领域崭露头角不过是最近几年，然而其来势汹涌，且呈愈演愈烈之势。现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线。用现场总线将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。
当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control System）系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。
2 现场总线控制系统的种类
随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实现网络化管理控制已经成为一种必然趋势。改善工业控制系统同样也需要在不同生产设备之间实现高效、可靠、标准化的互联，例如利用USB来实现外围设备与控制主机的互联，利用Ethernet和CAN (Controller Area Network，控制器区域网)建立基本网络架构等。为此，引起了许多关于现场总线的标准问题。
2.1 两种主流总线Profibus和DeviceNet
Profibus有全球最多的供货厂商数，在国内第一个取得了行业标准JB/10308.3-2001，国内生产Profibus产品的厂商有十多家，并且有能够进行国际认证的实验室。以上情况表明Profibus在国内已经得到了很好的发展，并且它目前在国内市场占有率也是最高的。可以预见在未来几年内，Profibus还将在国内占主导地位。DeviceNet是现场总线中技术最成熟的一种，由于DeviceNet的出现比Profibus要晚，现在的供货商数在众多总线中次于Profibus，但是DeviceNet目前占有世界两个最大市场美国和日本50%以上的份额。从全球来看每年新增的结点数和Profibus不相上下，另外DeviceNet在国内第一个取得了国家标准GB/T 18858.2-2002。国内目前DeviceNet的开发商大约有7、8家左右，但由于RA对DeviceNet产品的报价远高于西门子对Profibus产品的报价，所以大家普遍认为DeviceNet没有价格优势。
2.2 Lonworks楼宇自动化
LONWORKS技术在楼宇自控系统中的应用，其技术上的优势是显而易见的：
·直接互联性。不同品牌、功能的DDC组成一个统一控制网络协同工作。
·自主通讯。数个小规模DDC分布式布置，联合运行，在功能完全替代了单CPU多I／O点的中大型DDC。
·网络结构多样化，易于适应用户的不同需求。
·系统响应速度。在合理配置网络设备和选择合理的网络结构的前提下，LONWORKS系统的响应速度和数据传输率都是较高的。
目前常见的所谓LONWORKS系统按互联性大致可分为三类：
（1） 采用部分LONWORKS器件的系统。这类系统通常仅在现场总线通讯端口的物理层采用LONWORKS技术，如采用FTT-10收发器、TP/XT-10、TP/XF-78网络接口等，所以这类系统可与其它LONWORKS系统共享同一条总线，即DDC可挂在一条总线上。这类系统采用主从令牌网方式实现系统呼应，多数不具备点对点通讯功能。
（2） 采用LONWORKS开发系统的非LONMARK产品。这类系统通常全套采用了LONWORKS开发平台，而未采用LONMARK协会规定的网络变量来定义DDC间的通讯。由于完全采用了LONTALK协议，通常采用自定义用户包进行数据通讯，系统现场总线的通讯效率高，DDC功能强，LONWORKS技术所有技术特征除互联性外几乎均能得到充分体现，但由于其网络传输变量的非标准化，使这类系统在互联性上大打折扣，其不符LONMARK规定的网络变量只能在本系统内传输，外系统是无法正确接收的。
（3） 完全符合LONMARK规约的产品。由于LONWORKS网络技术的高速发展，及厂商大量介入LONMARK领域进行二次开发，如今，即使完全符合LONMARK规约的产品，其互联性也不敢说完全地实现。目前，LONWORKS系统的DDC基础编程软件为Visual Control，Lonbuilder，Neuron C，Visio等，由于各厂商的DDC编程工具不同，DDC通讯连接表征文件也不尽相同，时有个别类别的网络变量在异系统中无法调用。当然这类问题通过修改连接表征文件或网络变量的表达方式，一般还是能够解决互联性问题的。
LONWORKS系统要有效工作，除了DDC之间的互联性外，系统网络组网方式也很重要，特别是LONWORKS现场总线与上一级高速----网络管理总线之间的连接，是LONWORKS系统应用中的关键问题。LONWORKS作为控制系统的现场总线，其大量现场数据需要通过上一级高速网络----管理总线来传送，以解决整个系统的响应速度以及与管理总线（一般是以太网）之间的数据交换和共享。控制器区域网(Controller Area Network)CAN现场总线已经成为在仪表装置通讯的新标准。它提供高速数据传送，在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力，而在最大距离10000m时具有低速(5kbits/s)传输能力，极适合在高速的工业自控应用上。
