現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及其控制系統縱橫談
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現場(chǎng)總線(xiàn)在控制領(lǐng)域嶄露頭角不過(guò)是最近幾年，然而其來(lái)勢兇涌，且有愈演愈烈之趨勢。那么，究竟什么是現場(chǎng)總線(xiàn)？什么是現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統？現場(chǎng)總線(xiàn)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(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)？面對目前４０多種現場(chǎng)總線(xiàn)，應選用哪一種？本文將圍繞以上問(wèn)題展開(kāi)論述，從控制系統的發(fā)展歷程角度探討現場(chǎng)總線(xiàn)的成因；闡述現場(chǎng)總線(xiàn)的概念、體系結構和特點(diǎn)給出現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展現狀；提出面對現場(chǎng)總線(xiàn)百家爭鳴的現狀應采取的對策。
１ 現場(chǎng)總線(xiàn)的產(chǎn)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(jìn)行轉換、傳遞，其精度差、受干擾信號影響大，因而整個(gè)控制系統的控制效果及系統穩定性都很差。７０年代末，隨著(zhù)大規模集成電路的出現，微處理器技術(shù)得到很大發(fā)展。微處理器功能強、體積小、可靠性高、通過(guò)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(zhù)過(guò)程控制技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的成熟和發(fā)展，控制領(lǐng)域又發(fā)生了一次技術(shù)變革。這次變革使傳統的控制系統（如集散控制系統）無(wú)論在結構上還是在性能上都發(fā)生了巨大的飛躍，這次變革的基礎就是現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)生。
現場(chǎng)總線(xiàn)是連接現場(chǎng)智能設備和自動(dòng)化控制設備的雙向串行、數字式、多節點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò )，它也被稱(chēng)為現場(chǎng)底層設備控制網(wǎng)絡(luò )（ＩＮＴＲＡＮＥＴ）。８０年代以來(lái)，各種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)開(kāi)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(lái)越高，從而使現場(chǎng)總線(xiàn)成為一次世界性的技術(shù)變革浪潮。美國儀表協(xié)會(huì )ＩＳＡ于１９８４年開(kāi)始制訂現場(chǎng)總線(xiàn)標準，在歐洲有德國的ＰＲＯＦＩＢＵＳ和法國的ＦＩＰ等，各種現場(chǎng)總線(xiàn)標準陸續形成。其中主要的有：基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)ＦＦ（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）、控制局域網(wǎng)絡(luò )ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、局部操作網(wǎng)絡(luò )ＬｏｎＷｏｒｋｓ（Ｌｏｃａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ）、過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)ＰＲＯＦＩＢＵＳ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｉｅｌｄ Ｂｕｓ）和ＨＡＲＴ協(xié)議Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ等。但是，總線(xiàn)標準的制定工作并非一帆風(fēng)順，由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團受自身利益的驅使，致使現場(chǎng)總線(xiàn)的國際化標準工作進(jìn)展緩慢。但是不論如何，制定單一的開(kāi)放國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準是發(fā)展的必然。
２ 現場(chǎng)總線(xiàn)的定義及其標準
權威組織國際電工委員會(huì )ＩＥＣ對現場(chǎng)總線(xiàn)的定義是：安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行、多點(diǎn)通訊的數據總線(xiàn)。而什么叫現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（ＦＣＳ－ｆｉｌｅｄｂｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）ＩＥＣ并沒(méi)有做出明確解釋。所以，許多文章與資料中經(jīng)常是把“現場(chǎng)總線(xiàn)”和 “現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統”混為一談?？赡苁乾F場(chǎng)總線(xiàn)的標準太多的緣故吧?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的構成是以某一標準現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎的。一旦現場(chǎng)總線(xiàn)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(chǎng)總線(xiàn)國際標準（ＩＥＣ－６１１８５）以８６％贊成，１２％反對獲得通過(guò)。但ＩＥＣ－６１１８５仍然是一個(gè)“求大同存小異”的妥協(xié)方案。其把應用層的功能（算法）模塊特長(cháng)與行業(yè)應用潛能的自由競爭天地留給各ＦＣＳ制造廠(chǎng)商。ＩＥＣ－６１１８５包括了８個(gè)子集：ＦＦ－ＨＳＥ、ＦＦ－Ｈ１、ＰＲＯＦＩＢＵＳ、Ｐ－ＮＥＴ、ＣＯＮＴＲＯＬ－ＮＥＴ、ＳＷＩＦＴ－ＮＥＴ。
３ 現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)
（ｌ）數字化通信取代４～２０ｍＡ模擬信號傳統技術(shù)，現場(chǎng)層設備與控制器之間的連接是一對一（一個(gè)Ｉ／Ｏ點(diǎn)對設備的一個(gè)測控點(diǎn)）所謂Ｉ／Ｏ接線(xiàn)方式，信號傳遞４～２０ｍＡ（傳送模擬量信息）或２４ＶＤＣ（傳送開(kāi)關(guān)量信息）信號。應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可用一條通信電纜將控制器與現場(chǎng)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(chǎng)設備智能化應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，要求現場(chǎng)設備（傳感器、驅動(dòng)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(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)以計算機大規模集成電路的發(fā)展為基礎。
（３）集現場(chǎng)設備的遠程控制、參數化及故障診斷為一體，現場(chǎng)總線(xiàn)采用計算機數字化通信技術(shù)連接智能化現場(chǎng)設備，因此，控制器可從現場(chǎng)設備獲取大量豐富信息，可實(shí)現設備狀態(tài)、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(chǎng)總線(xiàn)是計算機網(wǎng)絡(luò )通信向現場(chǎng)級的延伸，傳統的現場(chǎng)層設備與控制器之間的通信采用一對一連線(xiàn)的方式，傳輸４～２０ｍＡ／２４ＶＤＣ信號。這種通信技術(shù)信息量有限，難以實(shí)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(chǎng)中的“信息孤島”，嚴重制約了企業(yè)信息集成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)采用計算機數字化通信技術(shù)，使自控系統與設備加入工廠(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò )，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現場(chǎng)。
（５）現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是實(shí)現工廠(chǎng)底層信息集成的關(guān)鍵技術(shù)。要成功的實(shí)施ＣＩＭＳ，各層次的信息集成及支撐技術(shù)――計算機網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題就必須得到解決?，F場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)計算機網(wǎng)絡(luò )到現場(chǎng)級設備的延伸，是支撐現場(chǎng)級與車(chē)間級信息集成的技術(shù)基礎。
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