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    摘要：本文在簡介現場總線技術的基礎上，重點論述了現場總線的十大特點，對比了現場總線控制系統與傳統的控制的系統接線方式。

    1.現場總線技術

    基于現場總線的控制系統打破了傳統控制系統采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進行連線的結構形式。把原先DCS系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現場設備，加上現場設備具有通信能力，因而控制系統功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。

    現場總線控制系統既是一個開放通信網絡，又是一種全分布控制系統。它把作為網絡節點的智能設備連接成自動化網絡系統，實現基礎控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化的綜合自動化功能。現場總線技術是一項以智能傳感器、控制、計算機、數字通信、網絡為主要內容的綜合技術。

    現場總線技術是控制、計算機、通信技術的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續、離散工業領域，如過程自動化、制造加工自動化、樓宇自動化、家庭自動化等。它的出現和快速發展體現了控制領域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據采集的智能化的要求。現場總線技術的發展體現為兩個方面：一個是低速現場總線領域的不斷發展和完善；另一個是高速現場總線技術的發展。而目前現場總線產品主要是低速總線產品，應用于運行速率較低的領域，對網絡的性能要求不是很高。從實際應用狀況看，大多數現場總線，都能較好地實現速率要求較低的過程控制。

    2.現場總線的特點

    現場總線技術實際上是采用串行數據傳輸和連接方式代替傳統的并聯信號傳輸和連接方式的方法，它依次實現了控制層和現場總線設備層之間的數據傳輸，同時在保證傳輸實時性的情況下實現信息的可靠性和開放性。與傳統的PLC點對點的控制方法相比，現場總線控制系統具有無可比擬的優勢。一般的現場總線具有以下幾個特點：

    1）具有較高的性能價格比。布線簡單是大多現場總線共有的特性，現場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絡拓撲使得系統的接線成本和維護成本大大降低。由于采用串行方式，所以大多數現場總線采用雙絞線，還有直接在兩根信號線上加載電源的總線形式。這樣，采用現場總線類型的設備和系統給人明顯的感覺就是簡單直觀。由于導線、連接附件的大幅度的減少，使原來的幾百根，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，所以設計、安裝、調試、維護的費用大幅度地減少。原來繁瑣的原理圖、布線圖設計變得簡單易行；標準接插件快速、簡便的安裝，耗費的人力、物力大量減少；強大的故障診斷能力，使系統的調試和維護工作量大幅減少。

    2）系統性能大幅度提高。可靠的數據傳輸，快速的數據響應，強大的抗干擾能力，使控制系統的檔次跨越了一個臺階。許多總線在通信介質、信息檢驗、信息糾錯、重復地址檢測等方面都有嚴格的規定，從而確保總線通信快速、完全可靠的進行。

    3）一般總線都具備一定的抗干擾能力，同時，當系統發生故障是，具備一定的診斷能力，以最大限度的保護網絡，總線故障診斷能力的大小是由總線所采用的傳輸的物理媒介和傳輸的軟件協議決定的，所以不同的總線具有不同的診斷能力和處理能力。并具有強大的自動診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節點的通信故障、電源故障，以及現場裝置和連接件的斷路、短路故障，從而迅速地發現系統的各種故障位置和狀態，可較快的更換故障節點。

    4）采用數字信號通信，有效提高系統的測量和控制精度。各種開關量、模擬量信號就近轉變為數字信號，避免了信號的衰減和變形。總線的實時性要求是為了適應現場控制和現場采集的特點，一般的現場總線都要求在保證數據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，表示系統的響應時間就越短，但是傳輸速度不能僅靠提高傳輸速率來解決，傳輸的效率也很重要。傳輸效率主要是有效用戶數據在傳輸幀中的比率，還有成功傳輸幀在所有傳輸幀的比率。

    5）總線節點具有IP67的防護等級，具有防水、防塵、抗振動的特性。可以直接安裝于工業設備上，大量減少了現場接線箱，使系統可靠性提高。

    6）對現場環境的適應性。工作在生產現場前端，作為工廠網絡底層的現場總線，是專為現場環境而設計的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現供電與通信，并可滿足本質安全防爆要求等。更加適合直接安裝于石油、化工等危險防爆場所，減少系統發生危險的可能性。

    7）現場設備的智能化與功能自治性。現場總線將測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態。由于可以將PID功能植入到變送器或執行器中去，使控制周期大為縮短。目前可以從DCS的每秒調節2～3次增加到每秒調節10～20次，從而改善了調節性能。

    8）互操作性與互用性。互操作性是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通；可實行點對點，一點對多點的數字通信。而互用性則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。由于免除了主機入口處的瓶頸現象，既可以提高系統的安全性和可靠性，使主機有更多的時間來從事優化等工作以提高效益。

    9）系統的開放性。開放系統是指通信協議公開，各不同廠家的設備之間可進行互連并實現信息交換，現場總線開發者就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統。這里的開放是指對相關標準的一致、公開性，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統相連。一個具有總線功能的現場總線網絡系統必須是開放的，開放系統把系統集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統。總線必須具有開放性是指兩個方面：一方面能與不同的控制系統相連接，也就是應用的開放性；另一方面就是通信規約的開放，也就是開發的開放性。只有具備了開放性，才能使得現場總線既具備傳統總線的低成本，又能適合先進控制的網絡化和系統化要求。

   10）系統結構的高度分散性。由于現場設備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現場總線已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提高了可靠性。

    3.現場總線系統接線方式

    應用現場總線技術，要求現場設備（傳感器、驅動器、執行機構等設備）是帶有串行通信接口的智能化（可編程或可參數化）設備。因此，現場總線技術以計算機大規模集成電路的發展為基礎。集現場設備的遠程控制、參數化及故障診斷為一體的現場總線技術，采用計算機數字化通信技術連接智能化現場設備，因此，控制器可從現場設備獲取大量豐富信息，可實現設備狀態、故障、參數信息傳送，可完成設備遠程控制、參數化及故障診斷工作。

    現場總線技術是實現工廠底層信息集成的關鍵技術，是實施CIMS各層次的信息集成及支撐技術，現場總線是工廠計算機網絡到現場級設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎。

    現場總線系統打破了傳統模擬控制系統采用的一對一的設備連線模式，而采用了總線通信方式，因而控制功能可不依賴控制室計算機直接在現場完成，實現了徹底的分散控制，為簡化系統結構、節約硬件設備、節約連接電纜與各種安裝、維護費用創造了條件。現場總線控制系統與傳統的控制系統接線的比較如圖1所示。

    現場總線的功能是：構造了網絡集成式全分布系統；是底層控制網絡。現場總線增強了現場級的信息采集能力，現場總線可從現場設備獲取大量豐富信息，能夠很好地滿足工廠自動化乃至CIMS系統的信息集成要求。現場總線是數字化的通信網絡，它不單純取代4~20mA信號，還可實現設備狀態、故障和參數信息傳送。系統除完成遠程控制，還可完成遠程參數化工作。

    不同廠家產品只要使用同一種總線標準，就具有互操作性、互換性，因此設備具有很好的可集成性。系統為開放式，允許其他廠商將自己專長的控制技術，如控制算法、工藝方法、配方等集成到通用控制系統中，因此，市場上將有許多面向行業特點的監控制系統。