工業(yè)控制的現(xiàn)場總線技術

　　1.現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和系統(tǒng)響應的實時性：一般地講，過程控制系統(tǒng)的響應時間要求為0.01～0.5S，制造自動化系統(tǒng)的響應時間是0.5～2S，IT網(wǎng)絡的響應時間為2～6S，因此在IT大部分使用中，實時性是可以忽略的。

　　2.現(xiàn)場總線強調(diào)在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳送的完整性、可靠性：現(xiàn)場總線具有在粉塵、高溫、潮濕、振動、酸(堿)腐蝕，特別是電磁和無線電干擾等的工業(yè)環(huán)境長時間、連續(xù)、可靠、完整傳送數(shù)據(jù)的能力。能夠抗工業(yè)電網(wǎng)的浪涌、失波、跌落和尖峰干擾等。在可燃或易爆場合，還要求現(xiàn)場總線具有本質(zhì)安全性能

二、標準與非標準現(xiàn)場總線。

　　市場上出現(xiàn)了三十多種牌號的現(xiàn)場總線及其系統(tǒng)，并且都稱是真正的現(xiàn)場總線，可應用于各種領域。實際上，市場上的現(xiàn)場總線應分為標準和非標準兩種。

　　1.標準現(xiàn)場總線是符合IEC(國際電工技術委員會)現(xiàn)場總線協(xié)議模型框架，具有近似標準數(shù)字信號制的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，這些主要有IEC61158、FF(基金會現(xiàn)場總線)、LonWorks、Pro-tibus、WorldFIP現(xiàn)場總線。適用于過程控制、制造自動化和樓宇自動化等。

　　2.非標準現(xiàn)場總線，其余的現(xiàn)場總線都可看作是非標準現(xiàn)場總線，它們大多具有專用標準，適于專用領域。不會向國際標準靠攏。

三、FCS與DCS

　　基于FF的FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))將取代傳統(tǒng)DCS(分布式控制系統(tǒng))成為控制系統(tǒng)主角。下面就幾個主要方面進行對比。

　　1.數(shù)字化

　　1)FCS：全數(shù)字化，純數(shù)的通信使過程控制具有更高的可靠性。在FCS中，從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器，一直是數(shù)字信號，這就使得更復雜、更精確的信號處理得以實現(xiàn)。普通的噪音很難扭曲現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)里的數(shù)字信號。數(shù)字通信的查錯功能可檢出傳輸中的誤碼。

　　2)DCS：半數(shù)字化，在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)里，溫度和壓力變送器須將它們測到的原始數(shù)字信號在送入DCS前轉換成4-20mA模擬信號，在模擬系統(tǒng)中，噪音及其他信號扭曲無法被檢測。

　　2.可互操作性：采用具有可互操作性和現(xiàn)場總線系統(tǒng)，用戶可以在性能、價格、質(zhì)量和售后服務等因素基礎上，選擇最好的硬件產(chǎn)品，并省時省力地將它們集成為一體。

　　1)現(xiàn)場總線自動化設備的可互操作性主要是通過對功能模塊及其參數(shù)的標準化而實現(xiàn)，具有極好的可互操作性。

　　2)大多數(shù)用于DCS和智能型變送器間的通信協(xié)議是DCS制造商獨家采用的專用封閉系統(tǒng)。

　　3.分散性

　　1)FCS：采用的是完全分散式體系，它的控制全部分散到現(xiàn)場，控制回路由現(xiàn)場設備實現(xiàn)。

　　2)DCS：采用一個或多個"控制單元"對多回路進行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每個控制板上又有多個回路的半分散式體系。

　　4.可靠性、可維護性和經(jīng)濟性

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)采用數(shù)字總線式通信線路代替?zhèn)鹘y(tǒng)DCS中一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了由連線帶來的不可靠，同時降低了布線成本，與傳統(tǒng)DCS技術相比，可節(jié)省電纜、調(diào)試、維護成本40%以上。

