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现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。 

　　系统构成

　　基于现场总线的调度自动化系统主要由厂站端系统、调度端系统和通信系统构成。

　　(1)厂站端系统 

　　厂站端(发电厂、变电站端)的监测与控制系统由前端智能单元、工控机、网络通信管理适配卡、调制解调器Modem和相应软件组成。 

　　1)前端智能单元。前端智能单元一方面完成对各线路电流(A相、B相和C相)、电压(A相、B相和C相电压；AB相间电压；BC相间电压；CA相间电压)、三相/单相有功功率、三相/单相无功功率、三相/单相正有功电能、三相/单相负有功电能、三相/单相正无功电能、三相/单相负无功电能、三相/单相功率因数以及周波等电参量的测量；另一方面还要完成对各开关状态的检测和控制。前端智能单元一般采用16位微处理机系统，主要包括采集控制逻辑、模拟信号处理、开关量输入输出处理、通信处理、系统监测与保护、实时时钟及电源部分。前端智能单元能在恶劣的电磁环境下可靠工作，并可安装在户外的端子箱内。

　　2)工控机。工控机用于显示厂站电气主接线及其运行状况、记录各种数据、显示各种曲线和图表、异常或事故报警及打印、信息转发和接收。一般变电站只需要一台工控机即可完成上述全部工作。在发电厂，根据监视点的需要可增加工控机的台数。

　　3)网络通信管理适配卡。网络通信管理适配卡插在工控机的扩展槽上，通过现场总线实现前端智能单元和工控机之间的高速数据交换，并实现对网络的管理。

　　4)Modem。Modem(调制解调器)是电力系统的Modem，它完成发电厂、变电站与调度端之间的数据通信。

　　(2)调度端系统 

　　调度端对整个系统进行监视、控制和管理。调度端系统由工控机、调制解调设备、多路通信接口设备、大屏幕显示器构成。调制解调器Modem接收来自载波机的调制信号，同时调度端发出的命令又可通过Modem调制后送到载波通道，然后送到厂站端。多路通信接口完成多路数字信号与厂站端工控机的数据通信。大屏幕显示器用来显示电力网络图、电网参数和负荷曲线等。

　　(3)数字通信

　　厂站端与调度端之间的数据交换是通过数据通道传送的。目前电力系统有载波通道、微波通道和光纤通道等。对于载波通道和微波通道，需要在通道两端使用电力系统的调制解调器Modem，同一通道两端的Modem采用同一厂家同一型号的Modem。

　　系统特点

　　基于现场总线的发电厂、变电站实时监测监控系统以及由此构成的调度自动化系统，既可避免使用大量电缆将PT(Potential Transformer，电压互感器)、CT(Current Transformer，电流互感器)二次侧电参数传送至中控室，又可减少线损造成的误差，提高了测量精度。此外还可取消中控室，实现无人值守，不但节约占地面积与基建投资，而且还可把运行人员从日夜值班的劳累中解放出来。基于现场总线的厂站实时监测监控系统与传统的厂站监测监控系统相比，具有如下特点： 

　　1)前端智能单元(或称现场智能设备)可安装于CT或PT端子箱内，对所采集的数据就地处理，然后进行数字化(通过现场总线)传送。

　　2)网络由两根双绞线组网，故障率低，通信波特率高。

　　4)抗*力强，能在户外恶劣条件下运行。

　　5)结构简单，体积小，安装、维修方便。

　　由系统的上述特点，可以预言，基于现场总线的监测监控系统必将广泛应用于电力系统的发电厂和变电站中，而且它与数据通道、调度端监控系统一起将构成新一代的调度自动化系统

　　在工厂生产层使用工业以太网之前，必须了解它的七个要素。

　　1. 网络布局

　　办公室的网络拓扑布局并不适用于工厂生产层，那里采用的是工厂/机器的以太网拓扑布局。办公室以太网的基础架构通常是由商业级的产品构建，它们在恒温的环境和星型拓扑构建的交换网络中可以很好地发挥作用；而与此不同，工业以太网架构常常要面对多变的意外情况，因此需要具有一些额外的功能，例如高速冗余等。工业以太网会采用多种不同的拓扑网络布局方式(星型、环型、树型、线型)，并使用屏蔽电缆、金属接头，具有更高的耐热耐震性能。此外，工业以太网的交换机一般由相应的自控系统集成商负责配置和维护。

　　2. 通信协议

　　对控制系统集成商来说，要紧的是要认识到以太网只是一个网络架构，要使它能够在自控设备间实现通信，所以你需要一个工业级的通信协议。IEEE 802.3以太网标准定义了接线方式、数据读写规则和以太网架构的结构。虽然使用这个网络标准的不同设备可以在同一网段里实现通信，但前提条件是它们必须采用相同的网络协议，或者说“通信语言”。Profinet是一个专为工业应用设计的通信协议，它为分布式I/O、机器与机器间的连通性、机器的安全性以及动作控制提供了相应的功能。

　　3. 处理能力 

　　这不是单纯地由网络速度的快慢决定的，而是如何快速精确地将数据传输到它该去的地方。网络的处理能力毫无疑问是关键的因素之一，它的衡量标准是单位时间内的网络数据传输量。而能改进这一性能的方法就是减少通信堆栈中循环周期的次数。Profinet通信堆栈中的循环周期次数比一个标准的以太网 TCP/UDP工具要少十几倍。这是由于，Profinet为一些对时间有苛刻要求的重要工作专门设置了一个以太网实时通道，而与此同时，它的配置、诊断、路由以及“大容量数据传输”的通信都通过标准TCP/IP通道完成。 

　　4. 网络配置

　　网络的设置简单是一方面，但更重要的是，实现通信的编程工作不能太复杂。Profinet能够通过配置而不是编程，来实现设备间的通信。通过一种对象呼应的配置设备之间内部通信的方法，而不是传统的编程调试的方法，系统集成商和终用户能够节约至少25%的建设以及调试试车的时间。

　　5. 先期计划 

　　仅考虑眼前的应用是不够的，当前的以太网必须能满足将来所有可能的应用需要。Profinet使用户能按照自己的步调，只采用单一的以太网网络，就能实现一个高度集成的、适用于不同控制功能(如点对点通信、分布式I/O、机器安全性、动作控制以及数据采集)的自控系统。它同样也为今后可能的扩展进行了准备。

　　6. 旧系统改造

　　工业以太网的要素并不仅仅局限于以太网本身，如何与现有网络和不同供应商提供的机器集成并正常工作，是必须要考虑的问题之一。既然Profinet使用的是标准以太网交换机，并采用TCP/IP的协议组件，那么基于Profinet的系统应该能适用整个自控网络，而不需要另外增加交换机或者特殊的功能，例如IGMP snooping和VLAN。Profinet同时也提供了将不同供应商的产品接入同一网络的解决办法。通过XML，它将每个机器作为一个部件来处理，相对独立于内部核心的控制系统，这就是以部件为控制单位的自动化概念。

　　7. 费用

　　对工业以太网络来说，重要的费用支出并不是构建网络的组件，而是设计、安装和维护的部分。Profinet和其他类似的工业以太网构架采用IT技术的成果，例如OPC和SNMP，来监视和显示网络的状态。此外，它的诊断功能能够将网络的状态直接在包括plc和SCADA系统在内的自控系统上反映出来。这样组态设置和故障查找都可以在*控制室内完成，大大简化了操作

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