フィールドバス

フィールドバスは、リアルタイム分散制御に使用される 産業用デジタル通信ネットワーク^[1]のファミリーのメンバーです。フィールドバスプロファイルは、国際電気標準会議（IEC）によってIEC 61784/61158として標準化されています。

複雑な自動化産業システムは、通常、分散制御システム(DCS) として階層レベルに構造化されています。この階層では、生産管理の上位レベルは、タイムクリティカルでない通信システム (イーサネットなど) を介してプログラマブル ロジック コントローラー(PLC) の直接制御レベルにリンクされています。フィールドバス^[2]は、直接制御レベルの PLC を、センサー、アクチュエーター、電動モーター、コンソール ライト、スイッチ、バルブ、コンタクターなどのフィールド レベルのプラントのコンポーネントにリンクし、電流ループまたはデジタルI/O信号を介した直接接続を置き換えます。したがって、フィールドバスの要件はタイムクリティカルでコストに敏感です。新世紀以降、リアルタイム イーサネットに基づくフィールドバスが数多く確立されています。これらは、長期的には従来のフィールドバスに取って代わる可能性があります。

フィールドバスは、リアルタイム分散制御用の産業用ネットワーク システムです。これは、製造工場の機器を接続する方法です。フィールドバスは、通常、デイジー チェーン、スター、リング、ブランチ、およびツリーネットワーク トポロジーを可能にするネットワーク構造で動作します。以前は、コンピューターはRS-232 (シリアル接続) を使用して接続されていましたが、これを使用して通信できるのは 2 つのデバイスだけでした。これは、各デバイスがコントローラー レベルで独自の通信ポイントを持つ必要がある現在使用されている4～20 mA 通信方式に相当しますが、フィールドバスは、コントローラー レベルで 1 つの通信ポイントのみを必要とし、複数 (数百) のアナログポイントとデジタルポイントを同時に接続できる現在のLAN タイプ接続に相当します。これにより、必要なケーブルの長さと必要なケーブルの数の両方が削減されます。さらに、フィールドバスを介して通信するデバイスにはマイクロプロセッサが必要なので、通常、複数のポイントは同じデバイスによって提供されます。一部のフィールドバス デバイスは、コントローラーに処理を強制するのではなく、デバイス側で PID 制御などの制御方式をサポートするようになりました。

分散制御システムでフィールドバスを使用する最も重要な動機は、オートメーション システムの高い可用性と信頼性を損なうことなく、設備の設置とメンテナンスのコストを削減することです。目標は、さまざまなメーカーのフィールドデバイスに 2 線ケーブルとシンプルな構成を使用することです。アプリケーションに応じて、センサーとアクチュエータの数は、1 台のマシンに数百個ある場合から、大規模なプラントに分散されている数千個までさまざまです。フィールドバスの歴史は、これらの目標にどのように取り組むかを示しています。

おそらくフィールドバス技術の先駆けは、 1975年にIEEE 488 ^[3]で説明されているHP-IBです。「これは汎用インターフェイスバス（GPIB）として知られるようになり、自動化および産業用計測器制御の事実上の標準となりました。」

GPIB の主な用途は、さまざまなメーカーの計測器を使用した自動測定です。GPIB は、最大ケーブル長が 20 メートルに制限された、24 本のケーブルとコネクタを備えた パラレル バスです。

最も古くから一般的に使用されているフィールド バステクノロジは Bitbus です。Bitbus は、低速のI/O機能を高速のメモリ アクセスから分離することで、産業システムでのマルチバスシステムの使用を強化するために Intel Corporation によって作成されました。1983 年に、Intel は既存の8051マイクロコントローラにフィールド バス ファームウェアを追加して、8044 Bitbus マイクロコントローラを作成しました。Bitbus は物理層でEIA-485を使用し、2 本のツイスト ペア (1 本はデータ用、もう 1 本はクロックと信号用) を使用します。データ リンク層でSDLCを使用すると、1 つのセグメントに合計距離 13.2 km の 250 ノードを設定できます。Bitbus には 1 つのマスター ノードと複数のスレーブがあり、スレーブはマスターからの要求にのみ応答します。Bitbus では、ネットワーク層でのルーティングは定義されません。8044 では比較的小さなデータ パケット (13 バイト) のみ設定できますが、効率的な RAC (リモート アクセスおよび制御) タスク セットとカスタム RAC タスクを開発する機能が組み込まれています。 1990年にIEEEはBitbusをマイクロコントローラシステムシリアル制御バス（IEEE-1118）として採用した。^{[4] [5]}

