现场总线，是一组工业计算机协议的总称。这些协议是用于实时的分布式控制方面的。

现在标准化为 IEC 61158

对于一个复杂的工业自动化控制系统，比如制造生产线，常常需要一个有良好的系统架构，才能更好地实现，控制系统去控制对应的功能模块。

而这套控制系统架构，一般包含了上层的人机交互界面HMI，以便操作者监视和操作系统，此一层，往往又通过一个对时间不是很敏感的（non-time-critical）通讯系统，比如Ethernet，与下面的PLC的中间层相连接。在控制系统的最底层，就是对应的现场总线，将PLC连接到对应的实际工作的功能组件上，比如传感器（sensor），制动器（actuator），电动机（electric motor），灯光控制（console light），开关（switch），阀门（valve），接触器（contactor）。

所以，需要现场总线，将控制系统的上层HMI+中间层PLC，连接到实际工作的模块，以实现对应的控制功能。

下表简要概括了，常见的工业自动化控制系统中，各个层次之间的关系：

最开始，两个计算机之间，都是以RS232连接的。但是缺点是只能在2个设备之间连接通信。

此连接方式等价于现在所用的"4-20 mA通讯方案"（4-20 mA communication scheme），其要求，每一个设备在控制器层面上，都有其自己的通讯端口，而现场总线等价于当前的LAN类型的网络连接。其只要求在控制器的级别上，有一个通讯端口，然后允许同时连接成百上千的模拟的和数字的模块。此方案，即降低了对电缆长度的要求，又减少了对电缆数目的需求。

再者，由于设备通过现场总线连接的话，需要一个微处理器，所以同一个设备可以提供多个端点。有些现场总线现在支持一种PID控制方案，在设备端实现控制功能，而不需要控制器端去处理。

即现场总线中，各个组件之间，是什么样的连接方式，有这些网络拓扑形式：

现场总线技术，有很多种。因此，没有实现其最原始的期望，即希望用一个通讯机制统一所有的应用。而这点，不是没有预料到，而且是因为现实的实际情况是，不同的应用领域，的确需要不同的规范的实现。比如，汽车制造方面的现场总线，从功能上，就和工厂的生产线的控制，不一样。

最终的IEC61158标准，则允许8种实现技术。对于自动化协议，这其中也内含一些层次关系。

IEC 61158规范，标题是 用于测量和控制领域的数字化数据通讯-现场总线，用于工业控制系统，其包含了以下部分：

现场总线标准的实现，有很多种，而不同的协议有不同的特性和性能。

而由于其之间，数据传输方法的极大差异，使得也没有一个通用的比较模式去比较它们之间的性能区别。

下表，以对应的现场总线通常是否支持1ms或更快的数据更新周期为例，进行了简单的比较：

和"4-20 mA通讯方案"相比，现场总线只需少得多的电缆即可实现互联。

因此，许多设备，可以通过一拖多的方式，共享同一组的电缆，而4-20mA的连接，对每一个设备，都需要一组特定的电缆。

而且，现场总线网络，在单次通信中可以传送多个参数，而4-20mA的连接，一次只能传送一个参数。

与4-20mA的模拟信号标准的方案相比，现场总线也有一些缺点：

对于一些必须满足一些安全性标准，如IEC 61508或EN 954-1，的系统来说，现场总线，也是适用的。

取决于实际所用的不同的协议，现场总线，也可以支持一些评测特性，比如计数器，CRC校验，回显，超时，发送者或接受者的ID的唯一性，交叉校验。

Ethernet/IP和SERCOS III，都使用CIP安全协议，Ethernet Powerlink使用openSAFETY，而FF和Profibus，都有各自的一些兼容安全协议的变体。

