山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 李曉光，朱琳琳 摘要：文中闡述了現(xiàn)場總線的主要產(chǎn)品及其控制系統(tǒng)的種類和結(jié)構(gòu)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)論述網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 1 前言 現(xiàn)場總線在控制領(lǐng)域嶄露頭角不過是最近幾年，然而其來勢洶涌，且呈愈演愈烈之勢?，F(xiàn)場總線的技術(shù)基礎(chǔ)是一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，是應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線。用現(xiàn)場總線將現(xiàn)場各控制器及儀表設(shè)備互連，構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。 當(dāng)今現(xiàn)場總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，由于現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新，過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS（Fieldbus Control System）系統(tǒng)，已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)。而FCS和DCS的真正區(qū)別在于其現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)，在3C（Computer計(jì)算機(jī)、Control控制、Commcenication通信）技術(shù)的基礎(chǔ)上，大量現(xiàn)場檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場設(shè)備。 2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的種類 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展和市場需求的變化，工業(yè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理控制已經(jīng)成為一種必然趨勢。改善工業(yè)控制系統(tǒng)同樣也需要在不同生產(chǎn)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)高效、可靠、標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)，例如利用USB來實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備與控制主機(jī)的互聯(lián)，利用Ethernet和CAN (Controller Area Network，控制器區(qū)域網(wǎng))建立基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等。為此，引起了許多關(guān)于現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)問題。 2.1 兩種主流總線Profibus和DeviceNet Profibus有全球最多的供貨廠商數(shù)，在國內(nèi)第一個(gè)取得了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/10308.3-2001，國內(nèi)生產(chǎn)Profibus產(chǎn)品的廠商有十多家，并且有能夠進(jìn)行國際認(rèn)證的實(shí)驗(yàn)室。以上情況表明Profibus在國內(nèi)已經(jīng)得到了很好的發(fā)展，并且它目前在國內(nèi)市場占有率也是最高的?？梢灶A(yù)見在未來幾年內(nèi)，Profibus還將在國內(nèi)占主導(dǎo)地位。DeviceNet是現(xiàn)場總線中技術(shù)最成熟的一種，由于DeviceNet的出現(xiàn)比Profibus要晚，現(xiàn)在的供貨商數(shù)在眾多總線中次于Profibus，但是DeviceNet目前占有世界兩個(gè)最大市場美國和日本50%以上的份額。從全球來看每年新增的結(jié)點(diǎn)數(shù)和Profibus不相上下，另外DeviceNet在國內(nèi)第一個(gè)取得了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18858.2-2002。國內(nèi)目前DeviceNet的開發(fā)商大約有7、8家左右，但由于RA對(duì)DeviceNet產(chǎn)品的報(bào)價(jià)遠(yuǎn)高于西門子對(duì)Profibus產(chǎn)品的報(bào)價(jià)，所以大家普遍認(rèn)為DeviceNet沒有價(jià)格優(yōu)勢。 2.2 Lonworks樓宇自動(dòng)化 LONWORKS技術(shù)在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用，其技術(shù)上的優(yōu)勢是顯而易見的： ·直接互聯(lián)性。不同品牌、功能的DDC組成一個(gè)統(tǒng)一控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。 ·自主通訊。數(shù)個(gè)小規(guī)模DDC分布式布置，聯(lián)合運(yùn)行，在功能完全替代了單CPU多I／O點(diǎn)的中大型DDC。 ·網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣化，易于適應(yīng)用戶的不同需求。 ·系統(tǒng)響應(yīng)速度。在合理配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和選擇合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，LONWORKS系統(tǒng)的響應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸率都是較高的。 