現在、BITBUSはBEUG - BITBUSヨーロッパユーザーグループによって管理されています。^[6]

オフィスネットワークは、上限の伝送遅延がないため、自動化アプリケーションには適していません。1975年にオフィス接続用に考案されたARCNETはトークンメカニズムを使用しており、後に産業界で使用されました。

製造自動化プロトコル( MAP ) は、1984 年にゼネラルモーターズが開始した自動化テクノロジにおける OSI 準拠プロトコルの実装でした。MAPは多くのメーカーがサポートする LAN 標準化提案となり、主に工場自動化で使用されました。MAP は、伝送媒体として 10 Mbit/s IEEE 802.4 トークン バスを使用しています。

MAP は、その範囲と複雑さのため、大きな進歩を遂げることができませんでした。複雑さを軽減し、少ないリソースでより高速な処理を実現するために、Enhanced Performance Architecture (EPA) MAP が 1988 年に開発されました。この MiniMap ^[7]には、オープン システム相互接続(OSI) 基本参照モデルのレベル 1、2、7 のみが含まれています。このショートカットは、後のフィールドバス定義に引き継がれました。

MAP の最も重要な成果は、MAP のアプリケーション層である Manufacturing Message Specification (MMS) です。

製造メッセージ仕様（MMS）は、ネットワークデバイスまたはコンピュータアプリケーション間でリアルタイムのプロセスデータと監視制御情報を転送するためのアプリケーションプロトコルとサービスを取り扱う国際標準ISO 9506 ^[8]であり、1986年に最初のバージョンとして公開されました。

これは、 Profibusの FMS やCANopenの SDOなど、他の産業用通信規格の多くのさらなる開発のモデルとなっています。IEC 61850規格の電力ユーティリティ自動化などのアプリケーション レイヤーとして、現在でも使用されています。

製造自動化の分野では、フィールドバスの要件は、わずか数ビットまたはバイトを数百メートル以内で送信し、短い応答時間をサポートすることです。

1979 年、Modicon (現在のSchneider Electric ) は、自社のプログラマブル ロジック コントローラー(PLC)を接続するためのシリアル バスを定義し、これをModbusと呼んでいます。最初のバージョンの Modbus では、 EIA 485 UART信号を使用した 2 線ケーブルが使用されていました。プロトコル自体はマスター/スレーブプロトコルで非常にシンプルで、データ タイプの数は当時の PLC が理解できるものに限られています。それでも、Modbus (Modbus-TCP バージョン) は、主にビルディング オートメーション分野で、今でも最も使用されている産業用ネットワークの 1 つです。

1987年、ドイツ政府の財政支援を受けた研究プロジェクトにより、フィールドバスメッセージ仕様（FMS）に基づくフィールドバスPROFIBUSが定義されました。 ^[9]実際のアプリケーションでは、現場で処理するには複雑すぎることがわかりました。1994年にシーメンスは、分散型周辺装置（DP）という名前で修正されたアプリケーション層を提案し、製造業界で好評を博しました。2016年、PROFIBUSは世界で最も多くインストールされているフィールドバスの1つであり^[10]、2018年にはインストールされたノードが6000万に達しました。^[11]

1987年、フェニックス・コンタクト社は、空間的に分散した入力と出力を集中型コントローラに接続するためのシリアルバスを開発した。^{[12]コントローラは、すべての入力データと出力データを含む1つのフレームを物理的なリング上で送信する。ケーブルには5本のワイヤがあり、接地信号の他に、送信フレーム用の2本のワイヤと戻りフレーム用の2本のワイヤがある。このケーブルを使用すると、設置全体を}ツリートポロジにすることができる。^[13]

INTERBUSは製造業で大きな成功を収め、2290万台以上のデバイスが現場に設置されました。InterbusはProfinet技術に加わり、イーサネットベースのフィールドバスProfinetとなり、INTERBUSは現在Profibus Nutzerorganisation eVによって管理されています^[14]

1980 年代、自動車のさまざまな制御システム間の通信問題を解決するために、ドイツのRobert Bosch GmbH社が初めてコントローラ エリア ネットワーク(CAN) を開発しました。CAN のコンセプトは、すべてのデバイスを 1 組の配線で接続でき、接続されたすべてのデバイスが他のデバイスと自由にデータを交換できるというものでした。CAN はすぐに、他の多くのデバイスとともに、工場自動化市場に移行しました。