目前，现场总线协议，在过程控制系统中，用的最多的是FF和PROFIBUS PA。

两种技术都使用相同的物理层，即双线的31.25KHz的曼彻施特编码的电流调制，

关于选择哪类现场总线，概括地说就是：

近来，出现了一些基于以太网的工业通讯系统，其中多数都是属于原系统在在实时通讯方面的扩展，从长远看，这些系统会逐渐取代现有的现场总线技术的。

如下列举了一部分这类新的，基于以太网的工业通讯系统：

TODO：对于：

【整理】SIEMENS SINUMERIK 828D简介和CNC的含义中关于SINUMERIK 828D的，和

http://www.industry.siemens.com/topics/global/en/magazines/special-editions/Documents/MotionWorld-2012-IMTS-en.pdf

http://www.industry.siemens.com/topics/global/en/cnc4you/cnc_downloads/cnc4you-magazine/Documents/cnc4you_2012_1_en.pdf

视频: 西门子 Siemens SINUMERIK 828D

Tutorial Programming Sinumerik 828D and 840D sl with ShopTurn

中的截图，应用案例，整理出来。

TODO：去看

SINUMERIK 828D BASIC CNC Control

SINUMERIK 828D Simple Setups

可以对于CNC数控机床有个更直观的了解：了解CNC如何控制机械去操作设备的

TODO：

有空再去研究：

SINUMERIK 828D rear

中的很多应用案例。

下面是一些相关的产品图片供参考，以便了解对应的该领域内的设备大概长啥样：

Profinet是一个开放式的，Profibus & PI在自动化领域的工业以太网方面的标准。

Profinet使用TCP/IP和IT协议标准，是一个实时的以太网。

Profinet特点在于是一个模块化的架构，因此，用户可以自定义地去选择每一层所用何功能。

与Profinet一起的还有另外两个，Profinet CBA和Profinet IO。

Profinet CBA适用于通过TCP/IP的基于组件之间的通讯，和在模块化的系统中的，实时的通讯。此两种通讯，都可以并行使用。

Profinet IO是为分散的外设之间的实时RT和等时实时IRT的通讯，而设计的。

指定的RT和IRT，仅仅描述了Profinet IO中通讯的实时的特性而已。

在同一总线系统中，同一时刻，可以允许Profinet CBA和Profinet IO同时通讯。他们可以分别或合并起来操作，这样的话，从系统层次看的话，Profinet IO子系统就像是一个Profinet CBA系统。

为了实现这些功能，定义了三种层次的协议：

Ethernet/IP，以太网工业协议，主要用于过程控制和工业自动化应用领域。

Ethernet/IP是一个应用层的标准，其将网络中的所有设备都视为一系列的对象object。

Ethernet/IP是基于广泛使用的CPI协议的，其可以无缝地实现去访问来自ControlNet和DeviceNet的对象。

Ethernet/IP利用现有的网络架构，即Ethernet网络。

整个的Ethernet/IP协议栈，都可以通过微处理器之上的软件来实现，而不再需要特定的硬件（比如ASIC，FPGA等）。

Ethernet/IP，是基于TCP/IP协议栈之上，用到了全部的OSI的7层模型。

HART，Highway Addressable Remote Transducer Protocol，可寻址远程传感器高速通道协议，HART是作为数字化工业自动化协议的现场总线的最早期的实现。

其最引人注目的特点是，HART可以在旧的4-20mA的模拟仪表配线上，共享使用双绞线，进行通讯。由于过去的大量的系统是基于4-20mA的方案，也使得HART协议成为现在最流行的工业协议之一。

对于习惯使用旧的4-20mA的信号系统的人来说，想要去实现更加智能化的协议。HART算是提供了一个很好的协议转换。目前工业界中，使用Profibus DP/PA和FF的，越来越多了，因为对于用户来说，越来越熟悉这些技术了，也愿意使用性能更好的调试功能。

HART有两种操作模式，对等模式（模拟/数字模式）和多支路（Multidrop）模式。

HART的数据包的结构为：

Foundation Fieldbus，一般简称为FF，是一个全数字化的，串行的，双向的通讯系统。

其在工厂或生产自动化环境中，起到一个基础的网络功能。

FF主要用于过程工业领域。

FF主要分两类：

下图是一个基于FF HSE的控制系统的框架图：