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⑴ 現場匯流排技術的匯流排分類

國際上有40多種現場匯流排，但沒有任何一種現場匯流排能覆蓋所有的應用面，按其傳輸數據的大小可分為3類：感測器匯流排（sensor bus），屬於位傳輸；設備匯流排（device bus），屬於位元組傳輸；現場匯流排，屬於數據流傳輸。 基金會現場匯流排，即Foudation Fieldbus，簡稱FF，這是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發展前景的技術。其前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子Siemens等80家公司制訂的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協議。屈於用戶的壓力，這兩大集團於1994年9月合並，成立了現場匯流排基金會，致力於開發出國際上統一的現場匯流排協議。它以ISO/OSI開放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，並在應用層上增加了用戶層。
基金會現場匯流排分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為 31.25Kbps，通信距離可達 1900m （可加中繼器延長），可支持匯流排供電，支持本質安全防爆環境。H2的傳輸速率為 1Mbps和 2 5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發射，協議符合IEC1158-2標准。其物理媒介的傳輸信號採用曼徹斯特編碼，每位發送數據的中心位置或是正跳變，或是負跳變。正跳變代表0，負跳變代表1，從而使串列數據位流中具有足夠的定位信息，以保持發送雙方的時間同步。接收方既可根據跳變的極性來判斷數據的「1」、「0」狀態，也可根據數據的中心位置精確定位。
為滿足用戶需要，Honeywell、Ronan等公司已開發出可完成物理層和部分數據鏈路層協議的專用晶元，許多儀表公司已開發出符合FF協議的產品，1匯流排已通過a測試和β測試，完成了由 13個不同廠商提供設備而組成的FF現場匯流排工廠試驗系統。2匯流排標准也已經形成。
1996年10月，在芝加哥舉行的ISA96展覽會上，由現場匯流排基金會組織實施，向世界展示了來自40多家廠商的70多種符合FF協議的產品，並將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展台上的FF展品，用醒目的橙紅色電纜，互連為七段現場匯流排演示系統，各展台現場設備之間可實地進行現場互操作，展現了基金會現場匯流排的成就與技術實力。 LonWorks是又一具有強勁實力的現場匯流排技術，它是由美國Ecelon公司推出並由它們與摩托羅拉Motorola、東芝Hitach公司共同倡導，於1990年正式公布而形成的。它採用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協議，採用了面向對象的設計方法，通過網路變數把網路通信設計簡化為參數設置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到2700m（78kbps，雙絞線），支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質，並開發相應的本安防爆產品，被譽為通用控制網路。
LonWorks技術所採用的LonTalk協議被封裝在稱之為Neuron的晶元中並得以實現。集成晶元中有3個8位CPU；一個用於完成開放互連模型中第 1～ 2層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現介質訪問的控制與處理 ；第二個用於完成第3～6層的功能，稱為網路處理器，進行網路變數處理的定址、處理、背景診斷、函數路徑選擇、軟體計量時、網路管理，並負責網路通信控制、收發數據包等；第三個是應用處理器，執行操作系統服務與用戶代碼。晶元中還具有存儲信息緩沖區，以實現CPU之間的信息傳遞，並作為網路緩沖區和應用緩沖區。如Motorola公司生產的神經元集成晶元MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM。
LonWoeks技術的不斷推廣促成了神經元晶元的低成本 （每片價格約 5～9美元），而晶元的低成本又返過來促進了LonWorks技術的推廣應用，形成了良好循環，據Ecelon公司的有關資料，到1996年7月，已生產出 500萬片神經元晶元。
LonWorks公司的技術策略是鼓勵各OEM開發商運用LonWorks技術和神經元晶元，開發自己的應用產品，已有2600多家公司在不同程度上捲入了LonWorks技術：1000多家公司已經推出了LonWorks產品，並進一步組織起LonWark互操作協會，開發推廣LonWorks技術與產品。它被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統、辦公設備、運輸設備、工業過程式控制制等行業。為了支持LonWorks與其它協議和網路之間的互連與互操作，該公司正在開發各種網關，以便將LonWorks與乙太網、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統。
另外，在開發智能通信介面、智能感測器方面，LonWorks神經元晶元也具有獨特的優勢。LonWorks技術已經被美國暖通工程師協會ASRE定為建築自動化協議BACnet的一個標准。根據剛剛收到的消息，美國消費電子製造商協會已經通過決議，以LonWorks技術為基礎制定了EIA-709標准。
這樣，LonWorks已經建立了一套從協議開發、晶元設計、晶元製造、控制模塊開發製造、OEM控制產品、最終控制產品、分銷、系統集成等一系列完整的開發、製造、推廣、應用體系結構，吸引了數萬家企業參與到這項工作中來，這對於一種技術的推廣、應用有很大的促進作用。 Profibus是作為德國國家標准DIN 19245和歐洲標准prEN 50170的現場匯流排。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用於分散外設間的高速傳輸，適合於加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規范，適用於紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化，而PA型則是用於過程自動化的匯流排類型，它遵從IEC1158-2標准。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它採用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，由這兩部分形成了其標准第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數據連接擬合作為用戶介面，FMS型只隱去第3～6層，採用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標准還處於制定過程之中，其傳輸技術遵從IEC1158-2 （1 ）標准，可實現匯流排供電與本質安全防爆。
