現場總線（Fieldbus） 是20 世紀80 年代中后期隨著計算機、通信、控制和模塊化集成等技術發展而出現的一門新興技術， 代表自動化領域發展的Zui新階段。現場總線的概念Zui早由歐洲人提出， 隨后北美和南美也都投入巨大的人力、物力開展研究工作， 目前流行的現場總線已達40 多種， 在不同的領域各自發揮重要的作用。關于現場總線的定義有多種。國際電工委員會（IEC） 對現場總線的定義為：現場總線是一種應用于生產現場， 在現場設備之間、現場設備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節點數字通信的技術。現場總線是當今自動化領域發展的熱點之一， 被譽為自動化領域的計算機局域網。它作為工業數據通信網絡的基礎， 溝通了生產過程現場級控制設備之間及其與更高控制管理層之間的聯系。它不僅是一個基層網絡， 而且還是一種開放式、新型全分布式的控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數據通信為主要內容的綜合技術， 因受到世界范圍的關注而成為自動化技術發展的熱點， 并引發自動化系統結構與設備的深刻變革。

現場總線的產生

在過程控制領域中， 從20 世紀50 年代至今， 一直都在使用著一種信號標準， 那就是4 ～20mA 的模擬信號標準。20 世紀70 年代， 數字式計算機被引入到測控系統中， 而此時的計算機提供的是集中式控制處理。20 世紀80 年代， 微處理器在控制領域得到應用， 微處理器被嵌入到各種儀器設備中， 形成了分布式控制系統。在分布式控制系統中， 微處理器被指定一組特定任務， 通信則由一個帶有附屬“網關” 的專有網絡提供， 網關的程序大部分都是由用戶編寫的。

隨著微處理器的發展和廣泛應用， 產生了以IC （集成電路） 代替常規電子線路， 以微處理器為核心， 實施信息采集、顯示、處理、傳輸及優化控制等功能的智能設備。一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數字式智能化儀表產品， 其本身具備了諸如自動量程轉換、自動調零、自校正、自診斷等功能， 還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態報告、趨勢圖等功能。通信技術的發展，促使傳送數字化信息的網絡技術開始得到廣泛應用。與此同時， 基于質量分析的維護管理、與安全相關系統的測試記錄、環境監視需求的增加， 都要求儀表能在當地處理信息， 并在必要時允許被管理和訪問， 這些也使現場儀表與上級控制系統的通信量大增。另外， 從實際應用的角度出發， 控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性、可移植性等方面提出新需求。由此， 導致了現場總線的產生。

現場總線就是用于現場智能化裝置與控制室自動化系統之間的一個標準化的數字式通信鏈路， 可進行全數字化、雙向、多站總線式的信息數字通信， 實現相互操作以及數據共享。

現場總線的主要功能是用于控制、報警和事件報告等工作。現場總線通信協議的基本要求是響應速度和操作的可預測性的Zui優化。現場總線是一個低層次的網絡協議， 在其之上還允許有上級的監控和管理網絡， 負責文件傳送等工作。現場總線為引入智能現場儀表提供了一個開放平臺， 基于現場總線的分布式控制系統———現場總線控制系統（FCS）將是繼DCS 后的又一代控制系統。

現場總線的本質

由于標準并未統一， 所以對現場總線也有不同的定義。但現場總線的本質含義主要表現在以下6 個方面。

1. 現場通信網絡

用于過程以及制造自動化的現場設備或現場儀表互連的通信網絡。

2. 現場設備互連

現場設備或現場儀表是指傳感器、變送器和執行器等， 這些設備通過一對傳輸線互連。

傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等， 并可根據需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質。

3. 互操作性

現場設備或現場儀表種類繁多， 沒有任何一家制造商可以提供一個工廠所需的全部現場設備， 所以， 互相連接不同制造商的產品是不可避免的。用戶不希望為選用不同的產品而在硬件或軟件上花很大氣力， 而希望選用各制造商性能價格比Zui優的產品， 并將其集成在一起， 實現“即接即用”； 用戶希望對不同品牌的現場設備統一組態， 構成所需要的控制回路。這些就是現場總線設備互操作性的含義。現場設備互連是基本的要求， 只有實現互操作性， 用戶才能自由地集成FCS。

4. 分散功能塊

FCS 廢棄了DCS 的輸入/ 輸出單元和控制站， 把DCS 控制站的功能塊分散地分配給現場儀表， 從而構成虛擬控制站。例如， 流量變送器不僅具有流量信號變換、補償和累加輸入模塊， 而且有PID 控制和運算功能塊。調節閥的基本功能是信號驅動和執行， 還內含輸出特性補償模塊， 也可以有PID 控制和運算模塊， 甚至有閥門特性自檢驗和自診斷功能。由于功能塊分散在多臺現場儀表中， 并可統一組態， 因此， 用戶可以靈活選用各種功能塊構成所需的控制系統， 實現徹底的分散控制。

5. 通信線供電

通信線供電方式允許現場儀表直接從通信線上攝取能量， 對于要求本征安全的低功耗現場儀表， 可采用這種供電方式。眾所周知， 化工、煉油等企業的生產現場有可燃性物質， 所有現場設備都必須嚴格遵循安全防爆標準， 現場總線設備也不例外。

6. 開放式互連網絡

現場總線為開放式互連網絡， 它既可與同層網絡互連， 也可與不同層網絡互連， 還可以實現網絡數據庫的共享。不同制造商的網絡互連十分簡便， 用戶不必在硬件或軟件上花太多氣力。通過網絡對現場設備和功能塊統一組態， 把不同廠商的網絡及設備融為一體， 構成統一的FCS。