一文读懂现场总线和工业以太网

2018-01-31 08:31

随着传统制造企业正在加快智能制造转型的进程，工业互联网迅速在全世界范围内兴起。在工业互联网的技术构架中，通过各类通讯方式接入不同设备、系统和产品，来采集海量数据是其重要的一环。本文将介绍工业底层设备的两种通讯方式：现场总线和工业以太网。

认识现场总线

回顾现场总线的发展史可知，现场总线大致出现在上个世纪80年代末到90年代初期，这个时期随着生产规模的日益扩大，工厂的设备有了互联的需求（此阶段的互联需求主要定位于远程的I／O数据传输，以及产线内部不同设备的数据交换），人们希望通过综合掌握多点的运行参数与信息，进而实现多点信息的操作控制。但是这个时候的计算机系统存在系统封闭的缺陷，各个厂家的产品都是自成体系，不同厂商之间的设备不能实现互联互通，想实现更大范围信息共享的网络系统由于当时技术的局限性，存在很多困难。

在实际发展过程中，涌现出了许多著名的现场总线技术，例如基金会现场总线FF、HAPT现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、Devicenet现场总线、INTERBUS现场总线、PROFIBUS现场总线、WorldFIP现场总线、CC－Link现场总线等。这些现场总线具有各自的特点，并形成了特定的应用范围。但是现场总线种类实在是太多了，采用的通讯协议也完全不同，所以至今现场总线的标准也未能统一，最终形成了一个多种现场总线的IEC61158的现场总线标准，网上有挺多这方面的资料，在此不再展开。

关于现场总线我搜索了好多种版本的定义，但无论是百度百科，还是国际电工委员会IEC标准给出的现场总线定义，对于初学者依然是晦涩难懂。直到最近看到一种有关现场总线的通俗解读，才感觉豁然开朗。拿来与大家分享：现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，它遵循ISO／OSI开放系统互联参考模型的全部或部分通信协议。

初学者可以从两方面来认识现场总线：第一，根据工厂自动化信息网络分层结构（工厂管理级、车间监控级、现场设备级），可知现场总线位于生产控制和网络机构底层，是工厂底层设备之间的通信网络。工厂底层应用现场总线技术的好处，在于可以实现工厂信息纵向集成的透明通信，即从管理层到自动化底层的数据存取。

典型的车间自动化架构（图片来源网络）

第二，现场总线是基于ISO／OSI的七层模型，并且可以少于七层。需要指出的是，实际应用中，ISO模型只是一个参考，不同种类的现场总线协议栈有较大区别，通常会将ISO／OSI的七层模型简化，以实现更低的通信延迟、更快的速度、更有利于实现现场总线的实时特性。

ISO／OSI开放系统互联参考模型（图片来源网络）

备注：开放系统互连参考模型（Open System Interconnect 简称OSI）是国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）联合制定的开放系统互连参考模型，为开放式互连信息系统提供了一种功能结构的框架。它从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

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