Porfibus支持主—從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對匯流排的控制權，可主動發送信息。對多主站系統來說，主站之間採用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規定的時間內擁有匯流排控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環一周的最長時間。按Profibus的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發送或索取信息，實現點對點通信。主站可採取對所有站點廣播 （不要求應答）或有選擇地向一組站點廣播。
Profibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個站點。 CAN是控制網路Control Area Network的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用於汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其匯流排規范現已被ISO國際標准組織制訂為國際標准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應用在離散控制領域。
CAN協議也是建立在國際標准組織的開放系統互連模型基礎上的，不過，其模型結構只有3層，只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和頂上層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線，通信速率最高可達 1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達 1 0km/kbps，可掛接設備最多可達 110個。
CAN的信號傳輸採用短幀結構，每一幀的有效位元組數為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能以切斷該節點與匯流排的聯系，使匯流排上的其它節點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。
CAN支持多主方式工作，網路上任何節點均在任意時刻主動向其它節點發送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發送數據。它採用匯流排仲裁技術，當出現幾個節點同時在網路上傳輸信息時，優先順序高的節點可繼續傳輸數據，而優先順序低的節點則主動停止發送，從而避免了匯流排沖突。
已有多家公司開發生產了符合CAN協議的通信晶元，如Intel公司的 82 52 7，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82 C2 50等。還有插在PC機上的CAN匯流排介面卡，具有介面簡單、編程方便、開發系統價格便宜等優點。 HART是Highway Addressable Remote Transer的縮寫。最早由Rosemout公司開發並得到80多家著名儀表公司的支持，於1993年成立了HART通信基金會。這種被稱為可定址遠程感測高速通道的開放通信協議，其特點是現有模擬信號傳輸線上實現數字通信，屬於模擬系統向數字系統轉變過程中工業過程式控制制的過渡性產品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較好的發展。
HART通信模型由3層組成 ：物理層、數據鏈路層和應用層。物理層採用FSK(Frequency Shift Keying）技術在4～20mA模擬信號上迭加一個頻率信號，頻率信號採用Bell202國際標准；數據傳輸速率為1200bps，邏輯0的信號頻率為2200Hz，邏輯1的信號傳輸頻率為 1200Hz。
數據鏈路層用於按HART通信協議規則建立HART信息格式。其信息構成包括開頭碼、顯示終端與現場設備地址、位元組數、現場設備狀態與通信狀態、數據、奇偶校驗等。其數據位元組結構為1個起始位，8個數據位，1個奇偶校驗位，1個終止位。應用層的作用在於使HART指令付諸實現，即把通信狀態轉換成相應的信息。它規定了一系列命令；按命令方式工作。它有 3類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設備理解、執行的命令；第二類稱為一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現場設備 （盡管不是全部 ）中實現，這類命令包括最常用的現場設備的功能庫；第三類稱為特殊設備命令，以便在某些設備中實現特殊功能，這類命既可以在基金會中開放使用，又可以為開發此命令的公司所獨有。在一個現場設備中通常可發現同時存在這3類命令。HART支持點對點主從應答方式和多點廣播方式。按應答應方式工作時的數據更新速率為2～3次/s，按廣播方式工作時的數據更新速率為 3～4次 /s，它還可支持兩個通信主設備。匯流排上可掛設備數多達 15個，每個現場設備可有256個變數，每個信息最大可包含4個變數。最大傳輸距離3000m，HART採用統一的設備描述語言DDL。現場設備開發商採用這種標准語言來描述設備特性，由HART基金會負責登記管理這些設備描述並把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術，來理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開發專用介面。但由於這種模擬數字混信號制，導致難以開發出一種能滿足各公司要求的通信介面晶元。HART能利用匯流排供電，可滿足本安防爆要求。 盡管RS-485不能稱為現場匯流排，但是作為現場匯流排的鼻祖，還有許多設備繼續沿用這種通訊協議。採用RS-485通訊具有設備簡單、低成本等優勢，仍有一定的生命力。以RS-485為基礎的OPTO-22命令集等也在許多系統中得到了廣泛的應用。