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工业现场总线体系

介绍

1.现场总线概述

现场总线（Field bus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。

它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网

络。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。现场总线应用行业：现场总线的产生对工业的发展起着非常重要的作用，对国民经济的增长有着非常重要的影响。现场总线主要应用于石油、化工、电力、医药、冶金、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。

现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点通信的系统也称为开放式．全数字化．多点通信的底层控制网络。

①现场总线的定义：现场总线是用于现场仪表与控制室之间的一种“全数字化，双向．多变量，多点多站的通信系统”其本质含义表现在以下六个方面：现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能模块和开放式互连网络②现场总线的优点：实现了全数字化通信，不同厂家产品互操作；实现了真正的分布式控制(分散式控制)：能够传送多个过程变量的同时可将仪表标识符和简单诊断信息一并传送，能够产生最先进的现场仪表，多变量变送器；提高了测试精度；增强了系统的自治性。

现场总线特征

(1) 全数字化通信

(2) 开放型的互联网络

(3) 互可操作性与互用性

(4) 现场设备的智能化

(5) 系统结构的高度分散性

(6) 对现场环境的适应性

现场总线特点及缺陷

现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。

通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。

功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。

控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。

现场总线总线优点

现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；

一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用；

节省维护开销；

提高了系统的可靠性；

为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。

现场总线总线缺点

网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析与综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。

现场总线总线本质

不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义，不过一般情况下，大家公认在以下六个方面：

现场总线通信网络

用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。

现场总线设备互联

依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。

现场总线互操作性

用户能够根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而能够自由地集成FCS。

现场总线分散功能块

FCS 废弃了DCS 的输入/输出单元和控制站, 把DCS 控制站的功能块分散地分配给现场仪表, 从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。

现场总线通信线供电

通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量, 这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表, 与其配套的还有安全栅。

现场总线开放式互联网

现场总线为开放式互联网络，既能够与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还能够实现网络数据库的共享。

从以上内容我们能够看到，现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，而这些正是DCS系统的缺点。DCS一般是一对一单独传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于“失控”状态，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。FCS则采取一对多双向传输信号，采用的数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户能够自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去。由此我们能够看到FCS相对于DCS的巨大进步。也正是由于FCS的以上特点使得其在设计、安装、投运到正常生产都具有很大的优越性：首先由于分散在前端的智能设备能执行较为复杂的任务，不再需要单独的控制器、计算单元等，节省了硬件投资和使用面积；FCS的接线较为简单，而且一条传输线能够挂接多个设备，大大节约了安装费用；由于现场控制设备往往

具有自诊断功能，并能将故障信息发送至控制室，减轻了维护工作；同时，由于用户拥有高度的系统集成自主权，能够经过比较灵活选择合适的厂家产品；整体系统的可靠性和准确性也大为提高。这一切都帮助用户实现了减低安装、使用、维护的成本，最终达到增加利润的目的。

现场总线发展趋势

从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：

一、是寻求统一的现场总线国际标准。

二、是Industrial Ethernet走向工业控制网络。EPA即以太网过程自动化技术。

统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术，过去一直认为，Ethernet（以太网）是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，能够预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。

国际上形成的工业以太网技术的四大阵营：

主要用于离散制造控制系统的是：

1）Modbus-IDA工业以太网