目前常見的所謂LONWORKS系統(tǒng)按互聯(lián)性大致可分為三類： （1） 采用部分LONWORKS器件的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通常僅在現(xiàn)場總線通訊端口的物理層采用LONWORKS技術(shù)，如采用FTT-10收發(fā)器、TP/XT-10、TP/XF-78網(wǎng)絡(luò)接口等，所以這類系統(tǒng)可與其它LONWORKS系統(tǒng)共享同一條總線，即DDC可掛在一條總線上。這類系統(tǒng)采用主從令牌網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)呼應(yīng)，多數(shù)不具備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊功能。 （2） 采用LONWORKS開發(fā)系統(tǒng)的非LONMARK產(chǎn)品。這類系統(tǒng)通常全套采用了LONWORKS開發(fā)平臺(tái)，而未采用LONMARK協(xié)會(huì)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)變量來定義DDC間的通訊。由于完全采用了LONTALK協(xié)議，通常采用自定義用戶包進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，系統(tǒng)現(xiàn)場總線的通訊效率高，DDC功能強(qiáng)，LONWORKS技術(shù)所有技術(shù)特征除互聯(lián)性外幾乎均能得到充分體現(xiàn)，但由于其網(wǎng)絡(luò)傳輸變量的非標(biāo)準(zhǔn)化，使這類系統(tǒng)在互聯(lián)性上大打折扣，其不符LONMARK規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)變量只能在本系統(tǒng)內(nèi)傳輸，外系統(tǒng)是無法正確接收的。 （3） 完全符合LONMARK規(guī)約的產(chǎn)品。由于LONWORKS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，及廠商大量介入LONMARK領(lǐng)域進(jìn)行二次開發(fā)，如今，即使完全符合LONMARK規(guī)約的產(chǎn)品，其互聯(lián)性也不敢說完全地實(shí)現(xiàn)。目前，LONWORKS系統(tǒng)的DDC基礎(chǔ)編程軟件為Visual Control，Lonbuilder，Neuron C，Visio等，由于各廠商的DDC編程工具不同，DDC通訊連接表征文件也不盡相同，時(shí)有個(gè)別類別的網(wǎng)絡(luò)變量在異系統(tǒng)中無法調(diào)用。當(dāng)然這類問題通過修改連接表征文件或網(wǎng)絡(luò)變量的表達(dá)方式，一般還是能夠解決互聯(lián)性問題的。 LONWORKS系統(tǒng)要有效工作，除了DDC之間的互聯(lián)性外，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式也很重要，特別是LONWORKS現(xiàn)場總線與上一級(jí)高速----網(wǎng)絡(luò)管理總線之間的連接，是LONWORKS系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。LONWORKS作為控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線，其大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要通過上一級(jí)高速網(wǎng)絡(luò)----管理總線來傳送，以解決整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及與管理總線（一般是以太網(wǎng)）之間的數(shù)據(jù)交換和共享?？刂破鲄^(qū)域網(wǎng)(Controller Area Network)CAN現(xiàn)場總線已經(jīng)成為在儀表裝置通訊的新標(biāo)準(zhǔn)。它提供高速數(shù)據(jù)傳送，在短距離(40m)條件下具有高速(1Mbit/s)數(shù)據(jù)傳輸能力，而在最大距離10000m時(shí)具有低速(5kbits/s)傳輸能力，極適合在高速的工業(yè)自控應(yīng)用上。 2.3 CAN總線（Controller Aera Network） CAN總線與其他總線相比有如下特點(diǎn)： ·它是一種多主總線，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)均可成為主機(jī)，且節(jié)點(diǎn)機(jī)之間也可進(jìn)行通信。 ·通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá)1Mbps。 ·CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)判別等項(xiàng)工作。 ·CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成，因此可以定義211或229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接受到相同的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)在分步式控制中非常重要。 · 數(shù)據(jù)段長度最多為8個(gè)字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令，工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時(shí)，8個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間過長，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。 ·CAN協(xié)議采用CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨(dú)特設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)設(shè)備測控單元互連。因此倍受工業(yè)界的重視，并已公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線之一。而且，CAN總線沒有任何組織來管理 (當(dāng)然DeviceNet是基于CAN的)，系統(tǒng)開發(fā)成本極低，特別適用于只有I/O的系統(tǒng)。 