以下是国际电工委员会（IEC）61158标准定义的八类主要现场总线（Fieldbus）体系结构及其主要特点的中文说明：

八大类现场总线体系结构及特点

1. FF H1 (基金会现场总线 H1)

• 体系结构：
  基于ISO/OSI参考模型的 物理层、数据链路层、应用层和用户层（添加了功能块、设备描述等）。采用 令牌传递总线 与 调度通信 结合的机制。低速总线，支持 总线供电。
• 特点：
  • 开放性强：国际标准，互操作性好。
  • 功能强大：支持设备互操作，功能块建模（标准化的功能块如AI、AO、PID等），支持复杂控制和先进诊断。
  • 高通信确定性：具有链路活动调度器（LAS）进行精确的调度通信，保证过程控制的关键数据按时传输。
  • 总线供电：可直接通过电缆为现场设备供电。
  • 应用场景：主要用于过程自动化（化工、石油、电力等），适合实现现场设备级的复杂控制和诊断。

2. ControlNet (控制网)

• 体系结构：
  采用 生产者/消费者（Producer/Consumer）模型。物理层基于 RG-6同轴电缆（也可用光纤），使用 令牌轮询 媒介访问方式（CTDMA）。其数据链路层提供 确定性和可重复性。
• 特点：
  • 高确定性和高实时性：对时间要求严格的控制应用性能优异。
  • 大信息吞吐量：高达5Mbps。
  • 支持多种消息类型：支持I/O数据、显式消息（编程、配置、诊断等）。
  • 支持介质冗余：可选介质冗余，提高可靠性。
  • 应用场景：离散制造业（汽车、装配线）、过程自动化中监控级网络（如PLC间通信），特别适合需要高速度确定控制的场合。

3. PROFIBUS (过程现场总线)

• 体系结构：
  • PROFIBUS-DP (分散外围设备，最常用)：主要包含OSI的 物理层和数据链路层（基于RS-485或光纤），采用 令牌传递 和 主从轮询 方式。支持 多主站 系统。
  • PROFIBUS-PA (过程自动化)：在DP基础上扩展了 物理层（IEC 61158-2），支持 总线供电和本质安全。
  • FMS服务已被Profibus-DP取代。
• 特点：
  • 速度快（DP: 9.6Kbps - 12Mbps）。
  • 成熟稳定，应用广泛：市场占有率高，尤其是在欧洲和中国制造业（离散控制为主）。
  • 模块化结构：可通过DP连接主站、驱动装置等高速设备，通过耦合器/链接器连接PA到低速本质安全区域。
  • 灵活性高：支持总线型、树型、星型等多种拓扑。
  • 应用场景：广泛用于工厂自动化（制造、装配）、楼宇自动化以及过程自动化（PA部分）。PROFIBUS-DP是PLC与远程I/O、驱动器等快速通信的主流选择。

4. P-NET

• 体系结构：
  采用 多网络结构（可连接多个独立段），基于 主从多主结构。物理层为 RS-485。数据链路层使用 虚拟令牌传递（VTP）。结构简单，协议开销小。
• 特点：
  • 结构简单，成本低廉：协议栈小巧（仅物理层、链路层、应用层）。
  • 真正的多主结构：任意节点均可为主站。
  • 高网络容量：单段最多125站/段（带中继器），理论可连接30000个设备（通过多个段）。
  • 多网络结构增强可靠性：多个独立段并行运行。
  • 应用场景：农业、食品饮料、楼宇控制、船舶、可再生能源等中低速应用场景。

5. FF HSE (高速以太网 / Foundation Fieldbus High-Speed Ethernet)

• 体系结构：
  基于 标准的以太网（IEEE 802.3 + TCP/IP/UDP），在应用层之上加载了 FF的用户层（功能块、设备描述等），使其成为H1的高速骨干网或上位控制系统网络。
• 特点：
  • 高速度（100Mbps / 1Gbps）。
  • 基于开放标准：兼容标准IT设备。
  • 与H1无缝集成：通过链接设备（Linking Device）连接H1段，实现统一工程环境。
  • 支持大型复杂工厂：解决H1带宽和距离限制。
  • 应用场景：大型过程自动化工厂的主干控制网络、监控系统（SCADA）、控制室连接到现场H1网段；也可用于设备级控制。是传统DCS系统的理想替代或补充。

6. SwiftNet

• 体系结构：
  使用 TDMA 技术（时间槽分配）。物理层采用 飞机电缆专用协议。设计目标是满足航空等对极高确定性和 容错性要求的环境。
• 特点：
  • 极强的时间确定性和低抖动：严格保证传输时间。
  • 高可靠性/容错性：专为关键任务环境设计。
  • 应用场景：主要应用于航空（如波音飞机内部通信），商用领域应用极少。

7. WorldFIP (World Factory Instrumentation Protocol)

• 体系结构：
  基于 生产者/消费者（Producer/Consumer）模型和 总线仲裁器（BA）。物理层支持 IEC 61158-2（低速总线供电本质安全，类似FF H1或PA）、RS-485 和 光纤。数据链路层由BA集中调度仲裁。
• 特点：
  • 高度确定性：总线仲裁器（BA）确保所有通信都是周期性调度的。
  • 高实时性和同步性：适合分布式同步控制。
  • 支持总线供电和本质安全（选件）。
  • 在欧洲轨交、电力行业应用较多。
  • 应用场景：轨道交通（如地铁信号系统）、电力自动化、过程自动化。在欧洲应用较广，尤其是法国。

8. INTERBUS

• 体系结构：
  物理层为 RS-485，数据链路层采用 环型总线和集总帧协议。主站广播一个包含所有节点输入输出信息的 超长数据帧（帧被每个节点依次“穿行”并更新自己的输出和采集输入）。
• 特点：
  • 高速高效（500Kbps - 2Mbps / 12Mbps，取决于规格），通信开销极小。
  • 真正的实时响应：响应时间固定（一个扫描周期内）。
  • 自动节点识别和诊断：强大的自诊断能力。
  • 结构可靠：环型拓扑利于诊断和故障定位（断点两侧自动终止）。
  • 应用场景：广泛用于汽车制造、物流、包装、印刷等需要高速、精准、循环数据传输的离散自动化领域。

总结关键对比点

重要补充说明

• 实际应用：实际项目中，不同总线常混合使用（如H1/HSE结合，PROFIBUS-DP与PA结合，ControlNet作为主干）。
• 以太网/IP (EtherNet/IP)、PROFINET：虽然不属于IEC 61158中的这八类，但它们是当前发展最快、应用最广泛的基于标准以太网的工业以太网协议，可以看作是PROFIBUS、ControlNet等协议的以太网继承者或扩展。
• 标准演进：标准本身在持续更新，部分最初在列表中的总线市场份额可能发生变化或被更新的以太网解决方案部分取代，但了解这八类仍是理解工业现场通信的基础。