現(xiàn)場總線是應(yīng)用生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測控設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字通信系統(tǒng)，是開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的低層控制網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場總線是在20世紀(jì)年代中期發(fā)展起來的?，F(xiàn)場總線技術(shù)是將專用的微處理器植入傳統(tǒng)的測控儀表，使其具備了數(shù)字計(jì)算和通信能力，采用連接簡單的雙絞線、同軸電纜、光纖等作為總線，按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個(gè)微機(jī)化測控儀表之間、遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，形成適應(yīng)現(xiàn)場實(shí)際需要的控制系統(tǒng)。它的出現(xiàn)改變了以往采用電流、電壓模擬信號進(jìn)行測控信號變化慢，信號傳輸抗干擾能力差的缺點(diǎn)，也改變了集中式控制可能造成的全線癱瘓的局面。由于微處理器的使用，使得現(xiàn)場總線有了較高的測控能力，提高了信號的測控和傳輸精度，同時(shí)豐富了控制信息內(nèi)容，為遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。 現(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，一出現(xiàn)便成為全球工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，受到全世界的普通遍關(guān)注?，F(xiàn)場總線導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)——現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）。 一、現(xiàn)場總線的特點(diǎn) 現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用的一對一的設(shè)備連線模式，而采用了總線通信方式，因而控制功能可不依賴控制室計(jì)算機(jī)直接在現(xiàn)場完成，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的分散控制，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對經(jīng)如圖1所示。 1、增強(qiáng)了現(xiàn)場級的信息采集能力 現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠很好地滿足工廠自動(dòng)化乃至CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場總線是數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?～20mA信號，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障和參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。 2、開放式、互操作性、互換性、可集成性 不同廠家產(chǎn)品只要使用同一種總線標(biāo)準(zhǔn)，就具有互操作性、互換性，因此設(shè)備具有很好的可集成性。系統(tǒng)為開放式，允許其他廠商將自己專長的控制技術(shù)，如控制算法、工藝方法、配方等集成到通用控制系統(tǒng)中，因此，市場上將有許多面向行業(yè)特點(diǎn)的監(jiān)控制系統(tǒng)。 3、系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好 基于現(xiàn)場總線的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用總線連接方式替代一對一的I/O連線，對于大規(guī)模I/O系統(tǒng)來說，減少了由接線點(diǎn)造成的不可靠因素。同時(shí)，系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警和記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化工作，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 4、降低了系統(tǒng)及工程成本 對于大范圍、大規(guī)模I/O分布式系統(tǒng)來說，省去了大量的電纜、I/O模塊及電纜敷設(shè)工程費(fèi)用，降低了系統(tǒng)及工程成本。 二、幾種代表性現(xiàn)場總線技術(shù) 目前國際上現(xiàn)有總線及總線標(biāo)準(zhǔn)不下200種，具有一定影響和已占有一定市場份額的總線有如下幾種： 1、基金會現(xiàn)場總線（FF） 其前身以美國Fisher-Rosemout公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、SIEMENS等80多家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地150多家公司制定的World FIP協(xié)議，在1994年兩大集團(tuán)合并成立FF基金會?；饡F(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1通信速率31.25Kbps，通信距離1900m，H2通信速率可為1M和1.5Mbps兩種，通信距離分別為500m和750m。目前，F(xiàn)F總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過程自動(dòng)化為主。如：化工、電力廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。 2、Lonworks總線 由Echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)，于1990年正式公布。其通信速率從300kbps到1.5Mbps不等，直接通信距離可達(dá)2700m。Lonworks總線應(yīng)用廣泛，主要包括樓宇自動(dòng)化，家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、SCADA系統(tǒng)等。國內(nèi)主要應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化。 3、Profibus總線 Profibus總線1996年3月被批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，由Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS組成Profibus系列。DP用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用；FMS即現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇、電力等；PA適用于過程自動(dòng)化。Profibus總線技術(shù)由德國SIEMEMS為主的10多家公司共同推出。傳輸速率為9.6Kbps到12Mbps，傳輸距離12Mbps為100m，1.5Mbps為400m。 4、CAN總線 CAN總線是控制局域網(wǎng)的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間數(shù)據(jù)通信。由于得到Motorola、Intel、Philip、Siemens、NEC等公司支持，廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域，通信速率最高可達(dá)1Mbps/400m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)10km/5Kbps，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 5、HART總線 HART總線是可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的英文縮寫。其最早由Rosemount公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立HART通信基金會。這種通信協(xié)議的特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程的過渡產(chǎn)品。 三、現(xiàn)場總線的應(yīng)用 1、選擇合適的現(xiàn)場總線及其產(chǎn)品 從用戶角度來講，面對如此眾多現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)如何作出選擇，筆者提出一點(diǎn)建議供用戶參考。 （1）標(biāo)準(zhǔn) 從標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的歷史看，誰的技術(shù)將發(fā)展為國際標(biāo)準(zhǔn)，或在國際標(biāo)準(zhǔn)制定過程中有較大的發(fā)言權(quán)，取決于這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得的成就，取決于這項(xiàng)技術(shù)及產(chǎn)品在國際市場上所占份額。 （2）選擇總線 用戶應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用工程特點(diǎn)出發(fā)，選擇在本行業(yè)中具有較好運(yùn)行業(yè)績的總線，因?yàn)?，沒有任何一種可包羅萬象、適合所有應(yīng)用領(lǐng)域的線場總線技術(shù)?？芍攸c(diǎn)考慮以下幾項(xiàng)指標(biāo)：通信速率——系統(tǒng)對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)響應(yīng)的要求，通信距離——網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地域大小、抗干擾能力及容錯(cuò)能力等。 （3）選擇產(chǎn)品 毫無疑問，我們應(yīng)選擇國際知名的、擁有用戶多的、產(chǎn)品應(yīng)用基礎(chǔ)好的產(chǎn)品。 2、現(xiàn)場總線的典型應(yīng)用 在現(xiàn)代社會中，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)不再是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，而是與企業(yè)信息管理系統(tǒng)（MIS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、閉路監(jiān)視系統(tǒng)（CCTV）等有機(jī)地結(jié)合，形成一個(gè)綜合的企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，典型的系統(tǒng)配置如圖2所示。 從圖中可以看出系統(tǒng)從生產(chǎn)現(xiàn)場開始分為現(xiàn)場控制層、中央監(jiān)控層和經(jīng)營管理層。各層間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享，從而構(gòu)成完整的企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)場控制層由HART、PROFIBUS等現(xiàn)場總線網(wǎng)段組成是企業(yè)信息網(wǎng)的底層，它把現(xiàn)場的參數(shù)信息送到中央控制室適時(shí)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算和顯示，而經(jīng)營管理層則由辦公自動(dòng)化、財(cái)務(wù)、人事和生產(chǎn)等數(shù)據(jù)庫連同中央控制室數(shù)據(jù)庫構(gòu)成企業(yè)最上層的網(wǎng)絡(luò)頂端。 四、結(jié)束語 現(xiàn)場總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，使用現(xiàn)場總線技術(shù)必將帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。