2.3 CAN总线（Controller Aera Network）
CAN总线与其他总线相比有如下特点：
·它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信。
·通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。
·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、循环冗余校验、优先级判别等项工作。
·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，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接受到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要。
· 数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令，工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。
·CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN总线所具有的卓越性能、极高的可靠性和独特设计，特别适合工业设备测控单元互连。因此倍受工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。而且，CAN总线没有任何组织来管理 (当然DeviceNet是基于CAN的)，系统开发成本极低，特别适用于只有I/O的系统。
2.4 随PLC进行系统配套的两种常用总线Modbus和CC-link
Modbus算是最老的几种现场总线之一了(当然还有HART更老)，经过20年的发展，也培养出了一大批设备供货商。因此，国内大型项目采用Modbus的实例比较多。但是，Modbus今后将主要作为Schneider主机系统的配套，发展空间相对较小。
CC-Link是和DeviceNet同时期推出的一种现场总线。从技术上看CC-link基本是RS485的改进，很多人认为CC-link在技术上首先不够先进。但是不管那种现场总线本来都不是很先进的技术，实用和可靠才是最重要的。CC-link由于是基于485开发的，产品价格较低同，特别适合485网络换网的用户。
2.5 FF现场总线
FF的名字不能说不好听，技术也不能说不先进，但是因为没有大厂支持，在国际上始终没有找到自己的市场。其实对于现场总线，事实的标准才是最重要的，什么是事实的标准，就是谁的市场份额大。国内现在已经开发出不少FF的产品了，因为FF产品开发的时候大多都得到了国家的支持。
2.6 HART
在中国也开了不少花，结了不少果，只是现在提的人少了，HART技术落后了是不争的事实。
3 现场总线控制系统的结构及其特点
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。其总线接口，有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。总线接口的缺省地址通常设为“0”电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必需的。通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线电源。而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。
系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型，但在应用中最常用的是24V直流的2线、3线传感器或机械触点。该节点具有IP67的防护等级，有防水、防尘、抗振动等特性，适合于直接安装在现场。另一个节点是端子式节点，独立的输入/输出端子块安装在DIN导轨上，并连接着一个总线耦合器。该总线直流耦合器是连接总线的网关。这种类型的节点是开放式的结构，其防护等级为IP20，它必须安装在机箱中。端子式输入/输出系统包含有许多种开关量与模拟量输入/输出模块，以及串行通讯、高速计数与监控模块。端子式输入/输出系统可以独立使用也可以结合使用。而节点地址连接一个辅助电源，该电源用于驱动电磁阀和其他的电器设备。通过将辅助电器与总线电源分开可以极大地降低在总线信号中的噪音。另外大部分总线节点可以诊断出电器设备中的短路状态并且报告给主控器，即使发生短路也不会影响整个系统的通讯。普通传感器等现场装置可以通过输入输出模块连接到现场总线系统工程中，也可以单独装入总线通讯接口，连接到总线系统中。
