【正文】 采用同一根傳輸電纜實現(xiàn)數(shù)據傳送和現(xiàn)場儀表 /裝置的供電。 （ 2）相容共存、拓寬應用范圍 與前幾年出現(xiàn)的各種現(xiàn)場總線都企圖獨霸天下的格局不同，現(xiàn)今許多廠商都致力于使自己的產品可以接納不同種類的總線信號。 （３）為成為國際標準而努力 目前， CAN 已成為 ISO 的現(xiàn)場總線國際標準ISO11898， AS— I 已成為 IEC 標準 IEC947— 5— 2/D。另外有幾種現(xiàn)場總線 正在為成為國際現(xiàn)場總線標準而努力。當然，工業(yè)自動化通信標準的統(tǒng)一可能還需要一個過程，在今后相當長的一段時間內將是多種總線并存的局面。 總之，現(xiàn)場總線屬于尚在發(fā)展之中的技術，我國在這以技術領域還剛剛起步，了解國際上該項技術的現(xiàn)狀與發(fā)展方向，對我國相關行業(yè)的發(fā)展，對自動化技術、設備更新無疑具有重要的作用?？傮w說來，自動化系統(tǒng)與設備將朝著現(xiàn)場網絡集成自動化體系結構的方向前進，這一發(fā)展趨勢是肯定的。 四、現(xiàn)場總線在國際上對儀表和系統(tǒng)帶來的影響 1．儀表智能化 儀表是系統(tǒng)的基礎。微處理機引入現(xiàn)場儀表，促進了儀表的智能 化和功能多樣化，現(xiàn)場總線的智能化儀表不再是基于現(xiàn)場總線的硬件、軟件的結合體。現(xiàn)場總線規(guī)范是智能儀表開發(fā)者的共同準則，符合同一現(xiàn)場規(guī)范的智能儀表是可互聯(lián)的。 2．傳輸數(shù)字化 自動化技術、微電子技術、計算機技術和通信技術的結合，導致 DCS 的發(fā)展和廣泛應用。在 DCS 中，現(xiàn)場設備與監(jiān)控級設備的連接、監(jiān)控級設備和管理級設備的連接都是通過數(shù)字通信系統(tǒng)完成，但 DCS 與現(xiàn)場儀表的連接仍然是 4~20mA 的模擬信號?，F(xiàn)場總線使系統(tǒng)最底層傳輸聯(lián)絡數(shù)字化，從而使自動化系統(tǒng)傳輸實現(xiàn)全數(shù)字化。 3．系統(tǒng)開放化 ? 采用國際標準，通過標 準化促進開放化。采用現(xiàn)場總線完成底層通信，遵循開放系統(tǒng)互聯(lián) OSI 參考模型。 ? 系統(tǒng)底層以智能變送器和智能執(zhí)行器為基礎，系統(tǒng)上位以 PC 機為基礎。功能模塊、監(jiān)控、資源管理等軟件是系統(tǒng)軟件平臺的關鍵。 ? 通過網橋、網關進行不同總線系統(tǒng)的互聯(lián)，可更大地發(fā)揮各種總線資源的優(yōu)勢，滿足用戶的要求。 ? 增強系統(tǒng)的冗余和故障診斷與容錯功能，進一步提高系統(tǒng)可靠性、安全性。 “開放系統(tǒng)”是一種新的系統(tǒng)結構，它以一種標準或約定規(guī)范系統(tǒng)部件的接口、通信和外部連接。企業(yè)通過開放式結構可將不同廠商制造的儀表、裝置進行集成。 4．應 用綜合化 綜合自動化（ CIMS）是當代自動化發(fā)展的方向，它將過程控制與企業(yè)調度、管理、經營和決策有機的集成，這種集成已經從單項的局部集成向多項綜合集成發(fā)展，從而可以提高企業(yè)的整體效益。現(xiàn)場總線智能化儀表與開放化系統(tǒng)是綜合自動化最有效的裝備。 五、現(xiàn)場總線的基本設備 現(xiàn)場總線的節(jié)點設備稱為現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表，節(jié)點設備的名稱及功能隨應用的企業(yè)而定。用于過程自動化構成 FCS 的基本設備如下： 變送器：常用的變送器有溫度、壓力、流量、物位和分析五大類，每類又有多個品種。變送器既有檢測、變換和補償功能，又有 PID 控制和 運算功能。 執(zhí)行器：常用的執(zhí)行器有電動、氣動二大類，每類又有多個品種。執(zhí)行器的基本功能是信號驅動和執(zhí)行，還內含調節(jié)閥輸出特性補償、 PID 控制和運算等功能，另外有閥門特性自校驗和自診斷的功能。 服務器和網橋：服務器下接 Hub、上接 LAN，網橋連接在 Hub 之間。 輔助設備：總線電源、便攜式編程器等。 監(jiān)控設備：工程師實行現(xiàn)場總結組態(tài)，操作員實行工藝操作與監(jiān)視，計算機站用于優(yōu)化控制和建模。 控制網絡 控制網絡是包括現(xiàn)場總線的更廣泛的概念和技術?？刂凭W絡技術源于計算機網絡技術，與一般的信息網絡有許多相 同之處。但又有一些差異和獨特的地方。 由于控制系統(tǒng)特別強調可靠性和實時性，因此，應用于控制的數(shù)據通信不同于一般電信網的通信。也不同于信息技術中一般計算機網絡的通信。控制網絡數(shù)據通信以引發(fā)物質或能量的運動為最終目的。用于控制的數(shù)據通信系統(tǒng)上要求如下： 1）允許對實時響應的事件進行驅動通信。 2）具有很高的數(shù)據完整性。 3）在電磁干擾和有地電位差環(huán)境下能正常工作。 4）使用專用的通信網等。 從工業(yè)自動化與信息化層次模型來說，控制網絡可分為面向設備的現(xiàn)場總線控制網絡和面向自動化的主干控制網絡。在主干控制網絡中，現(xiàn) 場總線作為主干控制網絡的一個接人節(jié)點。從發(fā)展的角度看，設備層和自動化層也可以合二為一，從而形成一個統(tǒng)一的控制網絡層。 三種總線的介紹 CAN總線 CAN 是控制器局域網絡 (Controller Area Network, CAN)的簡稱，是由研發(fā)和生產汽車電子產品著稱的 德國 BOSCH 公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準（ ISO118?8）。是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總 線之一。 