关于现场总线发展及相关协议

现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、P-Net、FIP、ISP等，较流行的有5种，分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks。

PART 01   HART

(Highway Addressable Remote Tranducer可寻址远程传感器数据通路)美国Rosemount公司1985年推出，主要应用于智能变送器。HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，通过在4-20mA电源信号线上叠加不同频率的正弦波来传送数字信号，从而保证了数字系统和传统模拟系统的兼容性。经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。

HART采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。但由于这种模拟数字混合信号制，导致难以开发出一种能满足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆要求，并可组成由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。

PART 02   Profibus现场总线

它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准，是一种国际化、开放式，不依赖于设备生产商的现场总线标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用OSI模型的物理层、数据链路层。

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络(Open System Interconnection-OSI)作为参考模型的。该模型共有七层。

(1)PROFIBUS-DP：定义了第一.二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。

(2)PROFIBUS-FMS：定义了第一.二.七层，应用层包括现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification - FMS)和低层接口(Lower Layer Interface - LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。

(3) PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。( 注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三-六层末使用，第七层为应用层)

PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

PART 03   基金会现场总线(foundation fieldbus)

在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团或组织，通过不断的竞争，到1994年在国际上基本上形成了两大阵营，一个以Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议;另一个以Honeywell公司为首，联合欧洲150家公司制订的World FIP协议。

这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会(Fieldbus Foundation,FF)，致力于开发国际上统一的现场总线协议。FF的体系结构参照ISO/OSI模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层，另外增加了用户层。FF提供两种物理标准：H1和H2。H1为用于过程控制的低速总线，速率为31.25kbps,传输距离为200m、400m、1200m和1900m四种。

H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、同轴电缆和光纤，协议符合IEC1158-2标准。

PART 04   LonWork(Local Operating Network局部操作网)

是由美国Echelon公司于1990年正式推出的。它采用ISO/OSI模型的全部7层协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为1.5Mbps,传输距离为2700m，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等。采用的LonTalk协议被封装在Neuron芯片中，内含三个8位微处理器，一个负责介质访问控制，一个负责网络处理，一个负责应用处理。

PART 05   控制局域网(Control Area Network，CAN)

最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。CAN结构模型取ISO/OSI模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链路层和应用层。通信速率最高可达1Mbps，通信距离最远可达10000m。物理传输介质可支持双绞线，最多可挂接设备110个。CAN在我国的应用较早，我国华控技术公司基于CAN协议开发了SDS智能分布式系统;和利时公司开发的HS2000系统的内部网络就是应用CAN。

编辑：黄飞