总线电缆和终端电阻：总线电缆一般分为主干缆和分支电缆。各种总线协议对于总线电缆的长度都有所规定，不同的通讯波特率，对应不同的总线电缆长度。同时，分支电缆的长度也是有所限制的。网络的最后部分是终端电阻。在一些总线系统中，这个终端电阻只是连接到两数据线的简单电阻，用来吸收网络信号传输过程中的剩余能量。
3.1现场总线特点
与传统的PLC点对点的控制方法相比，现场总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括：
· 具有较高的性能价格比，系统综合成本及一次性安装费用减少40%。由于导线、连接附件的大幅度的减少，使原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度的减少，所以设计、安装、调试、维护的费用大幅度地减少，维护和改造的停工时间减少60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插件快速、简便的安装，耗费的人力、物力大量减少；强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少。
· 系统性能大幅度提高。可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力，使控制系统的档次跨越了一个台阶。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定，从而确保总线通讯快速、完全可靠的进行。
· 系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态。
· 采用数字信号通讯，有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。
· 总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性。可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱，使系统可靠性提高。
· 本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可能性。
· 由于可以将PID功能植入到变送器或执行器中去，使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节2～3次增加到每秒调节10～20次，从而改善了调节性能。
· 由于免除了主机入口处的瓶颈现象，既可以提高系统的安全性和可靠性，也可使主机腾出手来从事优化等工作以提高效益。
· 组态简单，安装、运行、维护简便。
· 用户可以自己择优选择，达到最佳集成。
3.2拓扑结构
网络的拓扑结构主要有总线拓扑和自由拓扑两种结构：
（1）总线式拓扑结构
总线式拓扑结构如图1所示。所有站点不需要经交换设备，可直接连接到传媒体上（即总线），即所有站点共享一条公共的传输媒体，任何一个站点都能在此媒体上发送传播，并能被所有站点接收，因为所有站点共享一条公共传输媒体，所有在某一时刻只能有一个站点能够发送，与其他站点的发送相竞争，故由载波监听多路访问/冲突检测的媒体访问控制器来控制。总线拓扑是由一条主干线和若干条分支线及两个总线（bus）终端匹配器。
（2）自由拓扑式结构
自由拓扑式结构如图2所示。其通信信道上只有一个终端匹配器，通信信道可以是总线星型、环型和混合型，所有的站点可直接连接到传输媒体（环）上，在环上循环地传输一个特定的位串（称为令牌），获得令牌的站点才有权发送，若无发送则把令牌传给下一个站点。如：Lonworks 支持多种拓扑结构，选择不同的收发器可构成星型环型、树型、混合型，而寻址由协议来解决，这样使得现场互联更加灵活。
3.3网络物理介质
在构造网络时，必须了解构成网络物理介质的特性，正确选择网络的物理介质，进行最优化的布线设计、安装与测试，以使所构成的网络具有高的性能价格比。网络的传输媒体通常采用双绞线（有屏蔽和无屏蔽）、同轴电缆（细缆和粗缆）和光缆，而对现场总线网络采用高质无屏蔽双绞线取代同轴电缆时，有利于解决数据高速传输，降低线间串扰和电磁辐射等，并能便于管理系统的扩充。因光缆具有保密性强、体积小、重量轻、不怕电磁干扰、通信容量大、通信距离远等优点，在现场总线的互联网中采用廉价的塑料光缆是一种性能价格比高的设计方案。但在网络结构设计中首要的是根据所采用现场总线支持的物理介质，如：Lonwor-ks支持多种介质就是其主要的技术特点之一，对于不同的传输介质的支持是通过收发器(Transceiver)实现的，在一个通信信道上，只能使用相同类型的收发器产品，才可以直接连接。目前使用较多的收发器是FTT—10（非总线供电）和LPT—10（总线供电），对于终端匹配器的使用应引起足够的重视，尤其是在通信电缆比较短时，若不使用终端匹配器会使网络吞吐率下降20%—30%。终端匹配器的数量由网络总线的拓扑结构决定，总线的拓扑结构的不同，网络的覆盖范围有非常大的差异。
3.4网络协议
