了解现场总线及主要种类，BACnet标准与楼宇自控系统技术

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：第4版的IEC 61158国际标准将20种类型现场总线收录进标准规范体系中，具体包含总线类型见表1-2。IEC 61784-1规定了现场总线通信行规；IEC 61784-2提供了实时以太网的通信行规。低速现场总线及应用系统，应用于数据传输速率较低领域，因此实现传输速率要求较低的控制，如过程控制等。IEC 61158现场总线标准已经发展了一系列的标准，最新版本为IEC 61158-6-20，总共有20种现场总线加入该标准。

1.现场总线的定义

现场总线是安装在生产现场，对许多现场物理量进行监测控制的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间实现连接的一种串行、数字式、双向及多点通信的数据通信总线。或者说，现场总线是应用在生产现场，将许多智能现场设备和自动化监测仪表和数字控制系统进行连接，实现这些设备、检测仪表及控制系统的全数字化、多分支结构互联互通的数据通信网络系统。网络中分散、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能。

2.现场总线的种类及常用的现场总线

当前国际上总共约有40多种现场总线，如INTERBUS、DeviceNet（设备网）、ModBus、ARCnet、CAN（控制器局域网）、P-Net、EIB等，分布应用在工业的各个不同行业和应用领域，其中一部分现场总线在楼宇自控（BAC）技术领域中也有广泛和深入的应用。

现场总线和传感器总线、设备总线在传输的数据量方面有很大差别，传感器总线属于位传输，设备总线主要按字节传输。而现场总线传输的数据流，可以是短小的测控指令，也可以是周期性和非周期性的测控指令，还可以是数据量较大的面向连接和非面向连接的数据文件。

不同行业和应用领域适合使用哪一种现场总线，需根据具体情况来决定。但在40多种现有的现场总线当中，由于具有不同的技术特点，所以还没有哪一种能够覆盖所有的应用面，每一种现场总线都有自己特有的应用领域和应用范围。

主要现场总线的应用领域如图1-12所示。

图1-12 主要现场总线的应用领域

主要的现场总线在部分行业中的应用情况如下：

1）过程控制：FF、PROFIBUS、HART（可寻址远程传感器的数据公路）、WorldFIP（世界工厂仪表协议）；

2）制造业自动化：PROFIBUS、INTERBUS；

3）农业、养殖业、食品加工业：P-Net；

4）楼宇自动化：LonWorks、PROFIBUS、ModBus、CAN。

经过十几年的竞争发展，IEC（国际电工委员会）的现场总线标准化组织制定了IEC 61158现场总线标准，包含以下8种现场总线：PROFIBUS、HART、ControlNet、DeviceNet、CAN、AS-I总线、FF、ModBus。

第4版的IEC 61158国际标准将20种类型现场总线收录进标准规范体系中，具体包含总线类型见表1-2。

表1-2 第4版IEC 61158国际标准包括的20种类型现场总线

国际电工委员会（IEC）／SC65C制定了IEC 61784系列的配套标准，标准组成如下：

1）IEC 61784-1：工业通信网络、配置文件、第1部分：现场总线配置文件。

2）IEC 61784-2：工业通信网络、配置文件、第2部分：基于ISO／IEC 8802.3标准的实时网络用附加数据总线配置文件。

3）IEC 61784-3：工业通信网络、配置文件、第3部分：工业网络中功能安全通信行规。

4）IEC 61784-4：工业通信网络、配置文件、第4部分：工业网络中信息安全通信行规。

5）IEC 61784-5：工业通信网络、配置文件、第5部分：工业控制系统中通信网络安装行规。

IEC 61784-1规定了现场总线通信行规；IEC 61784-2提供了实时以太网的通信行规。通信行规给出了接入现场总线的设备进行互通信、互操作的特征及选项说明。IEC 61784-2通信行规具体规范了实时以太网中进行数据通信时的传递时间、网络中节点数、网络所使用的拓扑结构、中断节点交换机的数量、实时以太网的流通量、带宽、时间同步准确度和冗余恢复时间等。

在原来8种类型现场总线的基础上不断完善扩充，于2001年8月制定出由10种类型现场总线组成的第3版现场总线标准，它们是：Type1 TS61158现场总线、Type2 ControlNet和Ethernet／IP现场总线、Type3 PROFIBUS现场总线、Type4 P-Net现场总线、Type5 FF HSE现场总线、Type6 SwiftNet现场总线、Type7 WorldFIP现场总线、Type8 INTERBUS现场总线、Type9 FF H1现场总线以及Type10 PROFINET现场总线，该标准于2003年4月成为正式国际标准。

FF H1、ControlNet、PROFIBUS、INTERBUS、P-Net、WorldFIP、SwiftNet和FF的高速以太网（HSE）规范，由于这些现场总线所使用的通信协议各不相同，彼此之间属于异构网络，一般情况下无法实现互通信和互操作，各自不同的应用系统在应用于相同监控目的时，也无法实现互换互用、互连互通。

在工控领域中，同一个控制系统的通信网络架构可以包含两种或两种以上的现场总线，每一种现场总线架构的系统部分构成了一个控制域、连通域，不同现场总线架构的系统部分构成不同的控制域，这些不同控制域是不连通的，如果要使不同的控制域实现连通，就要使用网关将不同的现场总线实现互连。

现场总线技术还在低速现场总线领域和高速现场总线领域继续深入发展。低速现场总线及应用系统，应用于数据传输速率较低领域，因此实现传输速率要求较低的控制，如过程控制等。高速现场总线技术组成的控制系统如果和Internet互联实现远程监控，组成的综合网络环境的瓶颈速率可大幅度提高。这里的瓶颈速率是指两个异构网络互联，网络的通信瓶颈速率仅仅为两个异构网络中速率较低的那个网络的数据传输速率。

IEC 61158现场总线标准已经发展了一系列的标准，最新版本为IEC 61158-6-20（2007年发布），总共有20种现场总线加入该标准。近年来，随着工业以太网、实时以太网作为现代控制网络技术的发展，IEC 61158现场总线标准的8种现场总线都在各自修改通信协议的高层即应用层协议，支持IEC 61784规范（行规族及行规），目的是通过高层协议的修改增加这些现场总线彼此之间的兼容性，完善IEC 61158标准。

由于本书的主要内容是“BACnet标准与楼宇自控技术”，所以下面仅仅概要性地介绍在楼宇自控系统中有较深入应用的部分现场总线技术。

了解现场总线及主要种类，BACnet标准与楼宇自控系统技术

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