現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是從八十年代中期發(fā)展起來的。經(jīng)歷了十幾年的時間，現(xiàn)場總線控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛應用于汽車、造紙、紡織、煙草、機械、石油化工、電力、樓宇自控等各個控制領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線控制技術(shù)由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，被認為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，將逐步取代傳統(tǒng)的 PLC點對點接線的控制方法。1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點 現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字數(shù)據(jù)通訊鏈路，它溝通了生產(chǎn)過程領(lǐng)域的基本控制設備（即現(xiàn)場級設備）之間以及更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設備（即車間級設備）之間的聯(lián)系。下圖是一個簡單的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實例。 

該系統(tǒng)主要包括一些實際應用的設備，如 PLC、掃描器、電源、輸入輸出站、終端電阻等.其它系統(tǒng)也可以包括變頻器、起碼流調(diào)速裝置、人機界面等。 主控器（Host）可以是PLC或PC，通過總線接口整個系統(tǒng)進行管理和控制?？偩€接口，有時可以稱為掃描器，可以是分別的卡件，也可以集成中 PLC中?？偩€接口作為網(wǎng)絡管理器和作為主控器到總線的網(wǎng)關(guān)，管理來自總線節(jié)點的信息報告，并且轉(zhuǎn)換為主控器能夠讀懂的某種數(shù)據(jù)格式傳送到主控器?？偩€接口的缺省地址通常設為"0"

電源，是網(wǎng)絡上每個節(jié)點傳輸和接收信息所必須的。通常輸入通道與內(nèi)部芯片所用電源為同一個電源，習慣稱為總線電源。而輸出通道使用獨立的電源，稱為輔助電源。 輸入輸出節(jié)點，在該實例中第一個節(jié)點是 8通道的輸入節(jié)點。雖然輸入有許多不同的類型，在應用中最常用的是24V直流的2線、3線傳感器或機械觸點。該節(jié)點具有IP67的防護等級，有防水、防塵、抗振動等特性，適合于直接安裝在現(xiàn)場。另一個節(jié)點是端子式節(jié)點，獨立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導軌上，并連接著一個總線耦合器。該總線直流耦合器是連接總線的網(wǎng)關(guān)。這種類型的節(jié)點是開放式的結(jié)構(gòu)，其防護等級為IP20，它必須安裝在機箱中。端子式輸入/輸出系統(tǒng)包含有許多種開關(guān)量與模擬量輸入/輸出模塊，以及串行通訊、高速計數(shù)與監(jiān)控模塊。

端子式輸入/輸出系統(tǒng)可以獨立使用也可以結(jié)合使用。節(jié)點地址 3，是一個輸出站。連接一個輔助電源，該電源用于驅(qū)動電磁閥和其他的電器設備。通過將輔助電器與總線電源分開可以極大地降低在總線信號中的噪音。另外大部分總線節(jié)點可以診斷出電器設備中的短路狀態(tài)并且報告給主控器，即使發(fā)生短路也不會影響整個系統(tǒng)的通訊.節(jié)點地址 4連接的是一個帶有總線通訊接口的智能型光電傳感器。這說明，普通傳感器等現(xiàn)場裝置可以通過輸入輸出模塊連接到現(xiàn)場總線系統(tǒng)工程中，也可以單獨裝入總線通訊接口，連接到總線系統(tǒng)中?？偩€電纜和終端電阻?？偩€電纜一般分為主干纜和分支電纜。各種總線協(xié)議對于總線電纜的長度都有所規(guī)定，不同的通訊波特率，對應不同的總線電纜長度。同時，分支電纜的長度也是有所限制的。網(wǎng)絡的最后部分是終端電阻。在一些總線系統(tǒng)中.這個終端電阻只是連接到兩數(shù)據(jù)線的簡單電阻。它是用來吸收網(wǎng)絡信號傳輸過程中的剩余能量。

從上面的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的實例中可以看出，與傳統(tǒng)的 PLC點對點的控制方法相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢。其特點包括：1.具有較高的性能價格比。系統(tǒng)綜合成本及時性安裝費用減少40%。導線、連接附件的大幅度的減少。由原來的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。設計、安裝、調(diào)試、維護的費用大幅度地減少，維護和改造的停工時間減少 60%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設計變得簡單易行；標準接插件快速、簡便的安裝，使人力、物力大量的減少；強大 的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護變得輕松和愉快。