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1.引言

    隨著科學技術的不斷發展，現場總線控制技術也得到了相應的發展。它是綜合運用微處理器技術、網絡技術、通信技術和自動化技術的產物。它將微處理器置入現場自控設備，使設備具有數字計算和數字通信的能力，這一方面提高了信號測量、控制和傳輸的精度，也為實現其遠程傳輸創造了條件。由于現場總線適應了工業控制系統向分散化、網絡化、智能化的發展方向，它一經出現便成為全球工業自動化技術的熱點，得到了廣泛的應用，對該領域產生了前所未有的沖擊和影響。

2. 現場總線控制系統的結構和技術特點

所謂現場總線，按照國際電工委員會IEC／SC65C的定義，是指安裝在制造或生產區域的現場裝置之間以及現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行和多點通信的數據總線。以現場總線為基礎發展起來的全數字控制系統稱作現場控制系統(Fieldbus Control System，以下簡稱rcs)。

2.1現場總線控制系統的結構

現場總線控制系統通常有以下幾部分組成：現場總線儀表、控制器；現場總線線路；監控、組態計算機。這里的儀表、控制器、計算機都要通過現場總線網卡、通信協議軟件連接到網卡上。因此，現場總線網卡、通信協議軟件是現場總線控制系統的基礎和神經中樞。

2.2現場總線控制系統的技術特點

現場總線這種用于智能化現場設備和自動化系統的開放式、數字化、雙向串行、多節點的通信總線，是企業網(Intranet)內處于最低層的控制系統(Infra―net)，其主要特點：

① 以數字式通信方式取代設備級的模擬量和開關量信號；

② 車間級與設備級通信的數字化網絡；

③ 現場總線使自控系統與設備加入工廠信息網絡，成為企業信息網絡底層，使企業信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產現場；

④ 在C 系統中，現場總線是工廠計算機網絡到現場級設備的延伸，是支撐現場級與車間級信息集成的技術基礎。

3. 現場總線在工業控制中的應用

現場總線在工廠生產過程控制中的應用范圍較廣。以某大型加工廠為例，該廠為擴大生產規模，強化生產過程，同時為了保證安全生產和達到環保要求，被控設備種類多(這些種類繁多的進口和國產設備往往本身還配有控制系統)，需要檢測的點數和控制回路較多，測控點分散。若采用傳統的DCS系統控制，如此眾多的檢測信號匯集到DCS的入口處，會導致系統的安全性和可靠性下降。而采用現場總線控制系統，可將大多數的控制功能下放到現場電儀設備，減少DCS處理信息的壓力，增強系統的可靠性和安全性，同時也可減少電纜及相關費用。

3.1 控制系統網絡結構

傳統的工廠級控制體系結構有五層，即工廠層、車間層、單元層、工作站層、設備層。而Rockwell自動化系統將其簡化為三層結構模式:信息層(Ethemet以太網)、控制層(ControlNet控制網)、設備層(DeviceNet設備網)。此系統為三層結構的集散控制系統，分別為管理總線( II))的管理級、控制總線(ControlNet)的監控級及現場總線(DeviceNet)的現場執行級。現場執行級的主要任務是直接負責現場控制，如現場數據采集、執行控制輸出等；監控級用來對現場級進行監控，對整個系統進行集中監控和在線管理；管理級主要任務是將管理部門的決策引入到監控級的控制策略中去，實施各相關系統間的協調與信息共享。

3．2 DeviceNet控制系統

DeviceNet基于CANBUS技術，用于PLC與現場設備之間的通訊網絡。它可連接開關、拖動裝置、固態過載保護裝置、條形碼閱讀器、I／0和人機界面等，傳輸速率125―500kbps。DeviceNet控制系統由DeviceNet輔助啟動器(DSA)、E3固態熱繼電器、帶輸入點的通訊模件(2l0o― GK61)、PLC控制器、現場操作箱、軟起動器、模擬量模件、變頻器和InteliCenter軟件等組成。

① DSA帶有DeviceNet接口，用于非智能化設備上DeviceNet網，例如，電機啟動單元配雙金屬片熱繼電器、SMP一1或SMP一2熱繼電器、饋電單元、主進線單元等。DSA帶有4個輸入點，用于監視接觸器、斷路器和熱繼電器狀態以及手／自動轉換開關點。DSA還帶有2個輸出點，用于驅動接觸器合閘或正反運行；

