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

1.現(xiàn)場總線技術

基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進行連線的結構形式。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)場設備，加上現(xiàn)場設備具有通信能力，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放通信網(wǎng)絡，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它把作為網(wǎng)絡節(jié)點的智能設備連接成自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化的綜合自動化功能?，F(xiàn)場總線技術是一項以智能傳感器、控制、計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡為主要內(nèi)容的綜合技術。

現(xiàn)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(xù)、離散工業(yè)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(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領域?qū)档统杀?、提高可靠性、增強可維護性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化的要求?，F(xiàn)場總線技術的發(fā)展體現(xiàn)為兩個方面：一個是低速現(xiàn)場總線領域的不斷發(fā)展和完善；另一個是高速現(xiàn)場總線技術的發(fā)展。而目前現(xiàn)場總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應用于運行速率較低的領域，對網(wǎng)絡的性能要求不是很高。從實際應用狀況看，大多數(shù)現(xiàn)場總線，都能較好地實現(xiàn)速率要求較低的過程控制。

2.現(xiàn)場總線的特點

現(xiàn)場總線技術實際上是采用串行數(shù)據(jù)傳輸和連接方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的并聯(lián)信號傳輸和連接方式的方法，它依次實現(xiàn)了控制層和現(xiàn)場總線設備層之間的數(shù)據(jù)傳輸，同時在保證傳輸實時性的情況下實現(xiàn)信息的可靠性和開放性。與傳統(tǒng)的PLC點對點的控制方法相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢。一般的現(xiàn)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(xiàn)場總線共有的特性，現(xiàn)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(wǎng)絡拓撲使得系統(tǒng)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(shù)現(xiàn)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(xiàn)場總線類型的設備和系統(tǒng)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(diào)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(tǒng)的調(diào)試和維護工作量大幅減少。

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，強大的抗干擾能力，使控制系統(tǒng)的檔次跨越了一個臺階。許多總線在通信介質(zhì)、信息檢驗、信息糾錯、重復地址檢測等方面都有嚴格的規(guī)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(tǒng)發(fā)生故障是，具備一定的診斷能力，以最大限度的保護網(wǎng)絡，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。并具有強大的自動診斷、故障顯示功能。診斷包括總線節(jié)點的通信故障、電源故障，以及現(xiàn)場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。

4）采用數(shù)字信號通信，有效提高系統(tǒng)的測量和控制精度。各種開關量、模擬量信號就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，避免了信號的衰減和變形?？偩€的實時性要求是為了適應現(xiàn)場控制和現(xiàn)場采集的特點，一般的現(xiàn)場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?？偩€的傳輸速度要求越快越好，速度越快，表示系統(tǒng)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?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)點具有IP67的防護等級，具有防水、防塵、抗振動的特性?？梢灾苯影惭b于工業(yè)設備上，大量減少了現(xiàn)場接線箱，使系統(tǒng)可靠性提高。

6）對現(xiàn)場環(huán)境的適應性。工作在生產(chǎn)現(xiàn)場前端，作為工廠網(wǎng)絡底層的現(xiàn)場總線，是專為現(xiàn)場環(huán)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(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、化工等危險防爆場所，減少系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性。

7）現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性?，F(xiàn)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(xiàn)場設備中完成，僅靠現(xiàn)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(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。互操作性是指實現(xiàn)互連設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；可實行點對點，一點對多點的數(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備可實現(xiàn)相互替換。由于免除了主機入口處的瓶頸現(xiàn)象，既可以提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，使主機有更多的時間來從事優(yōu)化等工作以提高效益。

9）系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設備之間可進行互連并實現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關標準的一致、公開性，強調(diào)對標準的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)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(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)?？偩€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(tǒng)相連接，也就是應用的開放性；另一方面就是通信規(guī)約的開放，也就是開發(fā)的開放性。只有具備了開放性，才能使得現(xiàn)場總線既具備傳統(tǒng)總線的低成本，又能適合先進控制的網(wǎng)絡化和系統(tǒng)化要求。

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

3.現(xiàn)場總線系統(tǒng)接線方式

應用現(xiàn)場總線技術，要求現(xiàn)場設備（傳感器、驅(qū)動器、執(zhí)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(shù)化）設備。因此，現(xiàn)場總線技術以計算機大規(guī)模集成電路的發(fā)展為基礎。集現(xiàn)場設備的遠程控制、參數(shù)化及故障診斷為一體的現(xiàn)場總線技術，采用計算機數(shù)字化通信技術連接智能化現(xiàn)場設備，因此，控制器可從現(xiàn)場設備獲取大量豐富信息，可實現(xiàn)設備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送，可完成設備遠程控制、參數(shù)化及故障診斷工作。

現(xiàn)場總線技術是實現(xiàn)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(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡到現(xiàn)場級設備的延伸，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術基礎。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)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(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制，為簡化系統(tǒng)結構、節(jié)約硬件設備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)接線的比較如圖1所示。

現(xiàn)場總線的功能是：構造了網(wǎng)絡集成式全分布系統(tǒng)；是底層控制網(wǎng)絡。現(xiàn)場總線增強了現(xiàn)場級的信息采集能力，現(xiàn)場總線可從現(xiàn)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(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場總線是數(shù)字化的通信網(wǎng)絡，它不單純?nèi)〈?~20mA信號，還可實現(xiàn)設備狀態(tài)、故障和參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠程控制，還可完成遠程參數(shù)化工作。

不同廠家產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)中，因此，市場上將有許多面向行業(yè)特點的監(jiān)控制系統(tǒng)。