现场总线控制系统结构示意图

7.1.3　现场总线技术

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速地扩展，覆盖范围从工厂的现场设备层扩展到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业扩展至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线（fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。

1.现场总线概述

现场总线是指应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向、串行、多点数字通信的系统，也称开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。

基于现场总线的控制系统称为现场总线控制系统（fieldbus　control　system，FCS）。FCS实质是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。

从1984年IEC（国际电工委员会）开始制定现场总线国际标准至今，最后于2000年1月4日IEC　TC65（负责工业测量和控制的第65标准化技术委员会）通过了下述八种类型的现场总线作为新的IEC61　158国际标准。

（1）类型1IEC技术报告（即FF的H1）。

（2）类型2ControlNet（美国Rockwell公司支持）。

（3）类型3Profibus（德国Siemens公司支持）。

（4）类型4P－Net（丹麦Process　Data公司支持）。

（5）类型5FF　HSE（即原FF的H2，Fisher－Rosemount等公司支持）。

（6）类型6Swift　Net（美国波音公司支持）。

（7）类型7World　FIP（法国Alstom公司支持）。

（8）类型8Interbus（德国Phoenix　Conact公司支持）。

加上IEC　TC17B通过的三种现场总线国际标准，即SDS（smart　distributed　sys－tem）。ASI（actuator　sensor　interface）和DeviceNet，此外，ISO还有一个ISO　11898的CAN（control　area　network），所以一共有十二种之多。

2.现场总线系统的特点与优点

如图7－6所示，现场总线系统（FCS）打破了传统集散控制系统（DCS）的结构形式。DCS中位于现场的设备与位于控制室的控制器之间均为一对一的物理连接。FCS采用了智能设备，把原DCS中处于控制室的控制模块、输入/输出模块置于现场设备中，加上现场设备具有通信能力，现场设备之间可直接传送信号，因而控制系统的功能可不依赖于控制室里的计算机或控制器，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。另外，由于FCS采用数字信号代替模拟信号，可以实现一对电线上传输多个信号，同时又为多个设备供电。这为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆及各种安装、维护费用创造了条件。

图7－6　DCS与FCS结构比较

（a）集散控制系统（DCS）　（b）现场总线系统（FCS）

现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式，其在技术上具有以下特点。

（1）系统的开放性　现场总线致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。用户可根据自己的需要，通过现场总线把来自不同厂商的产品组成大小随意的开放互连系统。

（2）互操作性与互用性　互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。

（3）现场设备的智能化与功能自治性　它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。

（4）系统结构的高度分散性　现场总线构成一种新的全分散式控制系统的体系结构，从根本上改变了集中与分散相结合的DCS体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

（5）对现场环境的适应性　现场总线是专为现场环境而设计的，支持各种通信介质，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。