现场总线的基础是数字通信， 通信就必须有协议。从这个意义上讲， 现场总线就是一个定义了硬件接口和通信协议的标准。guojibiaozhun化组织（ISO） 的开放系统互联（OSI） 协议，是为计算机互联网而制定的七层参考模型， 它对任何网络都是适用的， 只要网络中所要处理的要素是通过共同的路径进行通信的。目前， 各个公司生产的现场总线产品没有一个统一的协议标准， 但是各公司在制定自己的通信协议时， 都参考OSI 七层协议标准， 且大多采用了其中的第1 层、第2 层和第7 层， 即物理层、数据链路层和应用层， 并增设了第8 层， 即用户层。

1. 物理层

物理层定义了信号的编码与传送方式、传送介质、接口的电气及机械特性、信号传输速率等。现场总线有两种编码方式：Manchester 和NRZ。前者同步性好， 但频带利用率低， 后者刚好相反。Manchester 编码采用基带传输， 而NRZ 编码采用频带传输。调制方式主要有CPFSK 和COFSK。现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无线介质。

2. 数据链路层

数据链路层又分为两个子层， 即介质访问控制（MAC） 层和逻辑链路控制（LLC） 层。MAC 层功能是对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；而LLC 层则是对数据链进行控制， 保证数据传送到指定的设备上。现场总线网络中的设备可以是主站， 也可以是从站。主站有控制收发数据的权力， 而从站则只有响应主站访问的权力。

关于MAC 层， 目前有3 种协议：

（1） 集中式轮询协议

集中式轮询协议基本原理是网络中有主站， 主站周期性地轮询各节点， 被轮询的节点允许与其他节点通信。

（2） 令牌总线协议

这是一种多主站协议， 主站之间以令牌传送协议进行工作， 持有令牌的站可以轮询其他站。

（3） 总线仲裁协议

总线仲裁协议机理类似于多机系统中并行总线的管理机制。

3. 应用层

应用层可以分为两个子层， 上面子层是现场总线信息规范子层（FMS）， 它为用户提供服务； 下面子层是现场总线访问子层（FAS）， 它实现数据链路层的连接。

应用层的功能是进行现场设备数据的传送及现场总线变量的访问。它为用户应用提供接口， 定义了如何应用读、写、中断和操作信息及命令， 同时定义了信息、句法（包括请求、执行及响应信息） 的格式和内容。应用层的管理功能在初始化期间初始化网络， 指定标记和地址。同时按计划配置应用层， 也对网络进行控制， 统计失败和检测新加入或退出网络的装置。

4. 用户层

用户层是现场总线标准在OSI 模型之外新增加的一层， 是使现场总线控制系统开放与可互操作性的关键。

用户层定义了从现场装置中读、写信息和向网络中其他装置分派信息的方法， 即规定了供用户组态的标准“功能模块”。事实上， 各厂家生产的产品实现功能块的程序可能完全不同， 但对功能块特性描述、参数设定及相互连接的方法是公开统一的。信息在功能块内经过处理后输出， 用户对功能块的工作就是选择“设定特征” 及“设定参数”， 并将其连接起来。功能块除了输入、输出信号外， 还输出表征该信号状态的信号。

现场总线技术的发展趋势

现场总线技术已成为工业自动化领域广为关注的焦点。国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢， 走上开放发展的征程， 这对我国现场总线控制系统的发展是个极好的机会， 也是一次严峻的挑战。现场总线技术是控制、计算机、通信技术的交叉与集成， 涉及的内容十分广泛， 应不失时机地抓好我国现场总线技术与产品的研究与开发。

自动化系统的网络化是发展的大趋势， 现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。现在网络技术日新月异， 发展十分迅猛， 一些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中， 这些具有发展前景的现场总线技术有：

1） 智能仪表与网络设备开发的软硬件技术。

2） 组态技术， 包括网络拓扑结构、网络设备、网络互连等。

3） 网络管理技术， 包括网络管理软件、网络数据操作与传输。

4） 人机接口、软件技术。

5） 现场总线系统集成技术。

现场总线属于尚在发展的技术， 我国在这一技术领域还刚刚起步。了解国际上该项技术的现状与发展动向， 对我国相关行业的发展， 对自动化技术、设备的更新， 无疑具有重要的作用。总体来说， 自动化系统与设备将朝着现场总线体系结构的方向前进， 这一发展趋势是肯定的。既然是总线， 就要向着趋于开放统一的方向发展， 成为大家都遵守的标准规范。但由于这一技术所涉及的应用领域十分广泛， 几乎覆盖了所有连续、离散工业领域， 如过程自动化、制造加工自动化、楼宇自动化、家庭自动化等， 众多领域， 需求各异， 一个现场总线体系下可能不止容纳单一的标准。另外， 从以上介绍也可以看出， 几大技术均具有自己的特点， 已在不同应用领域形成了自己的优势。加上商业利益的驱使， 它们都正在十分激烈的市场竞争中求得发展。

有理由认为：在从现在起的未来10 年内， 可能出现几大总线标准共存， 甚至在一个现场总线系统内， 几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享。