2.4 隨PLC進(jìn)行系統(tǒng)配套的兩種常用總線Modbus和CC-link Modbus算是最老的幾種現(xiàn)場總線之一了(當(dāng)然還有HART更老)，經(jīng)過20年的發(fā)展，也培養(yǎng)出了一大批設(shè)備供貨商。因此，國內(nèi)大型項(xiàng)目采用Modbus的實(shí)例比較多。但是，Modbus今后將主要作為Schneider主機(jī)系統(tǒng)的配套，發(fā)展空間相對(duì)較小。 CC-Link是和DeviceNet同時(shí)期推出的一種現(xiàn)場總線。從技術(shù)上看CC-link基本是RS485的改進(jìn)，很多人認(rèn)為CC-link在技術(shù)上首先不夠先進(jìn)。但是不管那種現(xiàn)場總線本來都不是很先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)用和可靠才是最重要的。CC-link由于是基于485開發(fā)的，產(chǎn)品價(jià)格較低同，特別適合485網(wǎng)絡(luò)換網(wǎng)的用戶。 2.5 FF現(xiàn)場總線 FF的名字不能說不好聽，技術(shù)也不能說不先進(jìn)，但是因?yàn)闆]有大廠支持，在國際上始終沒有找到自己的市場。其實(shí)對(duì)于現(xiàn)場總線，事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)才是最重要的，什么是事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，就是誰的市場份額大。國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出不少FF的產(chǎn)品了，因?yàn)镕F產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)候大多都得到了國家的支持。 2.6 HART 在中國也開了不少花，結(jié)了不少果，只是現(xiàn)在提的人少了，HART技術(shù)落后了是不爭的事實(shí)。 3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 國際電工協(xié)會(huì)（IEC）的SP50委員會(huì)對(duì)現(xiàn)場總線有以下三點(diǎn)要求：同一數(shù)據(jù)鏈路上過程控制單元（PCU）、 PLC等與數(shù)字1/ O設(shè)備互連；現(xiàn)場總線控制器可對(duì)總線上的多個(gè)操作站、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等進(jìn)行數(shù)據(jù)存??；通信媒體安裝費(fèi)用較低?，F(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?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(shè)備（即現(xiàn)場級(jí)設(shè)備）與更高層次自動(dòng)控制領(lǐng)域的自動(dòng)化控制設(shè)備（即車間級(jí)設(shè)備）之間的聯(lián)系?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要包括一些實(shí)際應(yīng)用的設(shè)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、智能儀表、人機(jī)界面等。 系統(tǒng)中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通過總線接口對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制。其總線接口，有時(shí)可以稱為掃描器?？梢允欠謩e的卡件，也可以集成于PLC中?？偩€接口作為網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)的信息報(bào)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(shè)為“0”電源，是網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸和接收信息所必需的。通常輸入通道與內(nèi)部芯片所用電源為同一個(gè)電源，習(xí)慣稱為總線電源。而輸出通道使用獨(dú)立的電源，稱為輔助電源。 系統(tǒng)中的輸入輸出節(jié)點(diǎn)雖然有許多不同的類型，但在應(yīng)用中最常用的是24V直流的2線、3線傳感器或機(jī)械觸點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級(jí)，有防水、防塵、抗振動(dòng)等特性，適合于直接安裝在現(xiàn)場。另一個(gè)節(jié)點(diǎn)是端子式節(jié)點(diǎn)，獨(dú)立的輸入/輸出端子塊安裝在DIN導(dǎo)軌上，并連接著一個(gè)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(diǎn)是開放式的結(jié)構(gòu)，其防護(hù)等級(jí)為IP20，它必須安裝在機(jī)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(jì)數(shù)與監(jiān)控模塊。端子式輸入/輸出系統(tǒng)可以獨(dú)立使用也可以結(jié)合使用。而節(jié)點(diǎn)地址連接一個(gè)輔助電源，該電源用于驅(qū)動(dòng)電磁閥和其他的電器設(shè)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(hào)中的噪音。另外大部分總線節(jié)點(diǎn)可以診斷出電器設(shè)備中的短路狀態(tài)并且報(bào)告給主控器，即使發(fā)生短路也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的通訊。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(dú)裝入總線通訊接口，連接到總線系統(tǒng)中。 總線電纜和終端電阻：總線電纜一般分為主干纜和分支電纜。各種總線協(xié)議對(duì)于總線電纜的長度都有所規(guī)定，不同的通訊波特率，對(duì)應(yīng)不同的總線電纜長度。同時(shí)，分支電纜的長度也是有所限制的。網(wǎng)絡(luò)的最后部分是終端電阻。在一些總線系統(tǒng)中，這個(gè)終端電阻只是連接到兩數(shù)據(jù)線的簡單電阻，用來吸收網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸過程中的剩余能量。 