1.1 现场总线

现场总线是智能装备从单机生产到连线生产的一个重要技术阶段，今天，总线已经普遍应用于各个装备制造领域，我们有必要将其进行横向比较，并对其纵向的发展进行梳理，以便为机器开发者提供适应性的网络选择。

1.1.1 现场总线技术的发展

国际电工委员会IEC对现场总线的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。

现场总线是随着微处理器技术的发展而快速发展的，随着各种微处理器在仪器仪表、现场控制单元中的使用，形成了分布式控制结构。每个现场设备具有其智能性，同时为了有效地互联，进而发挥协同的控制效应，总线被引入生产系统。

1.1.2 现场总线产生的需求

机器与系统的控制需求在不断地发生着变化，更为高效的生产系统需要通过互联来降低机器各个单元之间的停顿，以便形成连续的生产系统，这也使得现场总线得到了快速的发展。然而，这也引起了人们对于现场总线技术互联的困惑，因为不同的自动化公司开发了不同的现场总线，如SIEMENS开发了Profibus DP，Rockwell AB开发了DeviceNet，Rexroth开发了SERCOS用于其运动控制的连接，Bosch开发了CAN总线，三菱开发了CC-Link，Emerson有Fieldbus Foundation、HSE、Interbus，Modicon开发了Modbus等，这些不同的现场总线造成了不同的系统之间仍然无法进行相互连接。

各个主流现场总线如CAN、Profibus、DeviceNet等已经存在超过20年，其主要的性能、特点的总结如表1-1所示。

表1-1 几种现场总线之间的比较

（1）机器控制对于总线的性能需求

概括而言，现场总线技术应用的起源更多在FCS、DCS概念下的过程控制领域，究其原因，DCS和FCS概念均是为了连续型生产而设计，其需求有着显著的特点。

1）实时控制的需求更为迫切。

不同于过程控制的温度、液位、压力、流量测量与控制，机器控制更多地使用光电、运动速度、位置、扭矩、张力等快速变化量来完成，因此，要求其响应能力比过程控制更快。

例如：对于高速凹版印刷机组、机器人等控制，其循环周期往往低至200μs，甚至可能更低。

2）网络延时对于控制质量的影响。

由于极高的运动速度，如全轮转新闻纸印刷机，其印刷速度甚至达到1000m/min，这一速度对于控制而言，1μs的延时意味着控制质量已经超出了0.1mm的印刷精度需求。

3）数据容量的需求。

当前机器控制对于伺服驱动的应用越来越多，一台机器甚至可以运用超过100个伺服轴，并为实现更丰富的功能，需要对驱动器的大量参数进行采样，这使得网络数据量较之以往更大，对于100个伺服轴的网络，仅就位置、速度、电流这些基本参数的传输就会产生上千字节的数据传输需求。

（2）机器控制对于网络的功能性需求

1）热插拔。

为了让机器在运行期间能够对其中的组件如I/O、驱动进行检测，需要PLC的I/O支持热插拔。同样，总线网络也要对于热插拔提供支持，而不会被认为是网络中断。

2）直接交叉通信需求。

这些对于多CPU的通信而言是较为高效的数据交换方式，或者对于多个伺服轴的同步控制而言，交叉通信意味着数据无需被主站处理，而仅在从站间自主传输并计算，这就适应了智能驱动控制、智能控制单元的应用需求。

这些性能和功能的需求对于机器控制而言是更为迫切的，传统的现场总线和正在发展的实时以太网技术均可以从多个角度为此提供支持。