現(xiàn)場總線技術及其在實際應用中存在的問題

　　現(xiàn)場總線是從控制室連接到現(xiàn)場設備的雙向全數(shù)字通信總線，簡單理解就是通信總線一直延伸到現(xiàn)場設備。它是一個開放互聯(lián)模型，可與以太網(wǎng)結合，通過Internet實現(xiàn)遠程監(jiān)視、控制、調(diào)試、診斷等。

　　現(xiàn)場總線是計算機、通信、控制技術的融合，優(yōu)點來源于三大特點：一是數(shù)字化，意味著數(shù)據(jù)傳輸更為便利，信息傳輸量增加，提供數(shù)據(jù)的可共享性；二是標準統(tǒng)一開放，利于共享，為不同網(wǎng)絡互聯(lián)掃清道路，提供互操作性；三是控制分散，簡化網(wǎng)絡體系結構，使互聯(lián)更加便利。

　　信號傳輸數(shù)字化是所有現(xiàn)場總線的基本特點，它使系統(tǒng)精度提高；現(xiàn)場設備的信息增加幾十倍，可用于自診斷、系統(tǒng)調(diào)試和管理，提高系統(tǒng)的有效性；同一電纜掛接多臺現(xiàn)場設備，可節(jié)省電纜70％～90％及施工量。但節(jié)省電纜只不過是現(xiàn)場總線技術表層的優(yōu)點，因為DCS／PLC遠程I／O也可達到類似效果，而從現(xiàn)場設備獲得豐富的信息才是現(xiàn)場總線技術獨有的本質優(yōu)越性。

　　標準統(tǒng)一開放是所有現(xiàn)場總線必需的特點，也是它與許多原來“專有”的通信總線的關鍵區(qū)別之一。它給用戶帶來的本質優(yōu)點是打破了個別廠商的壟斷，給技術以強大的支持群體，促進公平競爭，促進技術進步。DCS只做到操作站以上開放，控制層不可能開放，而FCS則做到系統(tǒng)從上到下全開放。不同總線開放的程度和難度都有所區(qū)別，簡單的I ／ O總線開放的難度較低，而控制用的系統(tǒng)總線的開放互操作就很難。

　　控制徹底分散是現(xiàn)場總線具有的突出特點。它給用戶帶來的實質優(yōu)點是由高度智能的現(xiàn)場設備來分散完成DC S控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的層次，可降低設備費用，使控制風險徹底分散，提高系統(tǒng)控制的自治性和可靠性。

　　當然，現(xiàn)場總線也有難以發(fā)揮其優(yōu)勢的場合。在很長時期內(nèi)，包括 DCS／PLC在內(nèi)的許多控制系統(tǒng)和現(xiàn)行標準都會與現(xiàn)場總線共存，這和DCS 出現(xiàn)后乃至今天許多原有控制設備依然存在的局面相似。

　　目前現(xiàn)場總線技術在我國的應用已取得很大進展，但也存在一些問題，制約了其推廣。

　　在工程應用方面，工程投資比較大。雖然各種現(xiàn)場總線都把節(jié)省費用當成自己的主要優(yōu)點，但在實際應用中現(xiàn)場總線的投資比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)要大。一是試用的系統(tǒng)規(guī)模太?。欢窃囉玫南到y(tǒng)并不分散或者是利用原有布線的改造項目，因此無法充分發(fā)揮現(xiàn)場總線節(jié)省電纜的優(yōu)勢。

　　其次，調(diào)試和運行維護比較難。由于現(xiàn)階段熟練掌握現(xiàn)場總線的應用技術和開發(fā)技術的人才少，企業(yè)在調(diào)試和運行時經(jīng)常會遇到困難。因此，企業(yè)在選擇系統(tǒng)集成商時，應選擇技術力量比較強，比較有經(jīng)驗的單位。

　　再者，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比優(yōu)點不明顯。以智能化現(xiàn)場儀表為基礎的現(xiàn)場總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點不僅在于控制方面，更多的在于自診斷、自校正等自動管理方面。但是，目前國內(nèi)用的系統(tǒng)大多數(shù)太小，沒有把管理自動化和遠程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無法發(fā)揮現(xiàn)場總線系統(tǒng)降低運行維護費用的優(yōu)勢。

　　在技術方面，當總線切斷時，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預知的后果，用戶希望這時系統(tǒng)的效能可以降低，但不能崩潰，這一點目前許多現(xiàn)場總線不能保證；現(xiàn)有的防爆規(guī)定限制了總線長度和總線上所掛設備的數(shù)量，也就限制了現(xiàn)場總線節(jié)省電纜優(yōu)點的發(fā)揮；系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過分復雜，不容易掌握。但組態(tài)參數(shù)設定得好壞，對系統(tǒng)性能影響很大。

　　在應用中，現(xiàn)場總線的開放、互聯(lián)性及互操作性決定了與之俱來的不可避免的安全問題。

　　外部網(wǎng)是一個由現(xiàn)場總線實現(xiàn)的自動化系統(tǒng)，是和企業(yè)的Intranet 緊密結合在一起的，存在著與In ternet普通應用相同的種種威脅，包括竊聽、盜取資料、非法獲取控制權、進行破壞、阻礙通信等。要解決這些問題，必須建立起一套適合企業(yè)的針對現(xiàn)場總線應用的安全策略。

　　在Intranet內(nèi)部，人們?nèi)菀追潘删?。由于現(xiàn)場總線多應用于化工、電氣及樓宇自動化控制中，這些場合都要求系統(tǒng)連續(xù)運行，因此現(xiàn)場總線可能受到的攻擊時間與普通應用相比長得多。

　　基于安全情況，可以考慮將各子系統(tǒng)設計得較為獨立，使一個子系統(tǒng)受到破壞不會影響到整個系統(tǒng)；采用通信控制器將總線與以太網(wǎng)相聯(lián)，改善通信控制器的功能，可以起到一定程度的安全防范作用，包括拒絕非法訪問，危險時將總線與以太網(wǎng)隔離等；進行合理的冗余設計，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　綜上所述，現(xiàn)場總線并不是為解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不能解決的問題而出現(xiàn)的，它的主要優(yōu)點是更靈活、更開放，并為采用新型系統(tǒng)維護方式和企業(yè)管理模式提供了可能。但對于以價格為首選條件的場合，系統(tǒng)規(guī)模較小、控制對象分布比較集中的場合，以及沒有擴展設備智能診斷和管理要求的場合，現(xiàn)場總線并不一定是最佳選擇。