3.1現(xiàn)場總線特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(diǎn)包括： · 具有較高的性能價(jià)格比，系統(tǒng)綜合成本及一次性安裝費(fèi)用減少40%。由于導(dǎo)線、連接附件的大幅度的減少，使原來的幾百根，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，所以設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用大幅度地減少，維護(hù)和改造的停工時(shí)間減少60%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計(jì)變得簡單易行；標(biāo)準(zhǔn)接插件快速、簡便的安裝，耗費(fèi)的人力、物力大量減少；強(qiáng)大的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)工作量大幅減少。 · 系統(tǒng)性能大幅度提高?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強(qiáng)大的抗干擾能力，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個(gè)臺(tái)階。許多總線在通訊介質(zhì)、信息檢驗(yàn)、信息糾錯(cuò)、重復(fù)地址檢測等方面都有嚴(yán)格的規(guī)定，從而確?？偩€通訊快速、完全可靠的進(jìn)行。 · 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自動(dòng)診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節(jié)點(diǎn)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(hào)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(hào)就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，避免了信號(hào)的衰減和變形。 · 總線節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級(jí)，具有防水、防塵、抗振動(dòng)的特性?？梢灾苯影惭b于工業(yè)設(shè)備上，大量減少了現(xiàn)場接線箱，使系統(tǒng)可靠性提高。 · 本質(zhì)安全型總線。更加適合直接安裝于石油、化工等危險(xiǎn)防爆場所，減少系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。 · 由于可以將PID功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從DCS的每秒調(diào)節(jié)2～3次增加到每秒調(diào)節(jié)10～20次，從而改善了調(diào)節(jié)性能。 · 由于免除了主機(jī)入口處的瓶頸現(xiàn)象，既可以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，也可使主機(jī)騰出手來從事優(yōu)化等工作以提高效益。 · 組態(tài)簡單，安裝、運(yùn)行、維護(hù)簡便。 · 用戶可以自己擇優(yōu)選擇，達(dá)到最佳集成。 3.2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線拓?fù)浜妥杂赏負(fù)鋬煞N結(jié)構(gòu)： （1）總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。所有站點(diǎn)不需要經(jīng)交換設(shè)備，可直接連接到傳媒體上（即總線），即所有站點(diǎn)共享一條公共的傳輸媒體，任何一個(gè)站點(diǎn)都能在此媒體上發(fā)送傳播，并能被所有站點(diǎn)接收，因?yàn)樗姓军c(diǎn)共享一條公共傳輸媒體，所有在某一時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)能夠發(fā)送，與其他站點(diǎn)的發(fā)送相競爭，故由載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測的媒體訪問控制器來控制?？偩€拓?fù)涫怯梢粭l主干線和若干條分支線及兩個(gè)總線（bus）終端匹配器。 （2）自由拓?fù)涫浇Y(jié)構(gòu) 自由拓?fù)涫浇Y(jié)構(gòu)如圖2所示。其通信信道上只有一個(gè)終端匹配器，通信信道可以是總線星型、環(huán)型和混合型，所有的站點(diǎn)可直接連接到傳輸媒體（環(huán)）上，在環(huán)上循環(huán)地傳輸一個(gè)特定的位串（稱為令牌），獲得令牌的站點(diǎn)才有權(quán)發(fā)送，若無發(fā)送則把令牌傳給下一個(gè)站點(diǎn)。如：Lonworks 支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇不同的收發(fā)器可構(gòu)成星型環(huán)型、樹型、混合型，而尋址由協(xié)議來解決，這樣使得現(xiàn)場互聯(lián)更加靈活。 3.3網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì) 在構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須了解構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì)的特性，正確選擇網(wǎng)絡(luò)的物理介質(zhì)，進(jìn)行最優(yōu)化的布線設(shè)計(jì)、安裝與測試，以使所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)具有高的性能價(jià)格比。網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒體通常采用雙絞線（有屏蔽和無屏蔽）、同軸電纜（細(xì)纜和粗纜）和光纜，而對(duì)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)采用高質(zhì)無屏蔽雙絞線取代同軸電纜時(shí)，有利于解決數(shù)據(jù)高速傳輸，降低線間串?dāng)_和電磁輻射等，并能便于管理系統(tǒng)的擴(kuò)充。