摘要：本文在簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了現(xiàn)場(chǎng)總線的十大特點(diǎn)，對(duì)比了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制的系統(tǒng)接線方式。

    1.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

    基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設(shè)備一對(duì)一的分別進(jìn)行連線的結(jié)構(gòu)形式。把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有通信能力，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。

    現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開(kāi)放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它把作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化的綜合自動(dòng)化功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)。

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是控制、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過(guò)程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等。它的出現(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)档统杀?、提高可靠性、增?qiáng)可維護(hù)性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化的要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善；另一個(gè)是高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展。而目前現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運(yùn)行速率較低的領(lǐng)域，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從實(shí)際應(yīng)用狀況看，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線，都能較好地實(shí)現(xiàn)速率要求較低的過(guò)程控制。

    2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)際上是采用串行數(shù)據(jù)傳輸和連接方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯(lián)信號(hào)傳輸和連接方式的方法，它依次實(shí)現(xiàn)了控制層和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備層之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)在保證傳輸實(shí)時(shí)性的情況下實(shí)現(xiàn)信息的可靠性和開(kāi)放性。與傳統(tǒng)的PLC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方法相比，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。一般的現(xiàn)場(chǎng)總線具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

    1）具有較高的性能價(jià)格比。布線簡(jiǎn)單是大多現(xiàn)場(chǎng)總線共有的特性，現(xiàn)場(chǎng)總線的最大革命是布線方式的革命，最小化的布線方式和最大化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫沟孟到y(tǒng)的接線成本和維護(hù)成本大大降低。由于采用串行方式，所以大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線采用雙絞線，還有直接在兩根信號(hào)線上加載電源的總線形式。這樣，采用現(xiàn)場(chǎng)總線類型的設(shè)備和系統(tǒng)給人明顯的感覺(jué)就是簡(jiǎn)單直觀。由于導(dǎo)線、連接附件的大幅度的減少，使原來(lái)的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少，所以設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用大幅度地減少。原來(lái)繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行；標(biāo)準(zhǔn)接插件快速、簡(jiǎn)便的安裝，耗費(fèi)的人力、物力大量減少；強(qiáng)大的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)工作量大幅減少。

    2）系統(tǒng)性能大幅度提高?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸，快速的數(shù)據(jù)響應(yīng)，強(qiáng)大的抗干擾能力，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個(gè)臺(tái)階。許多總線在通信介質(zhì)、信息檢驗(yàn)、信息糾錯(cuò)、重復(fù)地址檢測(cè)等方面都有嚴(yán)格的規(guī)定，從而確?？偩€通信快速、完全可靠的進(jìn)行。

    3）一般總線都具備一定的抗干擾能力，同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障是，具備一定的診斷能力，以最大限度的保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，總線故障診斷能力的大小是由總線所采用的傳輸?shù)奈锢砻浇楹蛡鬏數(shù)能浖f(xié)議決定的，所以不同的總線具有不同的診斷能力和處理能力。并具有強(qiáng)大的自動(dòng)診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節(jié)點(diǎn)的通信故障、電源故障，以及現(xiàn)場(chǎng)裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的各種故障位置和狀態(tài)，可較快的更換故障節(jié)點(diǎn)。

    4）采用數(shù)字信號(hào)通信，有效提高系統(tǒng)的測(cè)量和控制精度。各種開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，避免了信號(hào)的衰減和變形?？偩€的實(shí)時(shí)性要求是為了適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)控制和現(xiàn)場(chǎng)采集的特點(diǎn)，一般的現(xiàn)場(chǎng)總線都要求在保證數(shù)據(jù)可靠性和完整性的條件下具備較高的傳輸速率和傳輸效率。總線的傳輸速度要求越快越好，速度越快，表示系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間就越短，但是傳輸速度不能僅靠提高傳輸速率來(lái)解決，傳輸?shù)男室埠苤匾?。傳輸效率主要是有效用戶?shù)據(jù)在傳輸幀中的比率，還有成功傳輸幀在所有傳輸幀的比率。

    5）總線節(jié)點(diǎn)具有IP67的防護(hù)等級(jí)，具有防水、防塵、抗振動(dòng)的特性?？梢灾苯影惭b于工業(yè)設(shè)備上，大量減少了現(xiàn)場(chǎng)接線箱，使系統(tǒng)可靠性提高。

    6）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。更加適合直接安裝于石油、化工等危險(xiǎn)防爆場(chǎng)所，減少系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性。

    7）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。現(xiàn)場(chǎng)總線將測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。由于可以將PID功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從DCS的每秒調(diào)節(jié)2～3次增加到每秒調(diào)節(jié)10～20次，從而改善了調(diào)節(jié)性能。

    8）互操作性與互用性?；ゲ僮餍允侵笇?shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。由于免除了主機(jī)入口處的瓶頸現(xiàn)象，既可以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，使主機(jī)有更多的時(shí)間來(lái)從事優(yōu)化等工作以提高效益。

    9）系統(tǒng)的開(kāi)放性。開(kāi)放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開(kāi)，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放系統(tǒng)。這里的開(kāi)放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開(kāi)放的，開(kāi)放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。總線必須具有開(kāi)放性是指兩個(gè)方面：一方面能與不同的控制系統(tǒng)相連接，也就是應(yīng)用的開(kāi)放性；另一方面就是通信規(guī)約的開(kāi)放，也就是開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性。只有具備了開(kāi)放性，才能使得現(xiàn)場(chǎng)總線既具備傳統(tǒng)總線的低成本，又能適合先進(jìn)控制的網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化要求。

   10）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。

    3.現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接線方式

    應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備）是帶有串行通信接口的智能化（可編程或可參數(shù)化）設(shè)備。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路的發(fā)展為基礎(chǔ)。集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)連接智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，因此，控制器可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送，可完成設(shè)備遠(yuǎn)程控制、參數(shù)化及故障診斷工作。

    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工廠底層信息集成的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)施CIMS各層次的信息集成及支撐技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。

    現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用的一對(duì)一的設(shè)備連線模式，而采用了總線通信方式，因而控制功能可不依賴控制室計(jì)算機(jī)直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護(hù)費(fèi)用創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)接線的比較如圖1所示。

    現(xiàn)場(chǎng)總線的功能是：構(gòu)造了網(wǎng)絡(luò)集成式全分布系統(tǒng)；是底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的信息采集能力，現(xiàn)場(chǎng)總線可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠很好地滿足工廠自動(dòng)化乃至CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場(chǎng)總線是數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?~20mA信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障和參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。

    不同廠家產(chǎn)品只要使用同一種總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開(kāi)放式，允許其他廠商將自己專長(zhǎng)的控制技術(shù)，如控制算法、工藝方法、配方等集成到通用控制系統(tǒng)中，因此，市場(chǎng)上將有許多面向行業(yè)特點(diǎn)的監(jiān)控制系統(tǒng)。