2．系統(tǒng)性能大幅度的提高，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個臺階 可靠的數(shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應，強大的抗干擾能力。許多總線在通訊介質(zhì)、信息檢驗、信息糾錯、重復地址檢測等方面都有嚴格的規(guī)定，從而確保總線通訊快速、完全可靠的進行。自動診斷、顯示故障位置。診斷包括總線節(jié)點的通訊故障、電源故障，以及現(xiàn)場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)。采用數(shù)字信號通訊，有效提高系統(tǒng)的測量和控制精度.各種開關(guān)量、模擬量信號就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，避免了信號的衰減和變形。許多總線節(jié)點具有 IP67的防護等級，具有防水、防塵、抗振動的特性。可以直接安裝于工業(yè)設備上，大量減少了現(xiàn)場接線箱，使系統(tǒng)美觀而實用。本質(zhì)安全型總線。更加適合直接安裝于石油、化工等危險防爆場所，減少系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性。
　　2、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的基本概念 1訪問方法 （Media Access）- 指在總線上通訊的權(quán)利。有三種主要的類型：主控（ Master Control）- 一個高級別的節(jié)點控制所有的信號傳輸，順序和時間。除非主節(jié)點要求，其他節(jié)點不能通訊。Profibus-DP在主站和從站之間采用這種訪問方法。令牌方式（ Token Passing）-一種信息轉(zhuǎn)移的方法，每次循環(huán)每個節(jié)點有一次機會通訊。Profibus-DP在主站和主站之間采用這種訪問方法。CSMA-一種訪問方法，允許每一節(jié)點通訊，只要該節(jié)點有信息要發(fā)布并且沒有其他節(jié)點占用通訊線。當以真正的CSMA 方式操作時，有可能兩個節(jié)點同時通訊。有兩種主要的方法處理可能存在的沖突：（1）CD- 沖突監(jiān)測（collision detection）- 所有的發(fā)送器必須同時是接收器。如果兩個節(jié)點同時開始通訊，它們將聽到發(fā)生了沖突，都停止通訊，等待一個任意長的時間，重新再通訊。以太網(wǎng)采用這種訪問方法。（2）BA- 逐位仲裁（Bitwise arbitration）-地址最低的節(jié)點，優(yōu)先級最高，享有繼續(xù)通訊的權(quán)力，而另一個節(jié)點則停止通訊。DeviceNet采用這種訪問方法。 2．總線拓撲結(jié)構(gòu)--拓撲結(jié)構(gòu)是描述總線的專用術(shù)語，指通訊線連接各節(jié)點的方法。
　　線狀結(jié)構(gòu)（Bus）--簡單的直線式拓撲結(jié)構(gòu)稱作線狀結(jié)構(gòu)。Profibus-DP、DeviceNet主要都采用這種結(jié)構(gòu)。分支結(jié)構(gòu)（ Branch）--通?？偩€可以有分支，有時分支可以繼續(xù)有分支。不同的總線有不同的的規(guī)定，有的總線分支被限制在幾厘米之內(nèi)，有的總線允許有任意的拓撲結(jié)構(gòu)，僅限制通訊線的累計長度。星型結(jié)構(gòu)（ Star）--另外一種拓撲結(jié)構(gòu)是星型結(jié)構(gòu)。這種方法流行于計算機主機結(jié)構(gòu).主機按照這種結(jié)構(gòu)連接外圍設備，如磁帶儲存器，打印機和終端?，F(xiàn)在，星型結(jié)構(gòu)有了更廣泛的意義，有源或無源的多端口分接器都象一個星型結(jié)構(gòu)，但在內(nèi)部是一種帶多個分支的公用總線，用于一個小區(qū)域范圍的連接。 環(huán)狀結(jié)構(gòu)（Ring）--環(huán)狀結(jié)構(gòu)通常是一種理論上的拓撲結(jié)構(gòu)，盡管真正的環(huán)狀結(jié)構(gòu)存在。真正的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點也是一個中繼器。信息進入一個節(jié)點，該節(jié)點讀取信息，并加入新的信息發(fā)送給下一個節(jié)點。如具有更先進的協(xié)議和附加的硬件，當環(huán)斷掉或一個節(jié)點中繼器損壞，節(jié)點可以重新循環(huán)信息。