在北美和 西歐 ， CAN 總線協(xié)議已經成為 汽車計算機控制系統(tǒng) 和嵌入式工業(yè)控制局域網的標準總線，并且擁有以 CAN 為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設計的 J1939 協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽 車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境 CAN 是 Controller Area Network 的縮寫（以下稱為 CAN），是 ISO國際標準化的 串行通信協(xié)議 。在當前的汽車產業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要 求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應 “ 減少線束的數(shù)量 ” 、 “ 通過多個 LAN，進行大量數(shù)據的高速通信 ” 的需要， 1986 年德國電氣商 博世 公司開發(fā)出面向汽車的 CAN 通信協(xié)議。此后， CAN 通過 ISO11898 及 ISO11519 進行了標準化，現(xiàn)在在歐洲 已是汽車網絡的標準協(xié)議。 現(xiàn)在， CAN 的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等方面?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一 ,被譽為自動化領域的 計算機局域網 。它的出現(xiàn)為 分布式控制系統(tǒng) 實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據通信提供了強有力的技術支持。 CAN總線優(yōu)勢 CAN 屬于現(xiàn)場總線的范疇 ,它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。較之目前許多 RS485 基于 R 線構建的分布式控制系統(tǒng)而言 , 基于 CAN 總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性： 網絡各節(jié)點之間的數(shù)據通信實時性強 首先 ,CAN 控制器工作于多主方式 ,網絡中的各節(jié)點都可根據總線訪問優(yōu)先權(取決于報文 標識符 )采用無損結構的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據 ,且 CAN協(xié)議廢除了站地址編碼 ,而代之以對通信數(shù)據進行編碼 ,這可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據 ,這些特點使得 CAN 總線構成的網絡各節(jié)點之間的數(shù)據通信實時性強 ,并且容易構成冗余結構 ,提高 系統(tǒng)的可靠性 和系統(tǒng)的靈活性。而利用 RS485 只能構成主從式結構系統(tǒng) ,通信方式也只能以主站輪詢的方式進行 ,系統(tǒng)的實時性、可靠性較差 。 縮短了開發(fā)周期 CAN 總線通過 CAN收發(fā)器接口芯片 82C250 的兩個輸出端 CANH 和 CANL 與物理總線相連 ,而 CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài) ,CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會在出現(xiàn)在 RS485網絡中的現(xiàn)象 ,即當系統(tǒng)有錯誤 ,出現(xiàn)多節(jié)點同 時向總線發(fā)送數(shù)據時 ,導致總線呈現(xiàn)短路 ,從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且 CAN節(jié)點 在錯誤嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能 ,以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響 ,從而保證不會出現(xiàn)象在網絡中 ,因個別節(jié)點出現(xiàn)問題 ,使得總線處于 “ 死鎖 ” 狀態(tài)。而且 ,CAN 具有的完善的通信協(xié)議可由 CAN 控制器 芯片及其接口芯片來實現(xiàn) ,從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度 ,縮短了開發(fā)周期 ,這些是僅有電氣協(xié)議的RS485 所無法比擬的。 已形成國際標準的現(xiàn)場總線 另外 ,與其它現(xiàn)場總線比較而言 ,CAN 總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現(xiàn)場總線。這些也是目前 CAN 總線應用于眾多領域 ,具有強勁的市場競爭力的重要原因。 最有前途的現(xiàn)場總線之一 CAN 即控制器局域網絡 ,屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比 ,CAN 總線的數(shù)據通信具有突出的可靠性、實時性和靈 活性。由于其良好的性能及獨特的設計 ,CAN 總線越來越受到人們的重視。它在汽車領域上的應用是最廣泛的 ,世界上一些著名的汽車制造廠商 ,如 BENZ(奔馳 )、 BMW(寶馬 )、 PORSCHE(保時捷 )、 ROLLSROYCE(勞斯萊斯 )和 JAGUAR(美洲豹 )等都采用了 CAN總線來實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據通信。同時 ,由于 CAN 總線本身的特點 ,其應用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè) ,而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領域發(fā)展。 CAN 已經形成國際標準 ,并已被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。