网络协议是指用于网络之间相互沟通、传输信息所要共同遵守的基础。网络协议有专用网络协议和非专用（标准）网络协议之别。现场总线通信协议基本遵照ISO/OSI参考模型，主要实现第1（物理层）、2（数据链路层）、7（应用层）层功能。OSI模型是建立在七层协议基础上，作为一个起始点以发展计算机通信标准。每层都有一定等级功能，具有规定的高层或低层的接口；为提供一定功能通信标准，并不一定所有的层都需要。当与很好定义的程序模块连接时，该模块定义了数据意义及格式，OSI模块将提供一个多卖主相互操作的高水平工具。一个典型的开放系统结构可以应用在工业和商业的控制系统上，按照布置，所有的开放系统元件，使用标准协议作为本系统语言，无需翻译，可以相互通信。
物理层采用EIA-RS232、EIA-RS422/RS485等协议。由于在某些情况下，现场传感器、变送器要从现场总线“窃取”电能作为它们的工作电源，因此对总线上数字信号的强度（驱动能力）、传输速率、信噪比以及电缆尺寸、线路长度等都提出一定要求。
数据链路层考虑到现场设备故障较多，更换频繁，所以数据链路层媒体访问控制多采用受控访问（包括轮询和令牌）协议，通常，各PCU、PLC作为主站，传感器、变送器等作为从站。另外，须支持点对点、点对多点和广播通信方式。
应用层解决的是应用什么样的高级语言（或过程控制语言）作为面向用户的编程（或组态）语言的问题，其中包括设备名称、网络变量与配置（捆绑）关系，参数与功能调用及相关说明等，一般应具有符合IEC1131-3标准的图形用户界面（GUI）。
4 以太网与现场总线技术的比较
2) 介质访问控制方式比较
现场总线介质访问控制方式：
现场总线的介质访问控制方式要满足工业控制网络的要求，即通信的实时性和确定性。确定性指站点每次得到网络服务间隔和时间是确定的；实时性指网络分配给站点的服务时间和间隔可以保证站点完成它确定的任务。
目前现场总线技术采用的介质访问控制方式主要有：令牌、主从、生产者/客户（producer/consumer）。
以太网介质访问控制方式：
CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)是以太网（或IEEE802.3）采用的介质访问控制方式。
5 结束语
任何一种现场总线都有各自适合的领域，并且各领域又有各自的都有其特点。有实力的厂商会投资很多相关技术，例如ABB、Siemens都有自己的现场总线产品，市场、技术是都是导向因素。以太网最终会进入工业现场，下放到车间层，成为车间层的控制网络，而不是以前的纯管理网。因此，下一代控制的目标是由对产品的宏观控制（经济控制，如成本控制、运作控制、质量控制、财资控制）到细节控制（如制造控制），即人机化接口与管理信息系统的极大融合
现场总线在控制领域崭露头角不过是最近几年，然而其来势汹涌，且呈愈演愈烈之势。现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线。用现场总线将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。
当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control System）系统，已被称为第五代过程控制系统。而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。
2 现场总线控制系统的种类
随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实现网络化管理控制已经成为一种必然趋势。改善工业控制系统同样也需要在不同生产设备之间实现高效、可靠、标准化的互联，例如利用USB来实现外围设备与控制主机的互联，利用Ethernet和CAN (Controller Area Network，控制器区域网)建立基本网络架构等。为此，引起了许多关于现场总线的标准问题。
2.1 两种主流总线Profibus和DeviceNet
Profibus有全球最多的供货厂商数，在国内第一个取得了行业标准JB/10308.3-2001，国内生产Profibus产品的厂商有十多家，并且有能够进行国际认证的实验室。以上情况表明Profibus在国内已经得到了很好的发展，并且它目前在国内市场占有率也是最高的。可以预见在未来几年内，Profibus还将在国内占主导地位。DeviceNet是现场总线中技术最成熟的一种，由于DeviceNet的出现比Profibus要晚，现在的供货商数在众多总线中次于Profibus，但是DeviceNet目前占有世界两个最大市场美国和日本50%以上的份额。从全球来看每年新增的结点数和Profibus不相上下，另外DeviceNet在国内第一个取得了国家标准GB/T 18858.2-2002。国内目前DeviceNet的开发商大约有7、8家左右，但由于RA对DeviceNet产品的报价远高于西门子对Profibus产品的报价，所以大家普遍认为DeviceNet没有价格优势。
2.2 Lonworks楼宇自动化
LONWORKS技术在楼宇自控系统中的应用，其技术上的优势是显而易见的：
