现场总线与现场总线控制系统

按照国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是指安装在制造或过程区域的现场设备与控制室的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，英文名Fieldbus。

通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，plc或dcs的分布式处理单元DPU控制各个电器元件，对应每个元件有一I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的连线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。因此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工业现场，不同于计算机通常于室内，所以这种总线被称为现场总线。

与IT计算机网络技术相比，现场总线具有如下特点：

1、实时性

现场总线数据传输要求“及时性”和系统响应的实时性。一般来说，过程控制系统的响应时间要求为0.01-1s，制造自动化系统的响应时间是0.5-2s，而IT网络的响应时间为2-6s，所以IT大部分在使用中实时性都是可以忽略的。

2、灵活性

在工厂自动化系统中，由于分散工厂的单一用户要借助于现场总线网络进入某个系统，所以通信方式使用了广播和多组方式;而IT网络中某个自主系统与另一个自主系统只建立了一对一方式。

3、可靠性

现场总线强调在恶劣环境下(特别是电磁和无线电干扰)数据传送的完整性。在可燃或易爆场合，还要现场总线具有极高安全性能。

4、开放性

应用进程可以按照客户/服务器或发布者/接收者方式相互作用。客户/服务器特性是双向数据流。客户发送请求给服务器，服务器处理该请求并发送一个响应给客户。发布者/接收者方式只有单向数据流。发布者发送信息，一人或多个接受者接收信息。现场总线需要解决多家公司产品和系统在一个网络上相互兼容的问题。

由于现场总线技术的出现，推动了现场智能设备和智能仪表的发展，促进了传统DCS和PLC系统的融合，并推动了以现场设备为基础形成的网络集成式分布控制系统FCS的出现、发展和广泛应用。

现场总线概念提出来以来，全球知名各大控制公司和仪表公司开发了数十种现场总线产品。目前被广泛认可的现场总线系统包括PROFIBUS、FF、ControlNet、PROFINET、P-NET等。

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现场总线对自动控制系统和自动化系统将会造成以下重要影响：

1、传统的信号控制将由4-20mA模拟信号制转换为双向数字通信的现场总线信号制。

2、自动控制系统的体系结构将由模拟与数字的分散型控制系统(DCS)转换为全数字现场总线控制系统(FCS)。

3、系统的设计方法和安装调试方式将发生重大的变化。

4、现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革，将根据现场总线的类型来选择现场设备和仪表。

5、现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中形成了企业信息网络的底层，从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的基础。

使用现场总线技术给用户带来的好处包括：

1、节省硬件成本，尤其是大量节约电缆的使用。

2、设计组态安装、调试简便。

3、系统的安全可靠性好，减少故障停机时间。

4、系统维护设备更换和系统扩充方便。

5、用户对系统配置设备选型有最大的自主权。

6、完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了基础。

事实上，现场总线技术并不是取代PLC和DCS的，而是将现场总线技术和PLC或DCS结合形成了一个新的系统FCS。