系統總線(xiàn)的組成及其特點(diǎn)
加入技術(shù)交流群
FCS
現場(chǎng)總線(xiàn)控制是工業(yè)設備自動(dòng)化控制的一種計算機局域網(wǎng)絡(luò )。它是依靠具有檢測、控制、通信
能力的微處理芯片，數字化儀表（設備）在現場(chǎng)實(shí)現徹底分散控制，并以這些現場(chǎng)分散的測量，控
制設備單個(gè)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，將這些點(diǎn)以總線(xiàn)形式連接起來(lái)，形成一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。它是屬
于最底層的網(wǎng)絡(luò )系統，是網(wǎng)絡(luò )集成式全分布控制系統，它將原來(lái)集散型的DCS系統現場(chǎng)控制機的功能
，全部分散在各個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)處。為此，可以將原來(lái)封閉、專(zhuān)用的系統變成開(kāi)放、標準的系統。使得
不同制造商的產(chǎn)品可以互連，是DCS系統的更新?lián)Q代，大大簡(jiǎn)化系統結構，降低成本，更好滿(mǎn)足了實(shí)
事性要求，提高了系統運行的可靠性。不同通信協(xié)議的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統一般通過(guò)工業(yè)PC機內總線(xiàn)
插槽的PC接口板與現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)段連接。
現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統由測量系統、控制系統、管理系統三個(gè)部分組成，而通信部分的硬、軟件是
它最有特色的部分。
1、現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統：
它的軟件是系統的重要組成部分，控制系統的軟件有組態(tài)軟件、維護軟件、仿真軟件、設備軟
件和監控軟件等。首先選擇開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機接口軟件MMI。通過(guò)組態(tài)軟件，完成功能塊
之間的連接，選定功能塊參數，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò )運行過(guò)程中對系統實(shí)時(shí)采集數據、進(jìn)行數據
處理、計算。優(yōu)化控制及邏輯控制報警、監視、顯示、報表等。
2、現場(chǎng)總線(xiàn)的測量系統：
其特點(diǎn)為多變量高性能的測量，使測量?jì)x表具有計算能力等更多功能，由于采用數字信號，具
有高分辨率，準確性高、抗干擾、抗畸變能力強，同時(shí)還具有儀表設備的狀態(tài)信息，可以對處理過(guò)
程進(jìn)行調整。
3、設備管理系統：
可以提供設備自身及過(guò)程的診斷信息、管理信息、設備運行狀態(tài)信息（包括智能儀表）、廠(chǎng)商
提供的設備制造信息。例如Fisher-Rosemoune公司，推出AMS管理系統，它安裝在主機算機內，由它
完成管理功能，可以構成一個(gè)現場(chǎng)設備的綜合管理系統信息庫，在此基礎上實(shí)現設備的可靠性分析
以及預測性維護。將被動(dòng)的管理模式改變?yōu)榭深A測性的管理維護模式AMS軟件是以現場(chǎng)服務(wù)器為平臺
的T型結構，在現場(chǎng)服務(wù)器上支撐模塊化，功能豐富的應用軟件為用戶(hù)提供一個(gè)圖形化界面。
4、總線(xiàn)系統計算機服務(wù)模式：
以客戶(hù)機/服務(wù)器模式是目前較為流行的網(wǎng)絡(luò )計算機服務(wù)模式。服務(wù)器表示數據源（提供者
），應用客戶(hù)機則表示數據使用者，它從數據源獲取數據，并進(jìn)一步進(jìn)行處理?？头繖C運行在
ＰＣ機或工作站上。服務(wù)器運行在小型機或大型機上，它使用雙方的智能、資源、數據來(lái)完成任務(wù)
。
5、數據庫：
它能有組織的、動(dòng)態(tài)的存儲大量有關(guān)數據與應用程序，實(shí)現數據的充分共享、交叉訪(fǎng)問(wèn)，具有
高度獨立性。工業(yè)設備在運行過(guò)程中參數連續變化，數據量大，操作與控制的實(shí)時(shí)性要求很高。因
此就形成了一個(gè)可以互訪(fǎng)操作的分布關(guān)系及實(shí)時(shí)性的數據庫系統，市面上成熟的供選用的如關(guān)系數
據庫中的Orad，sybas，Informix，SQL Server；實(shí)時(shí)數據庫中的Infoplus，PI，ON
6、網(wǎng)絡(luò )系統的硬件與軟件：