　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及應用 (二) 現(xiàn)場總線在發(fā)展的最初，各個公司都提出自己的現(xiàn)場總線的協(xié)議，如 AB公司的DeviceNet,TURCK公司的Sensoplex,Honeywell公司的SDS，Phoenix公司的InterBus-S，以及Seriplex,ASI等。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，現(xiàn)場總線的協(xié)議逐漸趨于統(tǒng)一，針對制造業(yè)自動化，DeviceNet在北美和日本用的比較普遍，PROFIBUS-DP在歐洲用的比較普遍。針對過程自動化，PROFIBUS-PA和Foundation Fieldbus占據(jù)大部分市場。其他的總線協(xié)議如ASI、InterBus-S、Sensoplex在某些特殊的領(lǐng)域也有一些市場，
　　下面分別介紹各種總線的一些特點。
　　1、幾種主要現(xiàn)場總線協(xié)議的特點 
　　1.PROFIBUS，最快的總線，世界范圍的標準。 PROFIBUS是在1987年，由德國科技部集中了13家公司和5家科研機構(gòu)的力量，按照ISO/OSI參照模型制訂的現(xiàn)場總線的德國國家標準.最近，在歐洲通過投票，成為歐洲的標EN50170。主要由擁有400多個公司成員的PROFIBUS用戶組織（PNO）進行管理。PROFIBUS由三部分組成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP是制造業(yè)自動化主要應用的協(xié)議內(nèi)容，是滿足用戶快速通訊的最佳方案，每秒可傳輸12兆位。掃描1000個I/O點的時間少于1ms。 PROFIBUS是世界范圍的標準，取得了很大的成功：至少1，000，000套設備投入運行，超過600家成員公司，超過1100種PROFIBUS產(chǎn)品
　　2.DeviceNet通用型、低價位的總線 DeviceNet（設備網(wǎng)）是一種低價位的總線，它可連接自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中廣泛的工業(yè)設備。在制造業(yè)領(lǐng)域，設備網(wǎng)遍及全球，尤其是北美和日本最初是由AB公司設計，現(xiàn)在已經(jīng)民展成為一種開放式的現(xiàn)場總線的協(xié)議，其管理組織ODVA由全球多家公司組成，提供設備網(wǎng)的產(chǎn)品，支持設備網(wǎng)規(guī)范的進一步開發(fā)。DeviceNet能夠降低設備的安裝費用和時間?？刂葡到y(tǒng)中的接近開關(guān)、光電開關(guān)和閥門等到可通過電纜、插件、站等產(chǎn)品進行寬距離通訊。相對于PROFIBUS-DP，DeviceNet具有更強大的通訊功能，支持除了主-從方式之外的，多種通訊方式，可以更靈活地應用于控制系統(tǒng)中。
　　3.Foundation Fieldbus ，高級過程控制現(xiàn)場總線 Foundation Fieldbus 針對過程自動化而設計，它是通過數(shù)字、串行、雙向的通訊方法來連接現(xiàn)場裝置的。Foundation Fieldbus通訊不是簡單的數(shù)字4-20mA信號，而是使用復雜的通訊協(xié)議，它可連接能執(zhí)行簡單的閉環(huán)算法（如PID）的現(xiàn)場智能裝置。一個通訊段可配置32個現(xiàn)場裝置，通訊速度為每秒31。25kb,每段最大距離為1900米。
　　4.Sensoplex 2重工業(yè)控制網(wǎng)絡，強大的抗干擾能力 Sensoplex 2 是TURCK設計應用于重工業(yè)自動化領(lǐng)域的網(wǎng)絡 Sensoplex 2 是采用先進的頻率偏移技術(shù)進行通訊的，對于易引起通訊故障的強電磁場有較強的抗干擾能力，優(yōu)于其它 現(xiàn)場總線。已廣泛應用于世界上主要的汽車制造廠。它通過一根電纜通訊及供電，其固定的傳輸速度為188K，使用中繼器的最大傳輸距離為400米，可接入512個I/O點，通過主站可連接多種PLC和現(xiàn)場總線，如PROFIBUS和DeviceNet，Modbus Plus,Siemens S5/S7,Modicon,GEC,AB PLC等。
　　5.AS-i總線，最簡單的總線 AS-i 代表著執(zhí)行器、傳感器接口。使用兩線為設置與輸入傳送數(shù)據(jù)及電源。線圈輸出等需使用附加的兩芯電纜供電。AS-i區(qū)別于其它工業(yè)總線，使用扁平電纜通訊，將連接齒嵌入電纜.也可使用傳統(tǒng)的IP67/、NEMA6 eurofast 連接件。AS-i系統(tǒng)包括一個主站接口，供電電源，最多31個子站。整個系統(tǒng)長度不能超過100米，但可以自由分布，沒有分支規(guī)則和終端。AS-i適合于不需要昂貴總線的小型網(wǎng)絡。當需要簡單的主-從總線連接分散的信息和I/O裝置，并且數(shù)據(jù)不是 很重要時，AS-i是最經(jīng)濟的方案。
　　6.Interbus_S總線，簡單網(wǎng)絡 Interbus_S網(wǎng)絡可以簡單的安裝與配置。網(wǎng)上的節(jié)點類似簡單的移位寄存器，位流經(jīng)過節(jié)點則發(fā)生翻轉(zhuǎn)。Interbus_S啟動網(wǎng)絡并自動配置，不需要節(jié)點地址。使用一根電纜，符合IEEE802.5令牌環(huán)的規(guī)定。一個網(wǎng)絡上最多可有64個裝置，速度可達500KB/S，最工距離為25600米，移動節(jié)點間距離為400米。