② E3固態熱繼電器提供內置式DeviceNet接口和4個開關量輸入，用于監視接觸器、斷路器和手動／自動轉換狀態。可編程保護功能包括：過載／欠載、失相／相間不平衡、堵轉、接地和FIE熱電阻輸入；

③DeviceNet通訊模件(2l0o―GK61)，用作智能設備的通訊適配器，例AC drives(Bulletinsl305，1336PLUS，1336 PLUSH)、SMC Dialog Plus controlers和SMP一3熱繼電器。2l0o―GK61另外配置4個開關量輸入，用于反饋斷路器、旁路裝置、手動自動轉化開關狀態；

④ 模擬量模件(如FLEXI／OTM模塊)，可設置在MCC柜中或現場操作箱內，采集、傳輸各種傳統現場測量儀表所提供的模擬信號(O一20mA、0―10v)或現場I／o信號，并可對相關現場設備進行監控，因此方便地實現了機一電一儀一體化控制，避免了一個車間內多個控制系統并存，提高了系統的安全性和可靠性。DeviceNet可以獲得所控負載的多種數據，通過SMP一3及DSA等模件可以快速而準確地指示脫扣的原因(缺相、失速、過載或接地故障)。系統采用Intelli―center軟件，可隨時得到整個系統的實時狀態、趨勢圖、控制原理圖、備件表、用戶手冊，并允許對整個系統更有效地維護，避免由系統所導致的斷路。這種有64個節點、多支路的網絡，允許用l根電纜連接500m以內的100個以上的現場設備，并遠至用戶的可編程控制器，無需用導線把每一個設備和一個I／O機架連接起來，節省了PLC的大量I／O量模件。總之，所有這一切可以減少導線的費用并且方便安裝。

3．3 ControlNet控制系統

ControlNet在單根電纜上支持兩種類型的信息傳輸：實時性的控制信息和I／O數據傳輸、無時間苛求的信息發送和程序上／下載。ControlNet技術采用了一種新的通信模式，以生產者／客戶模式取代了傳統的源／目的模式，不僅支持傳統的點對點通訊，而且允許同時向多個設備傳遞信息。生產者／客戶模式使用時間片算法保證各節點實現同步，從而提高了帶寬利用率。現場總線采用雙絞線傳送數字信號，一般在2根普通導線制成的雙絞線上，可掛接幾十個自控設備，與傳統的設備間一對一的接線方式相比，可節省大量線纜、橋架、連接件，同時，由于所有的連線都變得簡單明了，系統設計、安裝、維護的工作量也隨之大大減少。采用現場總線可實現控制網絡、以太網絡和設備網絡之間的高速數據交換，并實現對網絡的監視、控制和管理。由此可以看到，采用現場總線具有諸多好處，它既是通信網絡，又是自控系統。作為通信網絡所傳送的是接通／關斷電源、開關閥門的指令和數據，直接關系到操作運行過程中的設備及人身安全，要求信號在粉塵、噪聲、電磁干擾等較為惡劣的環境下能夠準確、及時到位，同時還具有節點分散、報文簡短等特征；作為自動化系統，在系統結構上發生了較大變化，其顯著特征是通過網絡信號的傳送聯絡，可由單個節點，也可由多個網絡節點共同完成所要求的自動化功能，是一個由網絡集成的自動化系統。

3 結束語

現場工業總線既是通信網絡，又是自控系統。它作為通信網絡，要求信號在粉塵、噪聲、電磁干擾較為惡劣的環境下能夠準確、及時到位，同時還具有節點分散、報文簡短等特征。它作為自動化系統，在系統結構上發生了較大變化，其顯著特征是通過網絡信號的傳送聯絡，可由單個字節、也可由多個網絡節點共同完成所要求的自動化功能，是一種由網絡集成的自動化系統。綜上所述，現場總線技術的出現為自動化儀表行業和自控領域提供了良好的機遇，也提出了嚴峻的挑戰。我們應該結合本單位具體情況，積極組織力量，開展現場總線技術研究與相關產品的開發。

參考文獻：

赫曉紅，馬向華  論現場總線控制系統[J] 自動化儀表，2001，16（3）：1-5.

楊成林，現場總線技術在我國的應用[J] 國內外機電一體化技術 1999.