現場總線技術及其控制系統縱橫談
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現場總線在控制領域嶄露頭角不過是最近幾年，然而其來勢兇涌，且有愈演愈烈之趨勢。那么，究竟什么是現場總線？什么是現場總線控制系統？現場總線控制系統較之目前在工控界仍占主導地位的集散控制系統（ＤＣＳ）有何特點和優點？面對目前４０多種現場總線，應選用哪一種？本文將圍繞以上問題展開論述，從控制系統的發展歷程角度探討現場總線的成因；闡述現場總線的概念、體系結構和特點給出現場總線的發展現狀；提出面對現場總線百家爭鳴的現狀應采取的對策。
１ 現場總線的產生
７０年代以前，控制系統中采用模擬量對傳輸及控制信號進行轉換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個控制系統的控制效果及系統穩定性都很差。７０年代末，隨著大規模集成電路的出現，微處理器技術得到很大發展。微處理器功能強、體積小、可靠性高、通過適當的接口電路用于控制系統，控制效果得到提高；但是盡管如此，還是屬于集中式控制系統。隨著過程控制技術、自動化儀表技術和計算機網絡技術的成熟和發展，控制領域又發生了一次技術變革。這次變革使傳統的控制系統（如集散控制系統）無論在結構上還是在性能上都發生了巨大的飛躍，這次變革的基礎就是現場總線技術的產生。
現場總線是連接現場智能設備和自動化控制設備的雙向串行、數字式、多節點通信網絡，它也被稱為現場底層設備控制網絡（ＩＮＴＲＡＮＥＴ）。８０年代以來，各種現場總線技術開始出現，人們要求對傳統的模擬儀表和控制系統變革的呼聲也越來越高，從而使現場總線成為一次世界性的技術變革浪潮。美國儀表協會ＩＳＡ于１９８４年開始制訂現場總線標準，在歐洲有德國的ＰＲＯＦＩＢＵＳ和法國的ＦＩＰ等，各種現場總線標準陸續形成。其中主要的有：基金會現場總線ＦＦ（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）、控制局域網絡ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、局部操作網絡ＬｏｎＷｏｒｋｓ（Ｌｏｃａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ）、過程現場總線ＰＲＯＦＩＢＵＳ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｉｅｌｄ Ｂｕｓ）和ＨＡＲＴ協議Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ等。但是，總線標準的制定工作并非一帆風順，由于行業與地域發展等歷史原因，加上各公司和企業集團受自身利益的驅使，致使現場總線的國際化標準工作進展緩慢。但是不論如何，制定單一的開放國際現場總線標準是發展的必然。
２ 現場總線的定義及其標準
權威組織國際電工委員會ＩＥＣ對現場總線的定義是：安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通訊的數據總線。而什么叫現場總線控制系統（ＦＣＳ－ｆｉｌｅｄｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）ＩＥＣ并沒有做出明確解釋。所以，許多文章與資料中經常是把“現場總線”和 “現場總線控制系統”混為一談。可能是現場總線的標準太多的緣故吧。現場總線控制系統的構成是以某一標準現場總線為基礎的。一旦現場總線標準確定，其對應的控制系統的結構體系也就確定了。雖然，ＩＥＣ在２０００年１月４日宣布現場總線國際標準（ＩＥＣ－６１１８５）以８６％贊成，１２％反對獲得通過。但ＩＥＣ－６１１８５仍然是一個“求大同存小異”的妥協方案。其把應用層的功能（算法）模塊特長與行業應用潛能的自由競爭天地留給各ＦＣＳ制造廠商。ＩＥＣ－６１１８５包括了８個子集：ＦＦ－ＨＳＥ、ＦＦ－Ｈ１、ＰＲＯＦＩＢＵＳ、Ｐ－ＮＥＴ、ＣＯＮＴＲＯＬ－ＮＥＴ、ＳＷＩＦＴ－ＮＥＴ。
３ 現場總線技術的特點
（ｌ）數字化通信取代４～２０ｍＡ模擬信號傳統技術，現場層設備與控制器之間的連接是一對一（一個Ｉ／Ｏ點對設備的一個測控點）所謂Ｉ／Ｏ接線方式，信號傳遞４～２０ｍＡ（傳送模擬量信息）或２４ＶＤＣ（傳送開關量信息）信號。應用現場總線技術可用一條通信電纜將控制器與現場設備（智能化、帶有通信接口）連接，使用數字化通信完成底層設備通信及控制要求。
（２）現場設備智能化應用現場總線技術，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。
（３）集現場設備的遠程控制、參數化及故障診斷為一體，現場總線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。
（４）現場總線是計算機網絡通信向現場級的延伸，傳統的現場層設備與控制器之間的通信采用一對一連線的方式，傳輸４～２０ｍＡ／２４ＶＤＣ信號。這種通信技術信息量有限，難以實現設備之間及系統與外界之間的信息交換，使自控系統成為工廠中的“信息孤島”，嚴重制約了企業信息集成及企業綜合自動化的實現。現場總線技術采用計算機數字化通信技術，使自控系統與設備加入工廠信息網絡，成為企業信息網絡底層，使企業信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產現場。
（５）現場總線技術是實現工廠底層信息集成的關鍵技術。要成功的實施ＣＩＭＳ，各層次的信息集成及支撐技術――計算機網絡問題就必須得到解決。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。
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