　　5.現(xiàn)場總線已經(jīng)發(fā)展成為可以取代DCS的新型的FCS控制系統(tǒng)。DCS與FCS并存是可能的，但DCS并不適合與現(xiàn)場總線集成。如果現(xiàn)場總線連接到DCS上，它的大多數(shù)優(yōu)勢便無法發(fā)揮出來。因為分布在現(xiàn)場設備中的功能塊組態(tài)、狀態(tài)、診斷、校驗、設備自身信息以及來自現(xiàn)設備的管理信息等均無法完全映射到DCS中。

四、EIC(電氣傳動、儀表、計算機)一體化

　　在由現(xiàn)場總線構成的控制系統(tǒng)FCS中，儀表已發(fā)展成為具有綜合功能的智能儀表，也就是具有過去實現(xiàn)儀表控制的DCS的功能?，F(xiàn)場控制器實際上是過去PLC功能的分散，它代替了用于電氣傳動控制的PLC。從以上兩點不難看出，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS，正是一個實現(xiàn)電氣傳動控制、儀表控制和計算機控制一體化的系統(tǒng)結構，而這種結構恰恰是鋼鐵工業(yè)自動化用的較多而又急需的控制系統(tǒng)結構。

五、現(xiàn)場總線進展情況

　　目前，較為流行的現(xiàn)場總線有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(過渡協(xié)議)等，這些現(xiàn)場總線和過渡協(xié)議在我國(主要是北京)都有了代表處或掛靠單位，并且大多數(shù)都有不同程度的開發(fā)和應用。其中FF和HART列入"九五"攻關項目，參加現(xiàn)場總線智能儀表的研究開發(fā)單位主要有：西安儀表集團、上海工業(yè)自動化儀表研究所、重慶工業(yè)自動化儀表研究所、上海自動化儀表股份公司、重慶川儀集團、北京華控技術公司等，專門攻克HART協(xié)議和FF協(xié)議通信軟硬件技術難關。

　　1.開發(fā)的產(chǎn)品主要有：

　　1)HART變送器(包括智能溫度變送器、智能壓力變送器、智能流量變送器)；

　　2)HART智能電動執(zhí)行機構；

　　3)HART網(wǎng)橋；

　　4)現(xiàn)場設備管理系統(tǒng)軟件；

　　5)FF現(xiàn)場總線和CAN總線園卡、接口等HART的攻關任務已基本完成，今年就可驗收。FF的攻關明年上半年可完成并驗收。

　　目前，較流行的現(xiàn)場總線中，F(xiàn)F、Profibus、LonWorks、CANHART協(xié)議書籍報刊上介紹的比較多，其中HART和LonWorks在我國開發(fā)和應用較多。下面只簡單介紹一下WorldFIP的情況。

　　2.WorldFIP:WorldFIP現(xiàn)場總線不論高速還是低速，只有一套通信協(xié)議，可以不需要任何網(wǎng)橋或網(wǎng)關，低速與高速的銜接只用軟件完成。

　　WorldFIP組織認為，它的生產(chǎn)者/使用者(Producer/Consumer)模式和總線仲裁器(BUSAr-biter)的調(diào)度方式特別適合工業(yè)過程控制的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。它的很多優(yōu)點都與此有關。FF與IEC標準草案都采用了這種通信模式，只是名稱不同。FF稱為發(fā)布方/接收方(Publi-sher/Subscriber)與鏈接調(diào)度器(LAS)，實際方式與WorldFIP基本一致。這也說明了為什么WorldFIP支持IEC標準，因為他們向IEC靠攏在技術上是比較容易的。

　　目前，WorldFIP的應用領域為：輸電、鐵路運輸、地鐵、化工、空間技術、汽車制造等。1998年5月，WorldFIP組織在中國建立了技術推廣中心，并把注意力放在中國的能源和鐵路兩個將大力發(fā)展的領域。