DeviceNet は、米国の企業Allen-Bradley (現在はRockwell Automationが所有) とODVA (Open DeviceNet Vendor Association) によって、CAN プロトコルに基づくオープン フィールドバス標準として開発されました。DeviceNet は、欧州標準 EN 50325 で標準化されています。DeviceNet 標準の仕様と保守は ODVA の責任です。ControlNet や EtherNet/IP と同様に、DeviceNet は CIP ベースのネットワーク ファミリに属します。CIP ( Common Industrial Protocol ) は、これら 3 つの産業用ネットワークの共通アプリケーション層を形成します。そのため、DeviceNet、ControlNet、および Ethernet/IP は適切に調整されており、管理レベル (EtherNet/IP)、セル レベル (ControlNet)、およびフィールド レベル (DeviceNet) の段階的な通信システムをユーザーに提供します。DeviceNet はオブジェクト指向のバス システムであり、プロデューサー/コンシューマー方式に従って動作します。DeviceNet デバイスは、クライアント (マスター)、サーバー (スレーブ)、またはその両方になることができます。クライアントとサーバーは、プロデューサー、コンシューマー、またはその両方になることができます。

CANopen は、CANopen のユーザーおよびメーカー協会である CiA ( CAN in Automation )によって開発され、2002 年末から欧州規格 EN 50325-4 として標準化されています。CANopen は、CAN 規格 (ISO 11898-2) のレイヤー 1 と 2、およびピン割り当て、伝送速度、アプリケーション レイヤーに関する拡張機能を使用します。

プロセスオートメーションでは、従来、ほとんどのフィールドトランスミッターは4〜20mAの電流ループを介して制御装置に接続されています。これにより、測定値を電流レベルで送信できるだけでなく、1,000メートルを超える長さの2線ケーブル1本だけで、フィールドデバイスに必要な電力を供給することができます。これらのシステムは危険区域にも設置されています。NAMURによると、これらのアプリケーションのフィールドバスはこれらの要件を満たす必要があります。^{[15]計装用の特別規格}IEC /EN 60079-27は、ゾーン0、1、または2に設置するためのフィールドバス本質安全コンセプト（FISCO）の要件を説明しています。

FIP規格は、将来のフィールド バス規格の要件分析を作成するための 1982 年のフランスの取り組みに基づいています。この研究は、1986 年 6 月に 13 のパートナーを含むフィールド バス規格のヨーロッパ Eureka 取り組みにつながりました。開発グループ (réseaux locaux industriels) は、フランスで標準化される最初の提案を作成しました。FIP フィールド バスの名前は、もともとフランス語の「Flux d'Information vers le Processus」の略語として付けられましたが、後に FIP は英語名の「Factory Instrumentation Protocol」で呼ばれるようになりました。

FIP は、その後 10 年間でヨーロッパの市場で主流となった Profibus に押されてしまいました。WorldFIP のホームページには、2002 年以降プレス リリースが掲載されていません。FIP ファミリーに最も近いものは、現在、列車の客車用のWire Train Busにあります。ただし、WorldFIP の特定のサブセット (FIPIO プロトコルとして知られています) は、機械コンポーネントに広く使用されています。

Foundation Fieldbusは、国際オートメーション協会（ISA）によって長年にわたりSP50として開発されました。今日、Foundation Fieldbusは、精製、石油化学、発電、さらには食品・飲料、医薬品、原子力などの多くの重工業プロセスアプリケーションでインストールベースが拡大しています。^[16]

2015年1月1日より、フィールドバス財団は新しいフィールドコムグループの一部となりました。^[17]

Profibus PA (プロセスオートメーション) は、プロセスエンジニアリングにおける測定およびプロセス機器、アクチュエータ、プロセス制御システムまたはPLC / DCS間の通信に使用されます。Profibus PA は、プロセスオートメーションに適した物理層を備えた Profibus バージョンであり、フィールド機器を備えた複数のセグメント (PA セグメント) を、いわゆるカプラを介して Profibus DP に接続できます。これらのセグメントの 2 線式バスケーブルは、通信だけでなく、参加者の電源供給も引き継ぎます ( MBP伝送技術)。Profibus PA のもう 1 つの特徴は、広く使用されているデバイスプロファイル「PA デバイス」(PA プロファイル) です。 ^[18]このプロファイルでは、フィールドデバイスの最も重要な機能がメーカー間で標準化されています。

