现场总线是一种串行的数据通信链路，它沟通了基础控制设备之间以及更高层次的高级控制层或管理层之间的联系。现场总线控制系统作为新一代的全分布式控制系统，适应了控制系统向智能化、网络化、分散化发展的趋势，具有强大的生命力。本文以教育部骨干教师资助计划项目“低成本控制网络研究”和国家经贸委项目“舰船用智能仪表系列研究”为研究背景，在较全面综述现场总线的发展历史、当前现状和今后的发展趋势基础上，侧重研究LON现场总线技术和低成本控制网络的设计，主要包括现场总线通信时延模型的探讨、竞争类MAC协议的性能分析、LON网络协议算法的剖析和信道效率研究、智能通信节点设计和数据传输效率统计、现场智能节点设计和即插即用技术的实现、低成本控制网络的组网策略研究、基于网络控制的系统软件设计和OPC服务器的实现等内容，这些理论研究和具体实践对现场总线的产品开发和推广应用具有积极意义和实用价值。 本文主要研究成果有： 1.研究了现场总线系统的实时通信需求，给出了描述协议性能的参数，描述了现场总线控制网络的数据类型和时延模型，引用了排队论等分析工具，对竞争类CSMA协议的原理及其性能进行了深入分析和仿真计算，得出了相关参数(如节点数目、输入负载、数据帧长度、传播时延等)对性能指标影响的敏感程度，这些结论对工程实践具有指导意义。 2.简述了LonTalk协议各层次的基本功能，分析了其MAC子层协议(时隙可预测P-坚持CSMA协议)的原理和特点，剖析了时隙可预测P-坚持CSMA协议的实施策略，具体描述了时隙可预测P-坚持CSMA协议的实现算法，并结合实际应用例子分析了该算法在不同通信服务方式下的效果和影响，给出了信道效率分析的方法，并为如何改善信道效率建立了时隙可预测P-坚持CSMA协议的概率与争用信道的到达节点数之间的关系模型。 3.针对现场总线与监控服务器的接口问题，设计和实现了智能通信节点，并用排队论对其部件性能作了分析；在此基础上，通过对通信系统的M/M/1建模，对网络测控数据的传输实时性进行了综合分析，推断出了网络节点个数、数据帧长度、服务率、服务强度、概率等参数之间的关系。 4.提出了低成本控制网络的定义和设计目标，描述了基本节点的类型和作用，分析了智能节点的基本功能，给出了智能节点的设计和应用实例。在此基础上，分别提出了在现场智能节点和通信节点上实现即插即用技术的方法，并对组网原则、数据通信方式选择、节点安装方式以及物理网络的安装设计等组网策略进行了全面讨论。 5.介绍了C/S模式下FCS的软件组成，描述了网络管理、通信驱动、数据管理和维护等软件功能。围绕信息集成问题，探讨了OPC技术及其规范，给出了OPC服务器设计的实施技术和步骤，并结合低成本控制网络设计和实现了基于数据存取规范的OPC服务器；另外，还对支持数据库管理和操作的ODBC技术及其应用方面的问题作了研究和实践。