網(wǎng)絡(luò )系統硬件有：系統管理主機、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、協(xié)議變換器、集線(xiàn)器，用戶(hù)計算機等及底層
智能化儀表。網(wǎng)絡(luò )系統軟件有網(wǎng)絡(luò )操作軟件如：NetWarc，LAN Mangger，Vines，服務(wù)器操作軟件如
Lenix，os/2，Window NT。應用軟件數據庫、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò )管理協(xié)議等。
1、在功能上管理集中，控制分散，在結構上橫向分散、縱向分級。
2、要有快速實(shí)時(shí)響應能力，對于工業(yè)設備的局域網(wǎng)絡(luò )，它主要的通信量是過(guò)程信息及操作管理
信息，信息量不大，傳輸速率不高在1MPS以下，信息傳輸任務(wù)相對比較簡(jiǎn)單但其實(shí)時(shí)響應時(shí)間要求
較高為0.01-0.5S。所謂實(shí)時(shí)性是在網(wǎng)絡(luò )通信過(guò)程中能在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集過(guò)程的參數，實(shí)時(shí)對系統信息進(jìn)
行加工處理，并迅速反饋給系統完成過(guò)程控制，滿(mǎn)足過(guò)程控制對時(shí)間限制的要求。除了控制管理計
算機系統的外部設備外，還要控制管理控制系為統的設備，并具有處理隨機事件能力。實(shí)際操作系
統應保證在異常情況下及時(shí)處置，保證完成任務(wù)，或完成最重要的任務(wù)，要求能及時(shí)發(fā)現糾正隨機
性錯誤，至少保證不使錯誤影響擴大，應具有抵制錯誤操作和錯誤輸入信息的能力。實(shí)現現場(chǎng)總線(xiàn)
控制系統實(shí)時(shí)性的主要措施為：
?。?）OSI協(xié)議中7層都是提供高度的功能性服務(wù)，為此降低了通信流量和增大傳輸時(shí)間，因而影
響實(shí)時(shí)響應能力。因此將OSI七層通信協(xié)議，采取不同程度的簡(jiǎn)化，減少由于層間轉換的復雜性，而
影響實(shí)時(shí)響應能力?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的通信協(xié)議一般為物理層、鏈路層、應用層，再增加一個(gè)用
戶(hù)作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，互連成底層總線(xiàn)網(wǎng)。如PRUFIBUS總層的四層結構。
?。?)）把基本控制功能下放到現場(chǎng)具有智能的芯片或功能塊中，使控制功能徹底分散，直接面
對對象，接口直觀(guān)簡(jiǎn)、結。把同時(shí)具有控制、測量與通信功能的功能塊，與功能塊應用進(jìn)程，作為
網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，互連成底層總線(xiàn)網(wǎng)。如PRUFIBUS總線(xiàn)系統，按照主站、從站分，把底層的通信及控制集
中在從站來(lái)完成。各公司廠(chǎng)商提供較齊全的各類(lèi)主站與從站列芯片，實(shí)現起來(lái)簡(jiǎn)單又便宜。有如
LONWORKS雖然通信協(xié)議與OSI相同為七層，但全部固化在一個(gè)神經(jīng)芯元片中，不需要經(jīng)網(wǎng)絡(luò )傳輸，同
樣可加快實(shí)時(shí)響應能力，同時(shí)應用程序定義一個(gè)特殊對象網(wǎng)絡(luò )變量存在于神經(jīng)元芯片ROM中
，它是在節點(diǎn)代碼編譯時(shí)確定，將不同節點(diǎn)。同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )變量連接起來(lái)進(jìn)行自控，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)
發(fā)和安裝分布系統過(guò)程。
?。?）介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議：一般采用令牌傳遞總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)方式（TOKEN BUS）既可達到通信快速的目的
，又可以有較高的性?xún)r(jià)比，對于多路訪(fǎng)問(wèn)沖突檢測（CSMA/CD）方法，雖然通信管理上較為簡(jiǎn)單，但
并不能完全避免碰撞現象，實(shí)現沖突檢測比較復雜，此外在線(xiàn)路中常態(tài)干擾與差錯往往和碰撞難以
區別，因此對現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，并不十分適合。所以大部分總線(xiàn)控制系統