·直接互联性。不同品牌、功能的DDC组成一个统一控制网络协同工作。
·自主通讯。数个小规模DDC分布式布置，联合运行，在功能完全替代了单CPU多I／O点的中大型DDC。
·网络结构多样化，易于适应用户的不同需求。
·系统响应速度。在合理配置网络设备和选择合理的网络结构的前提下，LONWORKS系统的响应速度和数据传输率都是较高的。
目前常见的所谓LONWORKS系统按互联性大致可分为三类：
（1） 采用部分LONWORKS器件的系统。这类系统通常仅在现场总线通讯端口的物理层采用LONWORKS技术，如采用FTT-10收发器、TP/XT-10、TP/XF-78网络接口等，所以这类系统可与其它LONWORKS系统共享同一条总线，即DDC可挂在一条总线上。这类系统采用主从令牌网方式实现系统呼应，多数不具备点对点通讯功能。
（2） 采用LONWORKS开发系统的非LONMARK产品。这类系统通常全套采用了LONWORKS开发平台，而未采用LONMARK协会规定的网络变量来定义DDC间的通讯。由于完全采用了LONTALK协议，通常采用自定义用户包进行数据通讯，系统现场总线的通讯效率高，DDC功能强，LONWORKS技术所有技术特征除互联性外几乎均能得到充分体现，但由于其网络传输变量的非标准化，使这类系统在互联性上大打折扣，其不符LONMARK规定的网络变量只能在本系统内传输，外系统是无法正确接收的。
（3） 完全符合LONMARK规约的产品。由于LONWORKS网络技术的高速发展，及厂商大量介入LONMARK领域进行二次开发，如今，即使完全符合LONMARK规约的产品，其互联性也不敢说完全地实现。目前，LONWORKS系统的DDC基础编程软件为Visual Control，Lonbuilder，Neuron C，Visio等，由于各厂商的DDC编程工具不同，DDC通讯连接表征文件也不尽相同，时有个别类别的网络变量在异系统中无法调用。当然这类问题通过修改连接表征文件或网络变量的表达方式，一般还是能够解决互联性问题的。
LONWORKS系统要有效工作，除了DDC之间的互联性外，系统网络组网方式也很重要，特别是LONWORKS现场总线与上一级高速----网络管理总线之间的连接，是LONWORKS系统应用中的关键问题。LONWORKS作为控制系统的现场总线，其大量现场数据需要通过上一级高速网络----管理总线来传送，以解决整个系统的响应速度以及与管理总线（一般是以太网）之间的数据交换和共享。控制器区域网(Controller Area Network)CAN现场总线已经成为在仪表装置通讯的新标准。它提供高速数据传送，在短距离(40m)条件下具有高速(1Mbit/s)数据传输能力，而在最大距离10000m时具有低速(5kbits/s)传输能力，极适合在高速的工业自控应用上。
2.3 CAN总线（Controller Aera Network）
CAN总线与其他总线相比有如下特点：
·它是一种多主总线，即每个节点机均可成为主机，且节点机之间也可进行通信。
·通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。
·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、循环冗余校验、优先级判别等项工作。
·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，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接受到相同的数据，这一点在分步式控制中非常重要。
· 数据段长度最多为8个字节，可满足通常工业领域中控制命令，工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。
·CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN总线所具有的卓越性能、极高的可靠性和独特设计，特别适合工业设备测控单元互连。因此倍受工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。而且，CAN总线没有任何组织来管理 (当然DeviceNet是基于CAN的)，系统开发成本极低，特别适用于只有I/O的系统。
2.4 随PLC进行系统配套的两种常用总线Modbus和CC-link
Modbus算是最老的几种现场总线之一了(当然还有HART更老)，经过20年的发展，也培养出了一大批设备供货商。因此，国内大型项目采用Modbus的实例比较多。但是，Modbus今后将主要作为Schneider主机系统的配套，发展空间相对较小。
CC-Link是和DeviceNet同时期推出的一种现场总线。从技术上看CC-link基本是RS485的改进，很多人认为CC-link在技术上首先不够先进。但是不管那种现场总线本来都不是很先进的技术，实用和可靠才是最重要的。CC-link由于是基于485开发的，产品价格较低同，特别适合485网络换网的用户。