因光纜具有保密性強(qiáng)、體積小、重量輕、不怕電磁干擾、通信容量大、通信距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場總線的互聯(lián)網(wǎng)中采用廉價(jià)的塑料光纜是一種性能價(jià)格比高的設(shè)計(jì)方案。但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首要的是根據(jù)所采用現(xiàn)場總線支持的物理介質(zhì)，如：Lonwor-ks支持多種介質(zhì)就是其主要的技術(shù)特點(diǎn)之一，對(duì)于不同的傳輸介質(zhì)的支持是通過收發(fā)器(Transceiver)實(shí)現(xiàn)的，在一個(gè)通信信道上，只能使用相同類型的收發(fā)器產(chǎn)品，才可以直接連接。目前使用較多的收發(fā)器是FTT—10（非總線供電）和LPT—10（總線供電），對(duì)于終端匹配器的使用應(yīng)引起足夠的重視，尤其是在通信電纜比較短時(shí)，若不使用終端匹配器會(huì)使網(wǎng)絡(luò)吞吐率下降20%—30%。終端匹配器的數(shù)量由網(wǎng)絡(luò)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定，總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍有非常大的差異。 3.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是指用于網(wǎng)絡(luò)之間相互溝通、傳輸信息所要共同遵守的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和非專用（標(biāo)準(zhǔn)）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之別?，F(xiàn)場總線通信協(xié)議基本遵照ISO/OSI參考模型，主要實(shí)現(xiàn)第1（物理層）、2（數(shù)據(jù)鏈路層）、7（應(yīng)用層）層功能。OSI模型是建立在七層協(xié)議基礎(chǔ)上，作為一個(gè)起始點(diǎn)以發(fā)展計(jì)算機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)。每層都有一定等級(jí)功能，具有規(guī)定的高層或低層的接口；為提供一定功能通信標(biāo)準(zhǔn)，并不一定所有的層都需要。當(dāng)與很好定義的程序模塊連接時(shí)，該模塊定義了數(shù)據(jù)意義及格式，OSI模塊將提供一個(gè)多賣主相互操作的高水平工具。一個(gè)典型的開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在工業(yè)和商業(yè)的控制系統(tǒng)上，按照布置，所有的開放系統(tǒng)元件，使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議作為本系統(tǒng)語言，無需翻譯，可以相互通信。 物理層采用EIA-RS232、EIA-RS422/RS485等協(xié)議。由于在某些情況下，現(xiàn)場傳感器、變送器要從現(xiàn)場總線“竊取”電能作為它們的工作電源，因此對(duì)總線上數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)度（驅(qū)動(dòng)能力）、傳輸速率、信噪比以及電纜尺寸、線路長度等都提出一定要求。 數(shù)據(jù)鏈路層考慮到現(xiàn)場設(shè)備故障較多，更換頻繁，所以數(shù)據(jù)鏈路層媒體訪問控制多采用受控訪問（包括輪詢和令牌）協(xié)議，通常，各PCU、PLC作為主站，傳感器、變送器等作為從站。另外，須支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和廣播通信方式。 應(yīng)用層解決的是應(yīng)用什么樣的高級(jí)語言（或過程控制語言）作為面向用戶的編程（或組態(tài)）語言的問題，其中包括設(shè)備名稱、網(wǎng)絡(luò)變量與配置（捆綁）關(guān)系，參數(shù)與功能調(diào)用及相關(guān)說明等，一般應(yīng)具有符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形用戶界面（GUI）。 4 以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)的比較 (1) 物理層比較 (2) 介質(zhì)訪問控制方式比較 　　現(xiàn)場總線介質(zhì)訪問控制方式： 　　現(xiàn)場總線的介質(zhì)訪問控制方式要滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的要求，即通信的實(shí)時(shí)性和確定性。確定性指站點(diǎn)每次得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)間隔和時(shí)間是確定的；實(shí)時(shí)性指網(wǎng)絡(luò)分配給站點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間和間隔可以保證站點(diǎn)完成它確定的任務(wù)。 　　目前現(xiàn)場總線技術(shù)采用的介質(zhì)訪問控制方式主要有：令牌、主從、生產(chǎn)者/客戶（producer/consumer）。 　　以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方式： CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)是以太網(wǎng)（或IEEE802.3）采用的介質(zhì)訪問控制方式。 5 結(jié)束語 任何一種現(xiàn)場總線都有各自適合的領(lǐng)域，并且各領(lǐng)域又有各自的都有其特點(diǎn)。有實(shí)力的廠商會(huì)投資很多相關(guān)技術(shù)，例如ABB、Siemens都有自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，市場、技術(shù)是都是導(dǎo)向因素。以太網(wǎng)最終會(huì)進(jìn)入工業(yè)現(xiàn)場，下放到車間層，成為車間層的控制網(wǎng)絡(luò)，而不是以前的純管理網(wǎng)。因此，下一代控制的目標(biāo)是由對(duì)產(chǎn)品的宏觀控制（經(jīng)濟(jì)控制，如成本控制、運(yùn)作控制、質(zhì)量控制、財(cái)資控制）到細(xì)節(jié)控制（如制造控制），即人機(jī)化接口與管理信息系統(tǒng)的極大融合。