16 现场总线控制技术

7）具有综合功能 ）
现场仪表既有检测、变换和补偿功能， 现场仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控 制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户， 制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户， 也降低了成本。 也降低了成本。
8）可实现分散控制 ）
由于控制站功能分散在现场仪表中， 由于控制站功能分散在现场仪表中，通过现场 仪表构成的控制回路，实现了彻底的分散控制，提 仪表构成的控制回路，实现了彻底的分散控制， 高了系统的可靠性、自治性和灵活性。 高了系统的可靠性、自治性和灵活性。
现场总线控制系统的结构
一个按现场总线技术构造的计算机监控系统如图8-1所示。 现场总线系统有两个主要部分组成：一是现场智能设备，二 是系统的传输介质。现场智能设备由微处理器以及外围电路 构成；现场总线系统使用最多的传输介质是双绞线。
现场总线的体系结构特点
1．现场通信网络 ．
用于过程及制造自动化的现场设备或现场办公仪表互连 的通信网络。 的通信网络。 现场总线是生产过程控制的底层控制网络， 现场总线是生产过程控制的底层控制网络，它们与生 产过程现场设备直接连接， 产过程现场设备直接连接，一方面将现场测量控制设备互 连为通信网络，实现不同网段、 连为通信网络，实现不同网段、不同现场通信设备间的信 息共享； 息共享；同时又将现场运行的各种信息传送到远离现场的 控制器，并进一步实现与操作终端、 控制器，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的 连接和信息共享。在把一个现场设备的运行参数、 连接和信息共享。在把一个现场设备的运行参数、状态以 及故障信息等送往控制室的同时，又将各种控制、维护、 及故障信息等送往控制室的同时，又将各种控制、维护、 组态命令， 组态命令，乃至现场设备的工作电源等送往各相关的现场 设备， 设备，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控 制管理层次之间的联系。 制管理层次之间的联系。
计算机测控系统
—— 现场总线控制技术
李江全
石河子大学机电学院电气工程系 2009年11月 年 月
现场总线概述
现场总线的产生
按照IEC 和现场总线基金会 FF的定义 按照 IEC和现场总线基金会 FF 的定义 ： 现场总线是连接 IEC 和现场总线基金会FF的定义： 智能现场设备和各类自动化系统的数字式、 双向传输、 智能现场设备和各类自动化系统的数字式 、 双向传输 、 多 分支结构的通信网络。 分支结构的通信网络。 现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的开 放式、 数字化、双向串行、 多节点的通信总线。 放式 、 数字化 、 双向串行 、 多节点的通信总线 。 采用现场 总线技术可实现一种具有开放式、 总线技术可实现一种具有开放式 、 数字化和网络化结构的 新型计算机控制系统， 即现场总线控制系统（ FCS， 新型计算机控制系统 ， 即现场总线控制系统 （ FCS ， Field System） 通俗地说，FCS将构成自动化系统的各 Control System）。通俗地说，FCS将构成自动化系统的各 种传感器、执行机构及控制器通过现场控制网络联系起来， 种传感器 、 执行机构及控制器通过现场控制网络联系起来 ， 通过网络上的信息传输完成传统系统中需要硬件连接才能 传递的信号，并完成各设备的协调，实现自动化控制。 传递的信号，并完成各设备的协调，实现自动化控制。
5）互换性强 ）
用户可以自由地选择不同制造商所提供的性能 价格比最优的现场设备或现场仪表， 价格比最优的现场设备或现场仪表，并可将不同品 牌的仪表互连。即使某台仪表出现故障，换上其它 牌的仪表互连。即使某台仪表出现故障， 品牌的同类仪表可照常工作，实现“即接即用” 品牌的同类仪表可照常工作，实现“即接即用”。 使系统集成变得更加方便、快捷， 使系统集成变得更加方便、快捷，也使得用户拥有 更大的集成自主权。 更大的集成自主权。
5．互操作性 ．
由于现场设备或现场仪表的种类繁多， 由于现场设备或现场仪表的种类繁多，没有任何一家制 造商可以提供一个工厂所需的全部设备， 造商可以提供一个工厂所需的全部设备，所以互相连接不同 制造商的产品是不可避免的。 制造商的产品是不可避免的。用户或开发者并不希望为选用 不同制造商的产品而在硬件和软件上付出太多的代价， 不同制造商的产品而在硬件和软件上付出太多的代价，而是 希望将属于不同制造商的同时其性能价格比最高的产品集成 在一起，并实现“即接即用” 所谓“互操作性” 在一起，并实现“即接即用”。所谓“互操作性”不仅仅是 指属于不同制造商的产品之间能够相互传送数据， 指属于不同制造商的产品之间能够相互传送数据，更为重要 的是这些设备能够”理解”所接收数据的含义， 的是这些设备能够”理解”所接收数据的含义，并做出正确 的响应。当然，用户还希望能对不同的设备进行统一组态， 的响应。当然，用户还希望能对不同的设备进行统一组态， 构成所需的控制系统。只有这样才能真正将现场设备集成。 构成所需的控制系统。只有这样才能真正将现场设备集成。
2）节省硬件与投资 ）