2.5 FF现场总线
FF的名字不能说不好听，技术也不能说不先进，但是因为没有大厂支持，在国际上始终没有找到自己的市场。其实对于现场总线，事实的标准才是最重要的，什么是事实的标准，就是谁的市场份额大。国内现在已经开发出不少FF的产品了，因为FF产品开发的时候大多都得到了国家的支持。
2.6 HART
在中国也开了不少花，结了不少果，只是现在提的人少了，HART技术落后了是不争的事实。
3 现场总线控制系统的结构及其特点
国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、 PLC等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。其总线接口，有时可以称为扫描器。可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。总线接口的缺省地址通常设为“0”电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必需的。通常输入通道与内部芯片所用电源为同一个电源，习惯称为总线电源。而输出通道使用独立的电源，称为辅助电源。
系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型，但在应用中最常用的是24V直流的2线、3线传感器或机械触点。该节点具有IP67的防护等级，有防水、防尘、抗振动等特性，适合于直接安装在现场。另一个节点是端子式节点，独立的输入/输出端子块安装在DIN导轨上，并连接着一个总线耦合器。该总线直流耦合器是连接总线的网关。这种类型的节点是开放式的结构，其防护等级为IP20，它必须安装在机箱中。端子式输入/输出系统包含有许多种开关量与模拟量输入/输出模块，以及串行通讯、高速计数与监控模块。端子式输入/输出系统可以独立使用也可以结合使用。而节点地址连接一个辅助电源，该电源用于驱动电磁阀和其他的电器设备。通过将辅助电器与总线电源分开可以极大地降低在总线信号中的噪音。另外大部分总线节点可以诊断出电器设备中的短路状态并且报告给主控器，即使发生短路也不会影响整个系统的通讯。普通传感器等现场装置可以通过输入输出模块连接到现场总线系统工程中，也可以单独装入总线通讯接口，连接到总线系统中。
总线电缆和终端电阻：总线电缆一般分为主干缆和分支电缆。各种总线协议对于总线电缆的长度都有所规定，不同的通讯波特率，对应不同的总线电缆长度。同时，分支电缆的长度也是有所限制的。网络的最后部分是终端电阻。在一些总线系统中，这个终端电阻只是连接到两数据线的简单电阻，用来吸收网络信号传输过程中的剩余能量。
3.1现场总线特点
与传统的PLC点对点的控制方法相比，现场总线控制系统具有无可比拟的优势。其特点包括：
· 具有较高的性能价格比，系统综合成本及一次性安装费用减少40%。由于导线、连接附件的大幅度的减少，使原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度的减少，所以设计、安装、调试、维护的费用大幅度地减少，维护和改造的停工时间减少60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插件快速、简便的安装，耗费的人力、物力大量减少；强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少。
· 系统性能大幅度提高。可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力，使控制系统的档次跨越了一个台阶。许多总线在通讯介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定，从而确保总线通讯快速、完全可靠的进行。
· 系统具有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态。
· 采用数字信号通讯，有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。
· 总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性。可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱，使系统可靠性提高。
· 本质安全型总线。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可能性。
· 由于可以将PID功能植入到变送器或执行器中去，使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节2～3次增加到每秒调节10～20次，从而改善了调节性能。
· 由于免除了主机入口处的瓶颈现象，既可以提高系统的安全性和可靠性，也可使主机腾出手来从事优化等工作以提高效益。
· 组态简单，安装、运行、维护简便。