ビルオートメーション市場では、フィールドバスのアプリケーションに対してもさまざまな要件があります。

• 広いスペースに分散された多数のシンプルな I/O を備えたインストール バス。
• 暖房、換気、空調（HVAC）の制御のための自動化フィールドバス
• 施設管理のための管理ネットワーク

1989年に定義され、主にフランスで使用されているBatiBUS、欧州設備バス（ EIB ）に拡張されたInstabus、および1999年にKonnex（KNX）規格 EN 50090 （ISO/IEC 14543-3）に統合された欧州ホームシステムプロトコル（EHS）があります。2020年には495の会員企業が世界190か国でKNXインターフェースを備えた8,000種類の製品を提供しています。^[19]

1980 年代に遡ると、他のネットワークとは異なり、LonWorks はEchelon Corporationのコンピュータ科学者の成果です。1999 年に通信プロトコル (当時は LonTalk と呼ばれていました) が ANSI に提出され、制御ネットワークの標準 (ANSI/CEA-709.1-B) として承認され、2005 年には EN 14908 (欧州ビル自動化標準) として承認されました。このプロトコルは、ビル自動化のBACnet ASHRAE/ANSI 標準のいくつかのデータ リンク/物理層の 1 つでもあります。

BACnet規格は、1987年にアメリカ暖房冷凍空調学会（ASHRAE ）によって開発され、現在も維持されています。BACnetは、1995年以来、米国国家規格（ ANSI）135、欧州規格、多くの国の国家規格、そして2003年以来の国際ISO規格16484となっています。^[20] BACnetは、2017年にビルオートメーション市場で60％の市場シェアを獲得しました。^[21]

フィールドバス技術は 1988 年から存在していましたが、ISA S50.02 規格の完成とともに、国際規格の開発には何年もかかりました。1999 年、IEC SC65C/WG6 規格委員会は、IEC フィールドバス規格の草案の相違点を解決するために会合しました。この会合の結果、8 つの異なるプロトコル セット (「タイプ」と呼ばれる) を含む IEC 61158 規格の初期形式ができました。

この形式の標準は、もともと欧州共同市場向けに開発されたもので、共通性にはあまり重点を置いておらず、国家間の貿易制限の排除という主な目的を達成しています。共通性の問題は、現在、各フィールドバス標準タイプをサポートする国際コンソーシアムに委ねられています。承認されるとすぐに、IEC 標準の開発作業は中止され、委員会は解散しました。新しい IEC 委員会 SC65C/MT-9 が結成され、4000 ページを超える IEC 61158 内の形式と内容の矛盾を解決しました。上記のプロトコル タイプに関する作業はほぼ完了しています。安全フィールドバスやリアルタイム イーサネット フィールドバスなどの新しいプロトコルは、通常の 5 年メンテナンス サイクル中に国際フィールドバス標準の定義に受け入れられています。2008 年バージョンの標準では、フィールドバス タイプが通信プロファイル ファミリ (CPF) に再編成されています。^[22]

フィールドバスには競合するテクノロジが多数存在し、単一の統合通信メカニズムに対する当初の期待は実現されていません。フィールドバス テクノロジはアプリケーションごとに異なる方法で実装する必要があるため、これは予想外のことではありません。自動車用フィールドバスは、プロセス プラント制御フィールドバスとは機能的に異なります。

1999 年 6 月、IEC の活動委員会 (CA) は、新世紀に間に合うように、2000 年 1 月 1 日に有効な第 1 版からフィールドバス規格の新しい構造を採用することを決定しました。すべてのフィールドバスが属する大規模な IEC 61158 規格があります。^[23]専門家は、IEC 61158 の構造は、サービスとプロトコルに分割されたさまざまなレイヤーに従って維持されることを決定しました。個々のフィールドバスは、さまざまなタイプとしてこの構造に組み込まれます。