均為令牌傳遞訪(fǎng)問(wèn)。只有LONWORKS采用改進(jìn)型的，即帶預測P的CSMA訪(fǎng)問(wèn)方式。當一個(gè)節點(diǎn)需要發(fā)送
信息時(shí)，先帶預測Ｐ測一下網(wǎng)絡(luò )是否空閑，有空閑則發(fā)送，沒(méi)有空閑則暫時(shí)不發(fā)，這樣就避免了碰
撞減少了網(wǎng)絡(luò )碰撞率，提高了重載時(shí)的效率。并采用了緊急優(yōu)先機制，以提高它的實(shí)時(shí)性與可靠性
。
?。?）通信方式：一般分調度通信和非調度通信多數為調度通信，用于設備間周期性傳輸，控制
的數據預先設定。非調度通信用于參數設置、設備診斷報警處理。從其功能上分，有主站與從站區
分。從站僅對收到信息時(shí)確認或當主站發(fā)出請求時(shí)向它發(fā)信息，所以只需總線(xiàn)協(xié)議一小部分，既經(jīng)
濟，實(shí)時(shí)性也強。
3、產(chǎn)品要具有互操作性
各制造商產(chǎn)品要通過(guò)所屬各類(lèi)總線(xiàn)制協(xié)議符合其規定的OSI標準一次性測試，及互操作性測試
，并以專(zhuān)門(mén)測試中心認證。為了提高其可靠性，還要經(jīng)過(guò)在惡劣環(huán)境下魯棒測試。接口技術(shù)采用了
OEM集成方法構成產(chǎn)品，可以實(shí)現數據開(kāi)放式傳輸。
因此，對于同一類(lèi)型協(xié)議的不同制造商產(chǎn)品可以混合組態(tài)與調用為一個(gè)開(kāi)放系統，使它具有互
操作性。
4、要求具有較高可靠性措施：
?。?）硬件經(jīng)過(guò)嚴格挑選，采用專(zhuān)用芯片（ASIC）和表面安裝技術(shù)（SMT）。
?。?）系統軟件選用成熟適合實(shí)際需要的簡(jiǎn)單易用軟件，及好的工具軟件。應用軟件采用功能模
塊化設計，定義清晰明確。
?。?）可通過(guò)在線(xiàn)可快速排除故障，強化硬件可修復性，如I/O模板可帶電插拔，且診斷故障顯
示，故障時(shí)部件自動(dòng)隔離等
?。?）軟件上分離化體系結構及各過(guò)程站有地域上各自獨立的局部數據庫。并經(jīng)過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )在邏
輯上形成全局數據庫。
?。?）有多級安全措施，采用容錯技術(shù)與冗余技術(shù)。
現場(chǎng)總線(xiàn)的主要產(chǎn)品
連接于總線(xiàn)上的產(chǎn)品，可以分為有源和無(wú)源兩大類(lèi)。
有源產(chǎn)品可以產(chǎn)生通訊信號、響應信號、調整信號或者兼而有之。 有源產(chǎn)品包括以下部件：
1. 節點(diǎn)（Node）-總線(xiàn)上可以編址的設備。
2. 總線(xiàn)模塊(Bus Module)-任何形式的現場(chǎng)節點(diǎn)，可以使用端子或接插件連接傳感器、閥門(mén)、
按鈕等各種現場(chǎng)裝置。
3. 網(wǎng)關(guān)（Gateway）：一種特殊的節點(diǎn)，用于兩種不同的總線(xiàn)之間的信號和數據變換。
4. 放大器 - 一種用于實(shí)時(shí)（加強）信號，以精確復制原始信號。連接同一總線(xiàn)的兩部分，解
決通訊信號在通訊線(xiàn)上由于電氣損耗而造成的衰減。當信號變弱而不變形時(shí)可以使用放大器。
5. 中繼器（Repeater）-用于加強信號，產(chǎn)生不變形的新信號。連接同一總線(xiàn)的兩，當信號變
弱或變形時(shí)可以使用中繼器。
6. 橋（Bridge）- 有兩類(lèi)橋。一種是用于連接同一種協(xié)議，不同傳輸速度的兩個(gè)段。另一種是
一種智能的中繼器，當通訊的源地址和目的地址位于不同總線(xiàn)段時(shí)，用于重復兩個(gè)段間的數據。橋
必須被編程設定地址和相關(guān)的段。當橋讀地址時(shí)，要有幾個(gè)位的等待時(shí)間。橋可以應用于設備級總
線(xiàn)，但應用并不普遍。
7. 路由器（Router）- 用于廣域網(wǎng)的高等級橋。這類(lèi)產(chǎn)品很少應用于設備級總線(xiàn)。
8. 有源多端口分接器（Active hub）- 多端口中繼器或放大器，以增加總線(xiàn)的分支能力。
9. 接口卡、接口模塊（Interface card, interface module）-指網(wǎng)關(guān)的常用術(shù)語(yǔ)，作為PLC或
PC到設備及總線(xiàn)的接口。
無(wú)源總線(xiàn)產(chǎn)品包括：
a. T型分支（Tee）-用于產(chǎn)生總線(xiàn)上的一路分支
b. 無(wú)源多端口分接器（Passive hub）-多端口T型分支。
c. 終端電阻（Terminating Resistor）-安裝在總線(xiàn)的始端和末端的電阻，用于穩定和調整信
號。
d. 總線(xiàn)電纜（Busline）-連接節點(diǎn)，傳送數據的各種電纜。
評論