现场总线控制系统

【摘 要】现场总线的出现给自动化领域带来了又一次革命，让工业控制系统开始向网络化方向发展。并且随着现场总线的发展，基于传统的分布式控制系统与现场总线的分布式控制系统开始了相互融合，这也是工业控制系统最直接的变革。

【关键词】 现场总线；通信技术；工业控制

一、现场总线的概念

按照国际电工委员会（IEC）61158标准的定义，现场总线是应用在制造过程区域现场安装与控制室内自动装置之间的串行、多点通信、数字式的数据总线。它是将自动化最低层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，它遵循ISO开放系统互连参考模型的部分或全部通信协议。因为工业控制现场的环境比较复杂，对于现场装置、智能仪表以及通信网络的各种干扰也是多方面的，而工业控制现场对于控制的实时性要求很高。因此决定了现场网络总线有不同于一般总线的特点。现场总线技术可以促进现场仪表的智能化、控制系统的开放化、控制功能的智能化，符合工业控制系统领域的技术发展趋势。

二、现场总线控制系统的结构

现场总线控制系统是应用在现场层的一种全新的分布式控制系统，除了控制单元以外还包括人机接口/终端、执行器、传感器和各种复杂的驱动系统，此外智能传感器测量转换器、驱动系统和控制设备的使用正在逐渐增加。由于不同的自动化层对通信系统的要求也大不相同，因此使用按照层划分的不同层的子系统的组合要比使用单个通用总线更适合。我们根据不同的自动化层的要求，使用了不同的通信系统如图1所示。

其中，现场总线系统作为工厂数字通信网络的最底层——现场层，实现了生产过程现场设备装置之间的互联互通，并使生产过程的控制与更高的管理层紧密连接在一起。现场总线控制系统中的输入输出节点虽然有许多不同的类型，但在应用中最常用的是24V直流的2线、3线传感器或机械触点，适合于直接安装在现场。另一个节点是端子式节点，独立的输入/输出端子块安装在DIN导轨上，并连接着一个总线耦合器。该总线直流耦合器是连接总线的网关。这种类型的节点是开放式的结构，其防护等级为IP20，它必须安装在机箱中。端子式输入/输出系统包含有许多种开关量与模拟量输入/输出模块，以及串行通讯、高速计数与监控模块。端子式输入/输出系统可以独立使用也可以结合使用。而节点地址连接一个辅助电源，该电源用于驱动电磁阀和其他的电器设备。通过将辅助电器与总线电源分开可以极大地降低在总线信号中的噪音。另外大部分总线节点可以诊断出电器设备中的短路状态并且报告给主控器，即使发生短路也不会影响整个系统的通讯。普通传感器等现场装置可以通过输入输出模块连接到现场总线系统工程中，也可以单独装入总线通讯接口，连接到总线系统中。采用现场总线的最大优点是提高了现场级的设备诊断、配置功能以及网络的管理和维护。

三、现场总线系统控制的特点

现场总线系统是一种全分布式、全开放性和全数字的系统，解决了分布式控制系统的不足。在采用现场控制系统的生产控制系统中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密连接，为企业提供了全面的解决方案。它作为一种数字化的串行网络，具有良好的抗干扰能力，大大的提高了控制系统的可靠性，并且现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成更多功能，做成集成运算、控制、检测为一体的变送控制器，实现多回路，多变量的控制。现场总线仪表具有较强的运算能力和通信能力，提高了对于各种参数、信号的处理能力，并能够提供运行控制信息，便于人员更好的掌握设备的运行生产状况。

现场总线不仅是一种通信技术，它实际上融入了智能化现场仪表、计算机网络和开放系统互连等技术的精髓所有这些特点使得以现场总线为技术基础的FCS相对于传统DCS系统具有巨大的优越性：系统结构大大简化，成本降低；现场设备自治性加强，系统性能全面提高；提高了信号传输的可靠性和精度；真正实现全分散的控制网络；用户始终拥有系统集成权。

参考文献

[1]周立功.ICAN现场总线原理与应用[M].北京航空航天大学出版社，2007

[2]周志民.《现场总线控制系统的构成与特点》.2007