工业网络可能很复杂。早在 20 世纪 80 年代，人们就清楚地认识到，系统的数字控制需要系统参与者之间尽可能无差错的通信。为了逐步实现系统自动化，应将尽可能多的设备连接到系统控制。然而，尽可能多的设备通常意味着大量的布线工作，因为布线始终是并行进行的，并且所有参与者都单独连接到控制器。
对串行布线的需求持续增长。当时引入的现场总线技术因此通过一根电缆进行通信，并以比特形式一个接一个地而不是并行地传输信息。现场总线是一种总线系统，用于连接传感器和执行器，以与控制计算机 (PLC) 交换信息。这意味着通过总线电缆在 PLC 与不同设备参与者之间建立数据连接。
大多数现场总线都基于主从模式。主设备负责过程控制，从设备执行分配给它们的通信任务。
在第1部分中，国际标准IEC 61158（工业通信网络——现场总线规范）定义了现场总线的概念，并在其其他部分中规范了可使用现场总线建立的各种系统。
便捷的解决方案：现场总线技术的优势
现场总线仅通过一根电缆进行通信。这具有以下优势：
优点 |
说明 |
|---|---|
简易性 |
通信通过一根电缆进行，这使得现场总线系统的安装规划项目快速简便。一根电缆意味着更少的安装工作和简化的控制柜。 |
可靠性 |
现场总线系统内的短信号路径增加了通信的可靠性。主从通信路径几乎自动创建了防冲突保护。 |
故障保护 |
现场总线系统提供了增强的抗干扰保护，尤其是在模拟值方面。此外，由于系统简单，在发生故障时可以轻松进行故障排除。 |
标准化 |
现场总线系统的协议是标准化的，可以与不同制造商的不同设备配合使用。作为客户，您无需局限于单个制造商。 |
灵活性 |
该系统易于扩展，并且可以灵活地添加传感器和执行器。 |
改造 |
现场总线技术通常可以很好地集成到以太网系统中，从而可以轻松地进行技术更换。 |
然而，现场总线技术的优点也伴随着缺点。
这些缺点包括更长的响应时间以及更高的成本，因为各个现场总线组件比通信系统的替代组件要昂贵得多。
正确的选择：现场总线的特性
现场总线系统的选择很少是基于技术标准，而是基于所使用的可编程逻辑控制器 (PLC) 的类型。因此，每个 PLC 制造商都会为他们的应用青睐和优化现场总线技术，以便传感器和执行器可以在没有任何干扰或延迟的情况下交换信息。
所有现场总线都具有输入和输出数据循环传输这一相同的基本功能。不同现场总线系统之间的技术差异在于：
- 可达到的最大电缆长度
- 每个数据包的最大数据字节数
- 功能范围
- 拓扑结构（例如星形、环形、树形）
- 传输介质（铜缆、光纤、无线）
通过现场总线协议标准进行面向数据包的通信
为了使现场设备能够与控制器通信，反之亦然，需要一种通用语言。无故障通信的框架条件在所谓的（网络）协议中进行了定义和标准化。
根据您的应用环境中网络必须满足的技术要求，可以使用不同的总线系统。
以下章节将介绍简单的S/A布线（连接传感器和执行器），以及更复杂的现场总线（在分布式外围设备和控制器设备之间建立网络）。
以下是关于现场总线技术主要协议标准的更多信息：
简单的传感器/执行器布线
如果您需要将传统传感器和执行器连接到上层网络级别，通常可以使用铜S/A电缆以及一系列不同的总线组件。在简单的传感器/执行器布线中，只传输简单的电压电平或电流。不通过协议进行面向数据包的通信。
AS-接口 (AS-i)
AS-i（执行器传感器接口）是世界上唯一用于下层过程级的标准化现场总线系统。通过一个端口和一根带两根缓冲光纤的电缆，这个简单的连接系统可以将多达 31 个传感器和执行器/AS-i 模块与控制级连接起来。
在这种情况下，AS-i 电缆不仅负责数据交换，还负责为从属设备供电。在 100 米的电缆长度下，循环传输速率可达到 ≤ 5 毫秒。因此，这项开放的工业标准（不受特定制造商限制）实现了工业自动化中快速、高效的布线，最终降低了成本。
AS 国际协会 e.V. 致力于推广 AS-i 协议标准的扩展和标准化。缆普是该协会的成员，并积极参与该标准的进一步开发。
PROFIBUS
PROFIBUS（过程现场总线）是一种现场总线通信标准，也是目前世界上领先的现场总线之一。它使得较低现场层（分布式外围设备，从站）与较高级控制器单元（中央主站）之间的设备能够周期性地交换数据。它现已成为制造技术以及过程技术和工程中使用的关键通信协议。主从系统可以使用双绞线电缆和光纤电缆。
