現場總線的結構與技術特點有哪些呢？

在過程控制領域中，從20世紀50年代至今一直都在使用著一種信號標準，那就是4~20mA的模擬信號標準。20世紀70年代，數字式計算機引入到測控系統中，而此時的計算機提供的是集中式控制處理。

20世紀80年代微處理器在控制領域得到應用，微處理器被嵌入到各種儀器設備中，形成了分布式控制系統。在分布式控制系統中，各微處理器被指定一組特定任務，通信則由一個帶有附屬“網關”的專有網絡提供，網關的程序大部分是由用戶編寫的。

隨著微處理器的發展和廣泛應用，產生了以IC代替常規電子線路，以微處理器為核心，實施信息采集、顯示、處理、傳輸及優化控制等功能的智能設備。一些具有專家輔助推斷分析與決策能力的數字式智能化儀表產品，其本身具備了諸如自動量程轉換、自動調零、自校正、自診斷等功能，還能提供故障診斷、歷史信息報告、狀態報告、趨勢圖等功能。

通信技術的發展，促使傳送數字化信息的網絡技術開始廣泛應用。與此同時，基于質量分析的維護管理、與安全相關系統的測試的記錄、環境監視需求的增加，都要求儀表能在當地處理信息，并在必要時允許被管理和訪問，這些也使現場儀表與上級控制系統的通信量大增。另外，從實際應用的角度，控制界也不斷在控制精度、可操作性、可維護性、可移植性等方面提出新需求。由此，導致了現場總線的產生。

現場總線就是用于現場智能化裝置與控制室自動化系統之間的一個標準化的數字式通信鏈路，可進行全數字化、雙向、多站總線式的信息數字通信，實現相互操作以及數據共享?，F場總線的主要目的是用于控制、報警和事件報告等工作?，F場總線通信協議的基本要求是響應速度和操作的可預測性的最優化?，F場總線是一個低層次的網絡協議，在其之上還允許有上級的監控和管理網絡，負責文件傳送等工作?，F場總線為引入智能現場儀表提供了一個開放平臺，基于現場總線的分布式控制系統（FCS），將是繼DCS后的又一代控制系統。

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現場總線的結構特點

現場總線打破了傳統控制系統的結構形式。

傳統模擬控制系統采用一對一的設備連線，按控制回路分別進行連接。位于現場的測量變送器與位于控制室的控制器之間，控制器與位于現場的執行器、開關、馬達之間均為一對一的物理連接。

現場總線控制系統由于采用了智能現場設備，能夠把原先DCS系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現場設備，加上現場設備具有通信能力，現場的測量變送儀表可以與閥門等執行機構直接傳送信號，因而控制系統功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制?，F場總線控制系統（FCS）與傳統控制系統（如DCS）結構對比如下圖所示。

由于采用數字信號替代模擬信號，因而可實現一對電線上傳輸多個信號，如運行參數值、多個設備狀態、故障信息等，同時又為多個設備提供電源，現場設備以外不再需要模擬/數字、數字/模擬轉換器件。這樣就為簡化系統結構、節約硬件設備、節約連接電纜與各種安裝、維護費用創造了條件。下表為FCS與DCS的詳細對比。

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現場總線的技術特點

（1）系統的開放性

開放系統是指通信協議公開，各不同廠家的設備之間可進行互連并實現信息交換，現場總線開發者就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統。這里的開放是指對相關標準的一致性、公開性，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統，它可以與任何遵守相同標準的其他設備或系統相連。一個具有總線功能的現場總線網絡系統必須是開放的，開放系統把系統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。

（2）互可操作性與互用性

這里的互可操作性，是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數字通信。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互用。

（3）現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場設備中完成，僅靠現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。

（4）系統結構的高度分散性

由于現場設備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現場總線已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡化了系統結構，提高了可靠性。

（5）對現場環境的適應性

工作在現場設備前端，作為工廠網絡底層的現場總線，是專為在現場環境工作而設計的，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，能采用兩線制實現送電與通信，并可滿足本質安全防爆要求等。

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現場總線的優點

由于現場總線的以上特點，特別是現場總線系統結構的簡化，使控制系統從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出優越性。

（1）節省硬件數量與投資

由于現場總線系統中分散在設備前端的智能設備能直接執行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統的信號調理、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。

（2）節省安裝費用

現場總線系統的接線十分簡單，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，既節省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。據有關典型試驗工程的測算資料，可節約安裝費用60%以上。

（3）節約維護開銷

由于現場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數字通信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，縮短了維護停工時間，同時由于系統結構簡化、連線簡單而減少了維護工作量。

（4）用戶具有高度的系統集成主動權

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

（5）提高了系統的準確性與可靠性

由于現場總線設備的智能化、數字化，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，由于系統的結構簡化，設備與連線減少，現場儀表內部功能加強；減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。

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，易于重構等優點。