· 用户可以自己择优选择，达到最佳集成。
3.2拓扑结构
网络的拓扑结构主要有总线拓扑和自由拓扑两种结构：
（1）总线式拓扑结构
总线式拓扑结构如图1所示。所有站点不需要经交换设备，可直接连接到传媒体上（即总线），即所有站点共享一条公共的传输媒体，任何一个站点都能在此媒体上发送传播，并能被所有站点接收，因为所有站点共享一条公共传输媒体，所有在某一时刻只能有一个站点能够发送，与其他站点的发送相竞争，故由载波监听多路访问/冲突检测的媒体访问控制器来控制。总线拓扑是由一条主干线和若干条分支线及两个总线（bus）终端匹配器。
（2）自由拓扑式结构
自由拓扑式结构如图2所示。其通信信道上只有一个终端匹配器，通信信道可以是总线星型、环型和混合型，所有的站点可直接连接到传输媒体（环）上，在环上循环地传输一个特定的位串（称为令牌），获得令牌的站点才有权发送，若无发送则把令牌传给下一个站点。如：Lonworks 支持多种拓扑结构，选择不同的收发器可构成星型环型、树型、混合型，而寻址由协议来解决，这样使得现场互联更加灵活。
3.3网络物理介质
在构造网络时，必须了解构成网络物理介质的特性，正确选择网络的物理介质，进行最优化的布线设计、安装与测试，以使所构成的网络具有高的性能价格比。网络的传输媒体通常采用双绞线（有屏蔽和无屏蔽）、同轴电缆（细缆和粗缆）和光缆，而对现场总线网络采用高质无屏蔽双绞线取代同轴电缆时，有利于解决数据高速传输，降低线间串扰和电磁辐射等，并能便于管理系统的扩充。因光缆具有保密性强、体积小、重量轻、不怕电磁干扰、通信容量大、通信距离远等优点，在现场总线的互联网中采用廉价的塑料光缆是一种性能价格比高的设计方案。但在网络结构设计中首要的是根据所采用现场总线支持的物理介质，如：Lonwor-ks支持多种介质就是其主要的技术特点之一，对于不同的传输介质的支持是通过收发器(Transceiver)实现的，在一个通信信道上，只能使用相同类型的收发器产品，才可以直接连接。目前使用较多的收发器是FTT—10（非总线供电）和LPT—10（总线供电），对于终端匹配器的使用应引起足够的重视，尤其是在通信电缆比较短时，若不使用终端匹配器会使网络吞吐率下降20%—30%。终端匹配器的数量由网络总线的拓扑结构决定，总线的拓扑结构的不同，网络的覆盖范围有非常大的差异。
3.4网络协议
网络协议是指用于网络之间相互沟通、传输信息所要共同遵守的基础。网络协议有专用网络协议和非专用（标准）网络协议之别。现场总线通信协议基本遵照ISO/OSI参考模型，主要实现第1（物理层）、2（数据链路层）、7（应用层）层功能。OSI模型是建立在七层协议基础上，作为一个起始点以发展计算机通信标准。每层都有一定等级功能，具有规定的高层或低层的接口；为提供一定功能通信标准，并不一定所有的层都需要。当与很好定义的程序模块连接时，该模块定义了数据意义及格式，OSI模块将提供一个多卖主相互操作的高水平工具。一个典型的开放系统结构可以应用在工业和商业的控制系统上，按照布置，所有的开放系统元件，使用标准协议作为本系统语言，无需翻译，可以相互通信。
物理层采用EIA-RS232、EIA-RS422/RS485等协议。由于在某些情况下，现场传感器、变送器要从现场总线“窃取”电能作为它们的工作电源，因此对总线上数字信号的强度（驱动能力）、传输速率、信噪比以及电缆尺寸、线路长度等都提出一定要求。
数据链路层考虑到现场设备故障较多，更换频繁，所以数据链路层媒体访问控制多采用受控访问（包括轮询和令牌）协议，通常，各PCU、PLC作为主站，传感器、变送器等作为从站。另外，须支持点对点、点对多点和广播通信方式。
应用层解决的是应用什么样的高级语言（或过程控制语言）作为面向用户的编程（或组态）语言的问题，其中包括设备名称、网络变量与配置（捆绑）关系，参数与功能调用及相关说明等，一般应具有符合IEC1131-3标准的图形用户界面（GUI）。
4 以太网与现场总线技术的比较
2) 介质访问控制方式比较
现场总线介质访问控制方式：
现场总线的介质访问控制方式要满足工业控制网络的要求，即通信的实时性和确定性。确定性指站点每次得到网络服务间隔和时间是确定的；实时性指网络分配给站点的服务时间和间隔可以保证站点完成它确定的任务。
目前现场总线技术采用的介质访问控制方式主要有：令牌、主从、生产者/客户（producer/consumer）。
以太网介质访问控制方式：
CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)是以太网（或IEEE802.3）采用的介质访问控制方式。
5 结束语
任何一种现场总线都有各自适合的领域，并且各领域又有各自的都有其特点。有实力的厂商会投资很多相关技术，例如ABB、Siemens都有自己的现场总线产品，市场、技术是都是导向因素。以太网最终会进入工业现场，下放到车间层，成为车间层的控制网络，而不是以前的纯管理网。因此，下一代控制的目标是由对产品的宏观控制（经济控制，如成本控制、运作控制、质量控制、财资控制）到细节控制（如制造控制），即人机化接口与管理信息系统的极大融合