由于现场总线系统中分散在现场的智能设备能 直接执行多种检测、控制、报警和计算等功能， 直接执行多种检测、控制、报警和计算等功能，因 而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、 而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、 计算单元等，也不再需要集散控制系统的信号调理、 计算单元等，也不再需要集散控制系统的信号调理、 转换、隔离等功能单元及其复杂接线， 转换、隔离等功能单元及其复杂接线，还可以用于 工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资， 工控 机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资， 机作为操作站 并可减少控制室的占地面积。 并可减少控制室的占地面积。
现场总线是连接智能现场设备和各类自动化系统的数 字式、双向传输、多节点、多分支结构的通信网络。 字式、双向传输、多节点、多分支结构的通信网络。现场 总线控制系统既是一个开放的通信网络， 总线控制系统既是一个开放的通信网络，又是一个全分布 式的控制系统。它作为智能设备的联系纽带， 式的控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总 线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统， 线上作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步 构成自动化控制信息系统，具有基本控制、补偿计算、参 构成自动化控制信息系统，具有基本控制、补偿计算、 数修改、报警、显示、监控、 数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化等综合自 动化功能。因此，现场总线技术综合了智能传感器、 动化功能。因此，现场总线技术综合了智能传感器、自动 控制、计算机、数字通信、网络技术等方面的内容。 控制、计算机、数字通信、网络技术等方面的内容。
ห้องสมุดไป่ตู้
6）互操作性好 ）
用户可把不同制造厂家的现场仪表或设备 集成在一起，进行统一组态，构成所需的控制 集成在一起，进行统一组态， 系统。 系统。现场仪表或设备间可以方便地进行相互 通信、沟通和操作控制。用户不必为集成不同 通信、沟通和操作控制。 品牌的产品而在硬件或软件上花费额外的力气， 品牌的产品而在硬件或软件上花费额外的力气， 或增加额外投资。
4）状态可控 ）
由于现场设备具有了一定的智能性， 由于现场设备具有了一定的智能性，不仅能 够提供测量参数的信息， 够提供测量参数的信息，还能提供自身工作状态 的信息。 的信息。操作员在控制室内既可了解现场设备或 现场仪表的工作状况，也能对其进行多次调整， 现场仪表的工作状况，也能对其进行多次调整， 还可预测或寻找故障， 还可预测或寻找故障，系统始终处于操作员的远 程监视与控制之下，提高了系统的可靠性、 程监视与控制之下，提高了系统的可靠性、可控 性和可维护性。 性和可维护性。
3．系统的开放性 ． 现场总线为开放式互连网络，既可与同层 现场总线为开放式互连网络， 网络互连，也可与不同层网络互连。 网络互连，也可与不同层网络互连。开放式互 连网络还体现在网络数据库共享，通过网络对 连网络还体现在网络数据库共享， 现场设备和功能模块统一组态， 现场设备和功能模块统一组态，使不同厂家的 网络及设备融为一体，构成统一的FCS。 网络及设备融为一体，构成统一的FCS。 FCS
6．通信线供电 ．
在现场总线控制系统中， 在现场总线控制系统中，本身就要求连接线尽可能 的少，因此，最好采用通信线供电方式， 的少，因此，最好采用通信线供电方式，即允许现 场仪表直接从通信线上获取能量。 场仪表直接从通信线上获取能量。 现场总线是专为现场环境而设计的， 现场总线是专为现场环境而设计的，可支持多种 通信线路媒介，具有较强的抗干扰能力， 通信线路媒介，具有较强的抗干扰能力，并可满足 本质安全防爆要求。 本质安全防爆要求。这种供电方式可用于本质安全 环境的低功耗现场仪表。 环境的低功耗现场仪表。
现场总线控制系统的优点
1）一对N结构 ）一对 结构
所谓1对 结构是指 对传输线， 结构是指1对传输线 台现场设备， 所谓 对N结构是指 对传输线，连N台现场设备， 台现场设备 双向传输多个信号。 双向传输多个信号。由于一对双绞线或一条电缆上可 挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量 挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、 大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。 这种结构使得接线简单、工程周期短、安装费用低、 这种结构使得接线简单、工程周期短、安装费用低、 维护容易。当需要增加现场控制设备时， 维护容易。当需要增加现场控制设备时，无需增加新 的电缆，可就近连接在原有的电缆上， 的电缆，可就近连接在原有的电缆上，减少了现场接 线，既节省了投资，也减少了设计、安装工作量。 既节省了投资，也减少了设计、安装工作量。
2．现场设备互连 ． 现场设备或现场仪表是指传感器、 现场设备或现场仪表是指传感器、变送 器、执行器、服务器和网桥、辅助设备、监 执行器、服务器和网桥、辅助设备、 控设备等。这些设备通过一对传输线互连。 控设备等。这些设备通过一对传输线互连。 传输线可使用双绞线、同轴电缆、光纤、 传输线可使用双绞线、同轴电缆、光纤、射 频、红外线、电力线等，也可以无线传输。 红外线、电力线等，也可以无线传输。