其典型的應用協(xié)議有： SAE J1939/ISO1178 CANOpen、 CANaerospace、 DeviceNet、NMEA 20xx 等。 CAN總線的產生與發(fā)展 控制器局部網（ CAN－ CONTROLLER AREA NETWORK）是 BOSCH 公司為現(xiàn)代汽車應用領先推出的一種多主機局部網，由于其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)自動化、多種控制設備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。控制器局部網將在我國迅速普及推廣。 隨著計算機硬件、軟件技術及集成電路技術的迅速發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，并取得了巨大進步。由于對 系統(tǒng)可靠性 和靈活性的高要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為：控制面向多元化，系統(tǒng)面向分散化，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。 分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機為核心，將 5C 技術 COMPUTER（計算機技術）、 CONTROL（ 自動控制技術 ）、COMMUNICATION（通信技術）、 CRT（顯示技術）和 CHANGE（轉換技術）緊密結合的產物。它在適應范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型 計算機控制系統(tǒng) 都具有明顯的優(yōu)越性。 典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設備、接口與計算設備以及通信設備組成?，F(xiàn)場總線（ FIELDBUS）能同時滿足過程控制和 制造業(yè)自動化 的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據總線領域中最為活躍的一個領域?，F(xiàn)場總線的研究與應用已成為工業(yè)數(shù)據總線領域的熱點。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，但現(xiàn)場總線的高性能價格必將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時，正由于現(xiàn)場總線的標準尚未統(tǒng)一，也使得現(xiàn)場總線的應用得以不拘一格地發(fā)揮，并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據?？刂破骶植烤W CAN（ CONTROLLER AERANETWORK）正是在這種背景下應運而生的。 由于 CAN 為愈來愈多不同領域采用和推廣，導 致要求各種應用領域通信報文的標準化。為此， 1991 年 9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS 制訂并發(fā)布了 CAN 技術規(guī)范（ VERSION ）。該技術規(guī)范包括 A 和 B兩部分。 給出了曾在 CAN 技術規(guī)范版本 中定義的 CAN 報文格式，能提供 11 位地址；而 給出了標準的和擴展的兩種報文格式，提供 29 位地址。此后， 1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運載工具 數(shù)字信息交換 高速通信控制器局部網（ CAN）國際標準（ ISO11898），為控制器局部網標準化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。 CAN總線特點 CAN 總線是德國 BOSCH 公司從 80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據交換而開發(fā)的一種串行 數(shù)據通信協(xié)議 ，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達 1MBPS。 完成對通信數(shù)據的成幀處理 CAN總線通信接口中集成了 CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據的 成幀 處理，包括位填充、數(shù)據塊編碼、 循環(huán)冗余檢驗 、優(yōu)先級判別等項工作。 使網絡內的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制 CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對通信數(shù)據塊進行編碼。采用這種方法的優(yōu)點可使網絡內的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制，數(shù)據塊的標識碼可由 11 位或 29 位二進制 數(shù)組成，因此可以定義 2 或 2 個不同的數(shù)據塊，這種按數(shù)據塊編碼的方式，還可使不同的節(jié)點同時接收到相同的數(shù)據，這一點在分布式控制系統(tǒng)中非常有用。數(shù)據段長度最多為 8 個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據的一般要求。同時， 8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。 CAN協(xié)議采用 CRC 檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據通信的可靠性。 CAN卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連，因此，越來越受到工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。 可在各節(jié) 點之間實現(xiàn)自由通信 CAN總線采用了多主競爭式總線結構，具有多主站運行和分散仲裁的