標準 IEC 61158産業用通信ネットワーク - フィールドバス仕様は、次の部分に分かれています。

• IEC 61158-1 パート 1: IEC 61158 および IEC 61784 シリーズの概要とガイダンス
• IEC 61158-2 PhL: パート2: 物理層仕様およびサービス定義
• IEC 61158-3-x DLL: パート 3-x: データリンク層サービス定義 - タイプ x 要素
• IEC 61158-4-x DLL: パート 4-x: データリンク層プロトコル仕様 - タイプ x 要素
• IEC 61158-5-x AL: パート 5-x: アプリケーション層サービス定義 - タイプ x 要素
• IEC 61158-6-x AL: パート 6-x: アプリケーション層プロトコル仕様 - タイプ x 要素

各パートには依然として数千ページが含まれています。そのため、これらのパートはさらにサブパートに分割されています。個々のプロトコルには、単にタイプ別に番号が付けられています。したがって、必要に応じて、各プロトコル タイプに独自のサブパートがあります。

IEC 61158 規格の個々の部分の対応するサブパートを見つけるには、特定のファミリの対応するプロトコル タイプを知る必要があります。

IEC 61158 の 2019 版では、最大 26 種類のプロトコルが指定されています。IEC 61158 の標準化では、ブランド名の使用は避けられ、無味乾燥な技術用語と略語に置き換えられています。たとえば、イーサネットは、技術的に正しい CSMA/CD または対応する ISO 標準 8802.3 への参照に置き換えられています。フィールドバス名についても同様で、すべてタイプ番号に置き換えられています。したがって、読者は、IEC 61158 フィールドバス標準全体で PROFIBUS や DeviceNet などの名称を見つけることはありません。IEC 61784 への準拠のセクションには、完全な参照表が提供されています。

IEC 61158 のこのフィールドバス規格のコレクションは、実装に適していないことは明らかです。使用説明書を補足する必要があります。これらの説明書は、IEC 61158 のどの部分をどのように機能システムに組み立てるかを示しています。この組み立て説明書は、その後 IEC 61784 フィールドバス プロファイルとしてまとめられました。

IEC 61158-1 ^[24]によれば、規格IEC 61784は以下の部分に分かれています。

• IEC 61784-1 産業用制御システムにおけるフィールドバスの使用に関する連続製造および個別製造のプロファイル セット
• IEC 61784-2 リアルタイムアプリケーションにおける ISO/IEC 8802 3 ベースの通信ネットワークの追加プロファイル
• IEC 61784-3 機能安全フィールドバス – 一般規則とプロファイル定義
• IEC 61784-3-n 機能安全フィールドバス – CPF n の追加仕様
• IEC 61784-5-n フィールドバスの設置 - CPF n の設置プロファイル

IEC 61784 Part 1 ^[25]規格の「産業用制御システムにおけるフィールドバスの使用に関する連続および個別製造のためのプロファイルセット」には、国家標準化団体によって提案されたすべてのフィールドバスが記載されています。2003 年の第 1 版では、7 つの異なる通信プロファイル ファミリ (CPF) が導入されました。

• CPF 1 FOUNDATION フィールドバス
• CPF 2コントロールネット
• CPF 3プロフィバス
• CPF 4 P-NET
• CPF 5ワールドFIP
• CPF 6インターバス
• CPF 7 スウィフトネット

航空機製造（ボーイング）で広く使用されている Swiftnet は、この規格の最初の版に含まれていました。これは後に間違いであることが判明し、2007 年版 2 ではこのプロトコルは規格から削除されました。同時に、CPF 8 CC-Link、CPF 9 HARTプロトコル、CPF 16 SERCOSが追加されました。2014 年版 4 では、最後のフィールドバス CPF 19 MECHATROLINKが規格に含まれました。2019 年版 5 は、新しいプロファイルが追加されていないメンテナンス改訂版でした。

この標準に含まれていないフィールドバスの 自動化プロトコルのリストを参照してください。

フィールドバスプロファイルの第 2 版には、すでに Ethernet を物理層としてベースとした最初のプロファイルが含まれています。^[26]この新しく開発されたリアルタイム Ethernet (RTE) プロトコルはすべて、IEC 61784 パート 2 ^[27]に、リアルタイムアプリケーションにおける ISO/IEC 8802 3 ベースの通信ネットワーク用の追加プロファイルとしてまとめられています。ここには、 Ethernet/IPソリューション、 PROFINET IOの 3 つのバージョン(クラス A、B、C)、P-NET ^[28] Vnet/IP ^[29] TCnet、^[30] EtherCAT、Ethernet POWERLINK、Ethernet for Plant Automation (EPA)、および新しいリアルタイム パブリッシュ/サブスクライブ MODBUS-RTPS とレガシー プロファイル MODBUS-TCP を備えた MODBUS があります 。

