前言：

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、智能化與網絡化典型代表的現(xiàn)場總線（Field Bus—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)控制網絡向現(xiàn)場級發(fā)展的產物。它不僅是一個基層網絡，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容的綜合技術，已經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)場總線技術與產品的開發(fā)。現(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)從網絡結構到通訊技術，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網的特色。

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。［page］

3.3、節(jié)省維護開銷。由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。

3.4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產品被“框死”了設備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動權完全掌握在用戶手中。

3.5、提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。由于現(xiàn)場總線設備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統(tǒng)的結構簡化，設備與連線減少，現(xiàn)場儀表內部功能加強：減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設備標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構等優(yōu)點。

4 、現(xiàn)場總線的應用案例：

本文為大家介紹一個現(xiàn)場總線結和以太網的應用案例，從而說明現(xiàn)場總線的應用，為工廠管理級對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的訪問提供了方便。本案例中底層采用PROFIBUS-DP總線協(xié)議，通過工控機采集現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)，上層采用TCP/IP協(xié)議，并利用接口通訊程序讓工控機與管理層計算機實時交換數(shù)據(jù)。

4.1、系統(tǒng)特點：

總線方式：由于采集點位于整個生產線的各個工序車間，比較分散。因此，通過總線形式，采用分布式I/O，可以節(jié)省大量的電纜，方便施工，方便調試及維護

集中管理：系統(tǒng)通過一臺工控機集中監(jiān)視各能源采集量的瞬時值，并通過另外的應用程序計算累積量，并定時把各累積量發(fā)送給上級管理計算機系統(tǒng)

跨平臺性：工控機上運行Windows2000操作系統(tǒng)，其中運行Think&Do

監(jiān)控軟件進行瞬時值實時監(jiān)視，并要通過TCP/IP協(xié)議，把累積量打包定時發(fā)送到上級Unix系統(tǒng)中去，實現(xiàn)了跨平臺的通訊，跨平臺的數(shù)據(jù)交換

4.2、系統(tǒng)配置圖

4.3、系統(tǒng)說明：

Think&Do Studio 6.5軟件是美國Entivity公司開發(fā)的運行于WinNT或Win2K操作系統(tǒng)上的基于Visio2000的監(jiān)控軟件，具有Flowchart的控制流程設計和細致豐富的HMI人機界面。本系統(tǒng)利用了該軟件方便的聯(lián)網掃描功能、強大的計算功能，及Windows下的易于二次開發(fā)性，因此把它作為了監(jiān)控軟件的開發(fā)平臺。

模擬量模塊和帶PROFIBUS-DP接口的電表作為子站連接在PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線中，氣、水等各個流量通過測量儀表轉換為標準的4～20mA信號，輸入到模擬量模塊中來，并在Think&Do中通過FlowChart進行計算，轉換為相應工程單位的實際值，而電表則可以從Think&Do監(jiān)控軟件中直接訪問，讀取數(shù)據(jù)。Think&Do監(jiān)控軟件一方面通過監(jiān)控畫面實時顯示數(shù)據(jù)，另一方面通過DDE Server共享給接口應用程序。

由于本系統(tǒng)需要進行累積量計算，并把累積量定時上傳給上級UNIX系統(tǒng)，因此特別為本系統(tǒng)用VB開發(fā)了一個用于計算和通訊的接口應用程序。該應用程序通過TextBox控件連接DDE Server，讀取實時數(shù)據(jù)，并在TImer控件的定時事件中進行累計計算，從而得出各班組的累積量。

該應用程序與Unix系統(tǒng)的通信形式采用基于TCP/IP的電文包方式，通信協(xié)議采用基于TCPIP的SOCKET方式的通信協(xié)議。

能源采集系統(tǒng)定時主動發(fā)送數(shù)據(jù)包，并準備接受應答信號，5秒后若無應答信號，則提示連接錯誤;若應答信號為不成功，則重新發(fā)送數(shù)據(jù)包（三次不成功則提示數(shù)據(jù)發(fā)送失?。?若應答信號為成功，則結束本次發(fā)送。程序流程圖如下：

本系統(tǒng)主要總線技術，以一臺工控機實現(xiàn)了客戶要求的所有功能，降低了成本，便于維護，是總線與計算機完美結合的產物。

5 、結束語：

現(xiàn)場總線技術的出現(xiàn)，使得工業(yè)生產自動化水平有了實質性的提高，符合工業(yè)控制網絡化、信息化的時代需求，因而具有良好的發(fā)展前景。工業(yè)自動化系統(tǒng)的完全數(shù)字化、并進一步采用某種標準，是實施現(xiàn)場總線技術的基礎，因此它的前期經費投入較大?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它的出現(xiàn)，標志著工業(yè)控制技術領域又一個新時代的開始，并將對該領域的發(fā)展產生重要影響。