现场总线技术概况

1. 现场总线的概念

传统仪表(传感器、变送器)的输出信号长期以来采用4~20mA模拟信号标准，现场各个测量点的仪表必须将4~20mA的模拟信号通过信号线送到控制室，每一路信号都要使用一对信号线，各路模拟信号之间必须有良好的隔离措施。由于现场有大量的信号连接，仪表的种类、型号又各不相同，信号回路的保护隔离必须非常严格。由于接线不良引起的误差无法自动检测，信号线的长度也受到限制，因此难以满足上层系统对现场仪表的信息要求。

随着大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，微处理机芯片的功能不断提高。将这种微处理机芯片嵌入到各种设备、仪表中，与它们合成一体，一方面加强设备、仪表的功能处理能力(如就地控制、操作、显示功能)，另一方面可以通过通信接口实现与外界通信因而使设备、仪表智能化。与传统仪表相比，可以对量程和零点进行远程设定，具有仪表工作状态自诊断功能，能进行多参数测量并对环境影响实现自动补偿，深受用户欢迎。智能化现场仪表的出现，很自然地要求与上层系统实现数字通信，于是现场总线技术应运而生。

根据国际电工委员会和现场总线基金会的定义，“现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络”。

2. 现场总线的特点

现场总线控制技术，是目前计算机控制系统中的最新技术。概括起来，现场总线技术具有如下一些特点：

(1) 以数字信号取代4~20mA模拟信号，过去每一路模拟信号都需要一对信号线的传统方式被一对现场总线所代替，节约了大量信号电缆，简化了仪表信号线的布线工作，降低了电缆安装、保养费用；而且，传输信号的数字化使得检错、纠错手段得以实现，这又极大地提高了信号转换精度和可靠性。因此，现场总线具有很高的性能价格比。

(2) 现场总线把处于设备现场的智能仪表(智能传感器、智能执行器)连成网络，使控制、报警、趋势分析等功能分散到现场级仪表，必将使控制结构进一步分散，导致控制系统体系结构的变化。

(3) 符合同一现场总线标准的不同厂家的仪表、装置可以联网，实现互操作，不同标准通过网关或路由器也可互联，现场总线控制系统是一个开放式系统。

3. 现场总线的种类

目前国际上流行的现场总线有40多种。应用于建筑智能化系统的现场总线控制技术，在国际上流行的通常有LonWorks和 BACnet两个现场总线标准。在国内也有应用CAN总线的，如浙大中控推出的OptiSYS楼宇控制系统。

其中LonWorks是由美国Echelon公司开发研制的，LonWorks技术的通信协议称为LonTalk。该通信协议包含ISO/OSI中所有七层网络协议，并固化在LonWorks产品中，即Smart I／O模块中的神经元芯片中。LonWorks技术使互操作性变成即插即用的具体手段，LonWorks常被设计用于实时控制应用，涉及领域非常宽，包括工业过程控制、工厂自动化、交通运输，以及智能建筑自动化等。由于采用了LonWorks技术使得未来的控制进一步分散，实现现场总线的联网控制。