摘要：現場總線是現代工業(yè)控制技術的發(fā)展方向，對于現場總線來說，其特點是現場通信、現場設備互聯，具有較好的互操作性，并且功能模塊分散化，同時具有開放式互聯網等。本文通過對現場總線技術，以及通信協議進行仔細分析和研究，對幾種常用的現場總線進行比較，說明了由其構成的工業(yè)控制系統的結構，最后針對CAN總線設計了一種工業(yè)控制系統并強調了在設計中所需注意的問題。

　　關鍵詞：現場總線,工業(yè)控制系統,通信協議,CAN總線

　　1現場總線技術簡介

　　在現場工業(yè)控制技術中，現場總線技術作為一項先進技術，是一種串行、數字式、多點通信的數據總線。工作實踐中，在生產過程區(qū)域的現場設備/儀表和控制室內自動控制裝置/系統之間廣泛安裝現場總線。借助現場總線實現信息的相互交換，進而自動控制功能在一定程度上也得以完成，現場總線往往是從控制室連接到現場設備的雙向全數字通信總線[1]。

　　2現場總線的通信協議

　　如圖1所示，給出了現場總線相應的物理結構。與開放式互連（OSI）參考模型相比，現場總線的物理結構只涉及到物理層、數據鏈路層和應用層，并且每個協議層各自完成功能，在這些層之間報文被解析[2]。

　　在數據鏈路實體中，物理層建立、維護和拆除相應的物理連接。

　　確保數據的完整性這是數據鏈路層的主要功能，何時與誰進行相應的對話等也是通過數據鏈路層來決定的，并且數據鏈路層不解釋傳輸的數據，只負責傳遞物理層和上一層之間數據傳。

　　應用層通常分為兩個子層，其中一個為用戶層提供服務，另一個與數據鏈路層進行連接，其功能主要表現為：對現場總線的命令、響應、數據、以及事件信息等進行控制。

　　在應用層之上就是用戶層，通常情況下，用戶層通常是一些數據和信息查詢軟件等，通過用戶層將通信命令傳送到應用層。

　　3現場總線及其所構成的控制系統

　　3.1常見現場總線的比較

　�、倩�金會現場總線FF。在過程自動化領域基金會現場總線FF應用較為廣泛，可以說基金會現場總線技術具有較好的發(fā)展前景。②CAN總線。對于CAN總線來說支持點對點、一點對多點，以及廣播模式通信等，并且借助優(yōu)先級設定其節(jié)點，在一定程度上各節(jié)點可以隨時發(fā)送信息。在汽車內部測量，以及執(zhí)行部件之間的數據通信協議中，該總線技術應用最早。③Lonworks總線。具備通信和控制功能的Neuron芯片是Lonworks技術的核心。完整的Lonworks的LonTalk通信協議通過Neuron芯片來實現。④PROFIBUS總線。該總線主要包括：PROFIBUS—FMS、PROFIBUS—DP、PROFIBUS—PA。⑤HART總線。該總線作為一種協議，其功能是在現場智能儀表和控制室設備之間進行相應的通信，在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信這是HART總線的特點[3]。

　　3.2現場總線控制系統的構成

　　通常情況下，測量系統、控制系統、管理系統共同構成現場總線控制系統，該系統最有特色的部分是通信部分的硬件和軟件[4]。

　�、贉y量系統。為多變量提供高性能的測量，使測量儀表在一定程度上具有計算能力等這是該系統的特點所在。在該系統中，因為使用了數字信號，所以在一定程度上其分辨率非常高，準確性也較高，并且具有較強的抗干擾和抗畸變能力。②控制系統。通常情況下，軟件是該系統的重要組成部分，維護軟件、組態(tài)軟件、仿真軟件等共同構成控制系統的軟件。③管理系統。設備自身及過程的診斷信息、管理信息、設備運行狀態(tài)信息等往往由該系統提供。

　　4現場總線在工業(yè)控制系統中的應用

　　通常情況下，CAN是一種雙向、半雙工的高速串行通信網絡系統，該系統由物理層（PHY）、數據鏈路層（MAC；LLC）和應用層（APPL）共同構成組成。CAN與Profibus之間相距比較遠[5]。

　　如圖2所示，給出了相應的CAN網絡拓撲結構。根據ISO11898的相關規(guī)定，在信息傳輸媒介方面，CAN采用雙鉸線，在網絡終端阻抗方面，CAN取120Ω±12Ω。傳輸速率通常情況下決定著最大直接通信距離，比較典型的值為：40m時1Mbps；1000m時50kbps。

　　CAN采用非破壞性總線仲裁技術，對媒體按照節(jié)點信息的優(yōu)先級依次進行訪問，在一定程度上滿足實時控制的需要[6]。信息幀傳輸過程中為短幀結構，其優(yōu)點是傳輸時間短，具有較強的抗干擾能力。文獻[7]結合PLC和液壓控制技術，建立了基于CAN總線的多任務協同控制系統。

　　5結論

　　現場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，隨著計算機技術和控制技術的發(fā)展，未來的自動化控制領域將是現場總線及控制網絡的天下。從長遠看，使用現場總線技術，維護費用因智能資產管理而降低，進而減少了設備的庫存。

　　參考文獻：

　　[1]斯可克.基金會現場總線功能模塊原理及應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

　　[2]張士超，儀垂杰，林海波，劉尊民.現場總線的技術特點及應用分析[J].現場總線專欄，2007，10（3）16-31.

　　[3]張興龍.基于現場總線技術的工業(yè)控制系統研究[J].黑龍江造紙，2006（1）：53-54.

　　[4]王維新.現場總線技術的特點及應用[J].西安文理學院學報：自然科學版，2007，10（4）61-65.

　　[5]JoseRufino，PauloVerissimo，GuilhermeArroz.NodefailuredetectionandmembershipinCANELy.Proceedingsofthe2003internationalconferenceonDependableSystemsandNetworks（DSN'03），IEEE，2003（6）：331-340.

　　[6]HeribertoI，CarlosA.AutomationofaroboticarmbyanalyzingtheCANprotocol.Proceedingsofthe14thinter-nationalconferenceonElectronics，CommunicationandComputers，IEEE，2004（2）：2-7.

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