SERCOSソリューションはこの文脈で興味深いものです。軸制御分野のこのネットワークには、独自の標準IEC 61491がありました。^[31]イーサネットベースのソリューションSERCOS IIIの導入により、この標準は分解され、通信部分はIEC 61158/61784に統合されました。アプリケーション部分は、他のドライブソリューションとともに、特別なドライブ標準IEC 61800-7に統合されました。

2007 年の第 1 版の RTE のリストはすでに長くなっています。

• CPF 2 CIP
• CPF 3プロフィバスとプロフィネット
• CPF 4 P-NET ^[28]
• CPF 6インターバス
• CPF 10 Vネット/IP ^[29]
• CPF 11 TCネット^[30]
• CPF 12イーサキャット
• CPF 13イーサネット パワーリンク
• CPF 14 プラントオートメーション向けイーサネット (EPA)
• CPF 15モドバス
• CPF 16サーコス

2010年には、CPF 17 RAPIEnetとCPF 18 SafetyNET pを含む第2版が発行されました。2014年の第3版では、CC-Linkの産業用イーサネット（IE）バージョンが追加されました。2つのプロファイルファミリCPF 20 ADS-net ^[32]とCPF 21 FL-net ^[33]は、2019年の第4版に追加されました。

これらの RTE の詳細については、産業用イーサネットに関する記事を参照してください。

機能安全については、さまざまなコンソーシアムが、 IEC 61508に準拠した安全度水準 3 (SIL)またはISO 13849に準拠したパフォーマンス レベル "e" (PL)までの安全アプリケーション用のさまざまなプロトコルを開発しています。ほとんどのソリューションに共通するのは、ブラック チャネルに基づいているため、さまざまなフィールドバスやネットワークを介して送信できることです。実際のプロファイルに応じて、安全プロトコルは、カウンター、 CRC、エコー、タイムアウト、一意の送信者および受信者 ID、またはクロス チェックなど の対策を提供します。

^{2007年に発行されたIEC 61784パート3 [34]}の初版「産業用通信ネットワーク - プロファイル - 機能安全フィールドバス」には、通信プロファイルファミリ（CPF）が含まれています。

• CPF 1 FOUNDATIONフィールドバス^[35]
• CIP安全性を備えたCPF 2 CIP
• CPF 3 PROFIBUS & PROFINET （PROFIsafe付き）
• CPF 6インターバス

SERCOSはCIP安全プロトコルも使用しています。 ^[36] 2010年に発行された第2版では、追加のCPFが標準に追加されました。

• CPF 8 CCリンク
• CPF 12 EtherCAT（Safety over EtherCAT対応）
• CPF 13 イーサネット POWERLINK (openSAFETY搭載)
• CPF 14 EPA

2016 年の第 3 版では、最新の安全プロファイル CPF 17 SafetyNET pが追加されました。新しい第 4 版は 2021 年に公開される予定です。この規格には現在 9 つの異なる安全プロファイルがあります。それらはすべて次のセクションのグローバル コンプライアンス テーブルに含まれており、参照されています。

各ブランド名のプロトコル ファミリは、通信プロファイル ファミリと呼ばれ、番号付きの CPF と略されます。各プロトコル ファミリでは、フィールドバス、リアルタイム イーサネット ソリューション、インストール ルール、機能安全プロトコルを定義できるようになりました。これらの可能なプロファイル ファミリは、IEC 61784 に規定されており、次の表にまとめられています。

例として、PROFIBUS-DP の規格を検索します。これは CPF 3 ファミリに属し、プロファイル CP 3/1 を持ちます。表 5 では、そのプロトコル範囲が IEC 61784 パート 1 で定義されていることがわかります。プロトコル タイプ 3 を使用するため、プロトコル定義には IEC 61158-3-3、61158-4-3、61158-5-3、および 61158-6-3 のドキュメントが必要です。物理インターフェイスは、タイプ 3 の共通 61158-2 で定義されています。インストール規則は、IEC 61784-5-3 の付録 A に記載されています。これは、IEC 61784-3-3 規格で定義されている PROFIsafe として FSCP3/1 と組み合わせることができます。

製造業者がこれらすべての標準を明示的にリストアップする必要がないように、プロファイルへの参照は標準で指定されます。PROFIBUS-DPの例では、関連する標準の仕様は次のようにする必要があります。

