現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)在自控系統(tǒng)中的結合應用

　　以計算機在工業(yè)控制和管理中的應用為主要標志的工業(yè)自動化技術在過去二十年間有了長足的進步。進人90年代以來，作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡化典型代表的現(xiàn)場總線（FieldBus—FB）技術發(fā)展迅速、影響巨大，引起了工程技術界的普遍興趣與重視，被譽為工業(yè)自動化領域具有革命性的新技術。

1現(xiàn)場總線的概念：

　　所謂現(xiàn)場總線，是指將現(xiàn)場設備（如數(shù)字傳感器、變送器、儀表與執(zhí)行機構等）與工業(yè)過程控制單元、現(xiàn)場操作站等互連而成的計算機網(wǎng)絡，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點，是工業(yè)控制網(wǎng)絡向現(xiàn)場級發(fā)展的產(chǎn)物。它不僅是一個基層網(wǎng)絡，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等技術為主要內(nèi)容的綜合技術，已經(jīng)受到世界范圍的關注，成為自動化技術發(fā)展的熱點，并將導致自動化系統(tǒng)結構與設備的深刻變革。國際上許多實力、有影響的公司都先后在不同程度上進行了現(xiàn)場總線技術與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場總線設備的工作環(huán)境處于過程設備的底層，作為工廠設備級基礎通訊網(wǎng)絡，要求具有協(xié)議簡單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點:具有一定的時間確定性和較高的實時性要求,還具有網(wǎng)絡負載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點。由于上述特點，現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡結構到通訊技術，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。

　　現(xiàn)場總線技術將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設備，如變送器、傳感器、智能儀表、調(diào)節(jié)閥、基地式控制器、記錄儀、顯示器、PLC與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統(tǒng)。簡而言之，它把各個分散的測量控制設備變成網(wǎng)絡節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以互相溝通信息、共同完成自控任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。它給自動化領域帶來的變化，正如眾多分散的計算機被網(wǎng)絡連接在一起，使計算機的功能、作用發(fā)生巨大變化。

2現(xiàn)場總線的特點：

　　2.1、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設備之間可進行互連并實現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關標準的一致、公開性，強調(diào)對標準的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。

　　2.2、互可操作性與互用性。這里的互可操作性，是指實現(xiàn)互連設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設備可進行互換而實現(xiàn)互用。

　　2.3、現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設備中完成，僅靠現(xiàn)場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態(tài)。

　　2.4、系統(tǒng)結構的高度分散性。由于現(xiàn)場設備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線已構成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結構。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結構，提高了可靠性。

　　2.5、對現(xiàn)場環(huán)境的適應性。工作在現(xiàn)場設備前端，作為工廠網(wǎng)絡底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。

3現(xiàn)場總線的優(yōu)點：

　　由于現(xiàn)場總線的以上特點，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結構的簡化，使控制系統(tǒng)的設計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及其檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。

　　3.1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設備前端的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉換、隔離技術等功能單元及其復雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設備的減少，還可減少控制室的占地面積。

　　3.2、節(jié)省安裝費用?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現(xiàn)場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。據(jù)有關典型試驗工程的測算資料，可節(jié)約安裝費用60%以上。