现场总线（Fieldbus） 是20 世纪80 年代中后期随着计算机、通信、控制和模块化集成等技术发展而出现的一门新兴技术， 代表自动化领域发展的最新阶段。现场总线的概念最早由欧洲人提出， 随后北美和南美也都投入巨大的人力、物力开展研究工作， 目前流行的现场总线已达40 多种， 在不同的领域各自发挥重要的作用。关于现场总线的定义有多种。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， 在现场设备之间、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。现场总线是当今自动化领域发展的热点之一， 被誉为自动化领域的计算机局域网。它作为工业数据通信网络的基础， 沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅是一个基层网络， 而且还是一种开放式、新型全分布式的控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的综合技术， 因受到世界范围的关注而成为自动化技术发展的热点， 并引发自动化系统结构与设备的深刻变革。

现场总线的产生

在过程控制领域中， 从20 世纪50 年代至今， 一直都在使用着一种信号标准， 那就是4 ～20mA 的模拟信号标准。20 世纪70 年代， 数字式计算机被引入到测控系统中， 而此时的计算机提供的是集中式控制处理。20 世纪80 年代， 微处理器在控制领域得到应用， 微处理器被嵌入到各种仪器设备中， 形成了分布式控制系统。在分布式控制系统中， 微处理器被指定一组特定任务， 通信则由一个带有附属“网关” 的专有网络提供， 网关的程序大部分都是由用户编写的。

随着微处理器的发展和广泛应用， 产生了以IC （集成电路） 代替常规电子线路， 以微处理器为核心， 实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品， 其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能， 还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能。通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。与此同时， 基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加， 都要求仪表能在当地处理信息， 并在必要时允许被管理和访问， 这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。另外， 从实际应用的角度出发， 控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此， 导致了现场总线的产生。

现场总线就是用于现场智能化装置与控制室自动化系统之间的一个标准化的数字式通信链路， 可进行全数字化、双向、多站总线式的信息数字通信， 实现相互操作以及数据共享。

现场总线的主要功能是用于控制、报警和事件报告等工作。现场总线通信协议的基本要求是响应速度和操作的可预测性的最优化。现场总线是一个低层次的网络协议， 在其之上还允许有上级的监控和管理网络， 负责文件传送等工作。现场总线为引入智能现场仪表提供了一个开放平台， 基于现场总线的分布式控制系统———现场总线控制系统（FCS）将是继DCS 后的又一代控制系统。

现场总线的本质

由于标准并未统一， 所以对现场总线也有不同的定义。但现场总线的本质含义主要表现在以下6 个方面。

1. 现场通信网络

用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。

2. 现场设备互连

现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等， 这些设备通过一对传输线互连。

传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等， 并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。

3. 互操作性

现场设备或现场仪表种类繁多， 没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部现场设备， 所以， 互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户不希望为选用不同的产品而在硬件或软件上花很大气力， 而希望选用各制造商性能价格比最优的产品， 并将其集成在一起， 实现“即接即用”； 用户希望对不同品牌的现场设备统一组态， 构成所需要的控制回路。这些就是现场总线设备互操作性的含义。现场设备互连是基本的要求， 只有实现互操作性， 用户才能自由地集成FCS。

4. 分散功能块

FCS 废弃了DCS 的输入/ 输出单元和控制站， 把DCS 控制站的功能块分散地分配给现场仪表， 从而构成虚拟控制站。例如， 流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入模块， 而且有PID 控制和运算功能块。调节阀的基本功能是信号驱动和执行， 还内含输出特性补偿模块， 也可以有PID 控制和运算模块， 甚至有阀门特性自检验和自诊断功能。由于功能块分散在多台现场仪表中， 并可统一组态， 因此， 用户可以灵活选用各种功能块构成所需的控制系统， 实现彻底的分散控制。

5. 通信线供电

通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量， 对于要求本征安全的低功耗现场仪表， 可采用这种供电方式。众所周知， 化工、炼油等企业的生产现场有可燃性物质， 所有现场设备都必须严格遵循安全防爆标准， 现场总线设备也不例外。

6. 开放式互连网络

现场总线为开放式互连网络， 它既可与同层网络互连， 也可与不同层网络互连， 还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络互连十分简便， 用户不必在硬件或软件上花太多气力。通过网络对现场设备和功能块统一组态， 把不同厂商的网络及设备融为一体， 构成统一的FCS。