Abstract: On the basis of introducing the engender significance of field bus, this paper focuses on six aspects that embody the essence of fieldbus and the main characteristics of fieldbus.
Key Words: Significance essence characteristics
【中图分类号】B025.1 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）10-0000-00
1 引言
现场总线是当今自动化技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。现场总线(Fieldbus)技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备(智能化、带有通信接口)连接，用数字化通信代替4～20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
传统的现场级自动化控制系统采用一对一连线的4～20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的“息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。
基于现场总线的自动化控制系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
2 现场总线本质
1984年，现场总线的概念得到正式提出。IEC(International Electrotechnical Commission,国际电工委员会)对现场总线(Fieldbus)的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。
不同的机构和不同的人可能对现场总线有着不同的定义，不过通常情况下，大家公认现场总线的本质体现在以下六个方面：
(1)现场通信网络。用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。
(2)现场设备互联。依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。
(3)互操作性。用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。
(4)分散功能块。FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表,从而构成虚拟控制站，彻底地实现了分散控制。
(5)通信线供电。通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量，这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表，与其配套的还有安全栅。
(6)开放式互联网络。现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。
从以上内容可以看到，现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，而这些正是DCS系统的缺点。DCS通常是一对一单独传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于“失控”状态，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。FCS则采取一对多双向传输信号，采用的数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去。由此可以看到FCS相对于DCS的巨大进步。
也正是由于FCS的以上特点使得其在设计、安装、投运到正常生产都具有很大的优越性，首先由于分散在前端的智能设备能执行较为复杂的任务，不再需要单独的控制器、计算单元等，节省了硬件投资。FCS的接线较为简单，而且一条传输线可以挂接多了设备，大大节约了安装费用；由于现场控制设备往往具有自诊断功能，并能将故障信息发送至控制室，减轻了维护工作。同时，由于用户拥有高度的系统集成自主权，可以通过比较灵活选择合适的厂家产品，整体系统的可靠性和准确性也大为提高。这一切都帮助用户实现了减低安装、使用、维护的成本，最终达到增加利润的目的。
3 现场总线特征
现场总线的概念是随着微电子技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能后，于1984年左右提出的。现场总线一般定义为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式，数字化，双向串行，多节点的通信总线。现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，具有以下几项技术特征。
(1)现场设备已成为以微处理器为核心的数字化设备，彼此通过传输媒体(双绘线、同轴电缆或光纤)以总线拓扑相连；数字式通信方式取代设备级的模拟量(如4～20mA、0～5V等信号)和开关量信号。
(2)网络数据通信采用基带传输(即数字数据数字传输)，数据传输速率高(为Mbit/s或10Mbit/s级)，实时性好，抗干扰能力强；在车间级与设备级通信的数字化网络。
(3)废气了集散控制系统(DCS)中的I/O控制站，将这一级功能分散的分配给现场设备完成；分散的功能模块，便于系统维护、管理与扩展，提高可靠性；现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。
(4)现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
(5)开放式互连结构，既可与同层网络相连，也可通过网络互连设备与控制级网络或管理信息级网络相连；在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
(6)互操作性，在遵守同一通信协议的前提下，可将不同厂家的现场设备产品统一组态，构成所需要的网络。
4 FCS
作为连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的通信网络，现场总线是九十年代在国际兴起的新一代全分布式控制系统的核心技术。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。采用现场总线技术可以促进现场仪表智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合现代工业控制系统领域的技术发展趋势。伴随着数字化时代的来临，现场总线控制系统(FieldbusControlSystem,FCS)必将成为工业自动化的主流。现场总线五方面含义
(1)现场通信网络。传统DCS的通信网络截止于控制站或输入输出单元，现场仪表仍然是一对一摸拟信号传统。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。
(2)互操作性。互操作性的含义来自不同制造厂的现场设备，不仅可以互相通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。也就是说，用户选用各种品牌的现场设备集成在一起，实现“即接即用”。
(3)分散功能块。FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。
(4)通信线供电。现场总线的常用传输线是双绞线，通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量，这种低功耗现场仪表可以用于本质安全环境。
(5)开放式互连网络。现场总线为开放式互连网络，既可与同类网络互连，也可与不同网络互连。开放式互连网络还体现在网络数据库共享，通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体构成统一的FCS。
6 结束语
现场总线是21世纪自动控制系统的基础，它的出现和应用将使传统的自动控制系统产生重大变革。如变革传统的信号标准、通信标准、系统标准；变革现有自动控制系统的体系结构、产品结构；变革惯用的设计、安装、调试、维护方法等。它将对自动化技术的发展产生深远的影响。现场总线是应用在生产现场、在微处理器化的测量和控制设备之间实现双向串行多字节数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
参考文献
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