IEC 61784-1 Ed.3:2019 CPF 3/1に準拠

プロセス自動化アプリケーション (炭化水素処理や発電などの産業における流量計、圧力トランスミッター、その他の測定デバイスや制御バルブ) のフィールドバス ネットワークの要件は、モーション センサー、位置センサーなど多数の個別センサーが使用される自動車製造などの個別製造アプリケーションで見られるフィールドバス ネットワークの要件とは異なります。個別フィールドバス ネットワークは、多くの場合、「デバイス ネットワーク」と呼ばれます。

国際電気標準会議（IEC）は、2000年にすでに、デバイスネットワークをカバーするために、技術委員会TC 121低電圧スイッチギアおよびコントロールギアによってコントローラデバイスインターフェイス（CDI）のセットを指定することを決定しました。番号IEC 62026 ^[37]のこの標準セットには、2019年の実際の版に次の部分が含まれています。

• IEC 62026-1: パート 1: 一般規則
• IEC 62026-2: パート 2:アクチュエータ センサー インターフェース(AS-i)
• IEC 62026-3: パート 3:デバイスネット
• IEC 62026-7: パート 7: CompoNet

以下の部品は 2006 年に廃止され、現在はメンテナンスされていません。

• IEC 62026-5: パート 5: スマート分散システム (SDS)
• IEC 62026-6: パート 6: Seriplex (シリアル多重化制御バス)

フィールドバスでは、4-20 mA 設備よりも必要なケーブルの量がはるかに少なくなります。これは、4-20 mA デバイスの場合のようにデバイスごとに専用のケーブル セットを必要とするのではなく、多くのデバイスがマルチドロップ方式で同じケーブル セットを共有するためです。さらに、フィールドバス ネットワークではデバイスごとに複数のパラメータを通信できますが、4-20 mA 接続では 1 つのパラメータしか送信できません。フィールドバスは、予測的かつ予防的なメンテナンス戦略を作成するための優れた基盤も提供します。フィールドバス デバイスから利用できる診断を使用して、デバイスの問題が重大な問題になる前に対処できます。^[38]

各技術はフィールドバスという総称を共有しているにもかかわらず、さまざまなフィールドバスは簡単には互換性がありません。それらの違いは非常に大きく、簡単に相互に接続することはできません。^[39]フィールドバス規格間の違いを理解するには、フィールドバスネットワークの設計方法を理解する必要があります。OSIモデルを参照すると、フィールドバス規格は、ケーブル配線の物理メディアと、参照モデルのレイヤー1、2、7によって決定されます。

各技術について、物理媒体および物理層標準は、ビットタイミング、同期、エンコード/デコード、帯域速度、バス長、およびトランシーバと通信線との物理的接続の実装を詳細に記述しています。データリンク層標準は、物理層による送信準備のためのメッセージの組み立て方法、エラー処理、メッセージフィルタリング、バス調停、およびこれらの標準をハードウェアに実装する方法を完全に規定します。アプリケーション層標準は、一般に、データ通信層が通信を希望するアプリケーションとどのようにインターフェースするかを定義します。メッセージ仕様、ネットワーク管理実装、およびサービスアプリケーションからの要求への応答について説明します。レイヤー3から6は、フィールドバス標準では説明されていません。^[40]

フィールドバスはそれぞれ異なる機能とパフォーマンスを提供します。データ転送方法に根本的な違いがあるため、フィールドバスのパフォーマンスを総合的に比較することは困難です。以下の比較表では、問題のフィールドバスが通常 1 ミリ秒以上のデータ更新サイクルをサポートしているかどうかのみを示します。

2008年現在、プロセス制御システムでは、 Foundation FieldbusとProfibus^{[アップデート]} PAが市場を独占しています。^[41]どちらの技術も同じ物理層（ 31.25kHzの2線式マンチェスター符号化電流変調）を使用していますが、互換性はありません。一般的なガイドとして、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）によって制御および監視されるアプリケーションはPROFIBUSに傾向があり、デジタル/分散制御システム（DCS）によって制御および監視されるアプリケーションはFoundation Fieldbusに傾向があります。PROFIBUS技術は、ドイツのカールスルーエに本社を置くProfibus Internationalを通じて利用できます。Foundation Fieldbus技術は、テキサス州オースティンのFieldbus Foundationが所有および配布しています。

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