浅谈现场总线的发展

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1、摘要：介绍了现场总线的概念和特点，对现场总线的产生、现状和发展趋势进行了简要的综述，分析了现场总线给我们生活和生活带来的便利。关键字：0引言随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展，由此产生了现场总线这一新技术。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线技术是当代工业数字通信的前沿技术，是计算机技术、通信技术和自动化控制技术的集成，也是信息技术、测量技术在信息时代的体现。⑴（阳宪惠）如今，建立在现场总线基础之上的现场总线控制系统，正在逐步取代传统

2、的模拟仪表控制系统、直接数字控制系统和集散控制系统，并从根本上改变了传统控制系统的结构，对自动化产品及控制系统的设计方法也产生了巨大打击，为自动化系统的终端用户带来更大的实惠和方便。⑵（张凤登）1现场总线的概念和特点国际电工委员会制定的国际标准IEC61158定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的口动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。1」现场总线系统的结构特点现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式，采用了智能现场设备，能够把原先的DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可

3、以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依靠控制室的计算机或者控制仪表，实现了彻底的分散控制。采用数字信号代替模拟信号，为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。1.2现场总线系统的技术特点(1)系统的开放性现场总线系统实现了系统与世界上任何遵守相同标准的其他设备或者系统连接。(2)互可操作性与互用性现场总线系统可以实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，不同生产厂家的性能类似的设备可以实现和互替换。(3)现场设备的智能化与功能自治性它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制

4、的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。(1)系统结构的高度分散性现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构。(2)对现场环境的适应性现场总线系统具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防暴要求。⑴2现场总线的产生(1)数据采集与处理计算机在控制系统屮的应用始于20世纪50年代，此时的计算机主要是对大量的过程参数进行巡回检测、数据记录、数据计算、越限报警以及对大量数据进行累积和实时分析。(2)直接数字控制系统20卅:纪60年代以前，虽然计算机已经应用于控制系统，但仍不能称之为过程计算你就控制，其根本原因在于它不直接参与过程控制，充其量不过是一

5、个离线数据分析工具而已。60年代以后，由于计算机上提供了与过程装置之间的接口，人们开始试验用直接连接的方法，使计算机与变送器、执行器之间的信号传送都不用人工干预，并获得了成功。(3)监督计算机控制系统监督计算机控制系统中，计算机根据原始工艺信息和其他参数，按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟控制器或以直接数字方式工作的微型计算机中的设定值，从而使生产过程始终处于最优工况。(1)集散控制系统20世纪70年代中期出现了集散控制系统，它是以微型计算机为核心，采用单元组合方式，根据不同需要灵活组合的一个完整系统，即基础级是以微型计算机为核心的基本控制站，实现DDC控

6、制。各基本控制站通过网络和上级监控计算机、CRT操作站等联系起来。(2)现场总线控制系统20世纪80年代，随着通信网络技术、微型计算机技术的发展，通用或专用的微处理器开始逐步进入测量与控制仪表，使Z具有数字计算和数字通信能力。逐步放弃常规的4〜20mA模拟信号传输标准，采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，形成各种适应实际需要的控制系统成为一种趋势，现场总线就是在这种背景下产生的。3现场总线的现状现场总线作为应用于工业现场底层的控制网络，并没有用到参考模型描述的所有层次。这

7、是由于工业现场大量使用的是传感器、控制器、执行器等，它们通常零散地分布在一个较大的范围内，由它们构成的控制网络，单个节点面向控制的信息量不大，信息传输任务相对比较简单，但实时性、环境适应性要求较高。如果使用ISO/OSI7层模型，层间操作与转换非常复杂，时间开销与网络接口造价也显得过高。因此，现场总线在既遵循开放系统互连的原则，又充分兼顾测量与控制应用特点的情况下，将通信模型主要集中在4个层次上：(1)物理层。数据通信媒体，替代4〜20mA模拟信号标准。(2)数据链路层。监督各种设备之间的通信，并能进行全部错误检测