其继任者 PROFINET 采用以太网解决方案，实现了更高的速度。
Lapp Kabel 是 PROFIBUS 用户组织 e.V. (PNO) 的成员，并积极参与 PROFIBUS 的进一步开发。
主要使用以下两种 PROFIBUS 变体。
PROFIBUS DP
制造技术中的现场总线通信可以使用单主站设置或多主站系统（其中多个主站连接到总线）来处理。主站以周期性间隔从从站查询输入信息并返回输出信息。PROFIBUS
DP 系统有不同的版本：
- DP-V0 用于周期性通信，
- DP-V1 额外用于非周期性通信，
- DP-V2 额外用于等时实时功能、时间戳使用以及从站到从站通信。
PROFIBUS DP 提供 12 Mbit/s 的传输速率，在一个网络中最多可以连接 126 个设备（主站和从站）。
PROFIBUS PA
PROFIBUS PA 用于过程自动化中的通信。由于功率受限，PROFIBUS PA 非常适合在潜在爆炸性环境中使用。31.25 kbit/s 的传输速率允许长电缆路径和高度的电磁干扰抵抗力。
LAPP 的 UNITRONIC® 系列（用于电缆）和 EPIC Data 系列（用于连接器）中符合 PROFIBUS 标准的产品的名称包含用于 PROFIBUS DP 的“BUS DP”和用于 PROFIBUS PA 的“PA”标识。
CANopen
CANopen 标准采用了最初为汽车工业开发的 CAN (Controller Area Network) 现场总线系统，并对其进行了扩展以包含通信配置文件。这使得 CANopen 成为一个开放的协议标准，不仅可用于自动化技术，还可用于许多其他行业，例如医疗、铁路等，主要在欧洲。
在串行 CAN 系统中，数据以报文的形式进行交换，可以是循环的，也可以是事件驱动的，并且交换通过 OSI 模型的前两层进行管理。具有相同地位的网络参与者以高达 1 Mbit/s 的安全数据传输速率，在 40 m 的电缆长度上独立地将他们的消息传输到总线。在此过程中，数据实时交换。
在更高级别的 CANopen 系统中，集成了应用层以提供通信配置文件。通过标准化的接口，该配置文件能够单独寻址网络中使用的设备类的设备和应用配置文件。因此，通信配置文件控制使用哪些报文来交换哪些设备数据。
CANopen 由 CiA (CAN in Automation) 维护。
CC-Link
在亚洲，CC-Link 是领先的开放式工业标准，具有显著的确定性特性，用于控制级和制造级之间的数据交换。它有不同的变体。在标准变体中，CC-Link 是一种现场总线系统，可实现高达 10 Mbit/s 的数据传输速率，总电缆长度达 100 m，并可与网络中多达 64 台设备进行实时通信。由于传输距离可延长至 1,200 m，网络速度较低，CC-Link 也适用于大规模应用。该标准的简单结构足以满足各种自动化技术任务。这种网络技术在欧洲也得到了越来越广泛的应用，因为来自不同制造商的 CC-Link 兼容产品可以非常容易地集成。
您可以在 CC-Link IE 下找到有关 CC-Link 以太网变体的更多信息。
CC-Link 由 CLPA（CC-Link 合作伙伴协会）用户组织标准化。
LAPP 是 CLPA 的成员，并在 CC-Link 的进一步发展中发挥着积极作用。
智能扩展：IO-Link
IO-Link 是首个全球标准化的 IO 技术，用于传感器和执行器之间的通信。该技术已通过国际标准化，并已在 IEC 61131-9 标准中定义。
该技术基于点对点通信，采用三芯传感器-执行器连接。IO-Link 不是现场总线，而是一种连接技术。它与现场总线无关，可以集成到所有现场总线中。IO-Link 系统由一个主站和一个或多个设备（传感器和执行器）组成。主站充当与中央 PLC 的接口，并控制连接的设备。由于采用双向通信，IO-Link 可对传感器和执行器进行高级诊断。例如，这使得远程维护设备成为可能。
IO-Link 的特点是传输速度快，包括 4.8 kBaud、38.4 kBaud 和 230.4 kBaud。数据使用 IO-Link 协议快速依次发送。这种连接技术占用的空间很小，因此可以实现传感器和执行器之间智能通信的小型化。