　　7.Seriplex是比較早的開放式總線，它使用五線，一根數(shù)據(jù)線，一根時鐘線，一根屏蔽線，兩根電源線。輸出一般使用輔助電源供電。使用操作模式一，系統(tǒng)可以作為沒有主站的高速長距離點對點網(wǎng)絡。輸出節(jié)點映射輸入節(jié)點，并可簡單的編程。
　　8.Smart Distributed System總線，CANbus的變形 Smart Distributed System與DeviceNet都使用CANbus。由于芯片、信號水平和應用環(huán)境的局限，工業(yè)應用的需要比較少。 2、現(xiàn)場總線的主要產(chǎn)品 連接于總線上的產(chǎn)品，可以分為有源和無源兩大類。 有源產(chǎn)品可以產(chǎn)生通訊信號、響應信號、調(diào)整信號或者兼而有之。
　　有源產(chǎn)品包括以下部件：1.節(jié)點（Node）-總線上可以編址的設備.2.總線模塊(Bus Modulea)-任何形式的現(xiàn)場節(jié)點，可以使用端子或接插件連接傳感器、閥門、按鈕等各種現(xiàn)場裝置。3.網(wǎng)關(guān)（Gateway）：一種特殊的節(jié)點，用于兩面種不同的總線之間的信號和數(shù)據(jù)變換4.放大器- 一種用于實時（加強）信號，以精確復制原始信號。連接同一總線的兩部分，解決通訊信號在通訊線上由于電氣損耗而造成的衰減。當信號變?nèi)醵蛔冃螘r可以使用放大器。5.中繼器（Repeater）-用于加強信號，產(chǎn)生不變形的新信號。連接同一總線的兩，當信號變?nèi)趸蜃冃螘r可以使用中繼器。6.橋（Bgridge）- 有兩類橋。一種是用于連接同一種協(xié)議，不同傳輸速度的兩個段。另一種是一種智能的中繼器，當通訊的源地址和目的地址位于不同總線段時，用于重復兩個段間的數(shù)據(jù)。橋必須被編程設定地址和相關(guān)的段。當橋讀地址時，要有幾個位的等待時間。橋可以應用于設備級總線，但應用并不普遍。7.路由器（Router）-用于廣域網(wǎng)的高等級橋。這類產(chǎn)品很少應用于設備級總線。8.有源多端口分接器（Active hub）-多端口中繼器或放大器，以增加總線的分支能力。9.接口卡、接口模塊（Interface card,interface module）-指網(wǎng)關(guān)的常用術(shù)語，作為PLC或PC到設備及總線的接口.無線　　
　　總線產(chǎn)品包括：1.T型分支（Tee）-用于產(chǎn)生總線上的一路分支2.無源多端口分接器（Passive hub）-多端口T型分支。3.終端電阻（Terminating Resistor）-安裝在總線的始端和末端的電阻，用于穩(wěn)定和調(diào)整信號。4.總線電纜（Busline）-連接節(jié)點，傳送數(shù)據(jù)的各種電纜。3.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應用 現(xiàn)場總線技術(shù)自推廣以來，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域現(xiàn)場總線的技術(shù)推廣有了三、四年的時間，已經(jīng)或正在應用于冶金、汽車制造、煙草機械、環(huán)境保護、石油化工、電力能源、紡織機械等各個行業(yè)。 應用的總線協(xié)議主要包括 PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、
　　Fieldbus、Interbus_S 等。在汽車行業(yè)，現(xiàn)場總線控制技術(shù)應用的非常普遍，近兩年國內(nèi)新的汽車生產(chǎn)線和舊的生產(chǎn)線的改造，大部分都采用了現(xiàn)場總線的控制技術(shù)。國外設計的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已應用很廣泛，從單機設備到整個生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)，全部采用現(xiàn)場總線的控制方法。而國內(nèi)的應用仍大多集中中生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)、隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和觀念的更新必然會逐步擴展其應用領(lǐng)域。目前，已在汽車行業(yè)應用現(xiàn)場總線控制技術(shù)的項目包括：1.上海通用汽車別克轎車生產(chǎn)線的總裝車間、焊裝車間、發(fā)動機車間、沖壓車間全面采用PROFIBUS-DP協(xié)議，從單臺的沖壓機床、焊接機器人，到生產(chǎn)部件的輸送。2.一汽大眾AUDI C5V6生產(chǎn)線的總裝車間、焊裝車間采用DevicenNet協(xié)議。AB-PLC5作為主控器，現(xiàn)場模塊采用TURCK的現(xiàn)場總線產(chǎn)品。3.張家港牡丹汽車廠涂間諜車間采用PROFIBUS-DP協(xié)議控制車間的自行小車；音間諜車間采用DeviceNet協(xié)議。4.一汽轎車廠紅旗轎車生產(chǎn)線油漆車間滑 5.橇輸送系統(tǒng)的改造采用PROFIBUS-DP協(xié)議。