0、引言
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制過程對現(xiàn)場信號的采集、傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提出了更高的要求。而數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微處理技術(shù)的迅速發(fā)展，把傳統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號混合的系統(tǒng)變成全數(shù)字信號系統(tǒng)成為可能?；诂F(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System）就是在這種背景下產(chǎn)生的，并成為當前過程控制領(lǐng)域的熱點。在傳統(tǒng)的自動化控制工程項目中，如何將現(xiàn)場總線技術(shù)與DCS控制系統(tǒng)緊密結(jié)合并發(fā)揮出巨大的優(yōu)勢，引起了各用戶和系統(tǒng)集成商的高度重視，并將此作為系統(tǒng)競爭力的一個具體體現(xiàn)。本文結(jié)合具體項目，初步闡述了PROFIBUS現(xiàn)場總線和DCS相結(jié)合的方案，方案的靈活性、經(jīng)濟性和技術(shù)穩(wěn)定性已在工程運用中得到很好的詮釋。
1、現(xiàn)場總線概述
1．1 概念
現(xiàn)場總線是安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備/儀表與控制室內(nèi)的自動控制裝置/系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線。其中，“生產(chǎn)過程”包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。
或者，現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。
1．2 現(xiàn)場總線的主要特征
在FCS中，現(xiàn)場總線的主要特征是把數(shù)字通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理技術(shù)集合在一起，充分體現(xiàn)了當今科學技術(shù)發(fā)展中的數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化及互換性、兼容性、開放性的特點，是實現(xiàn)現(xiàn)場級控制設(shè)備數(shù)字化通信的一種工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，是一次工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備通信的數(shù)字化革命。可以從4個層面來表述現(xiàn)場總線的含義。
（1） 現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)：傳統(tǒng)的DCS項目中，通訊網(wǎng)絡(luò)的終點是控制站或者IO站，現(xiàn)場儀表仍是采用4-20mA.DC模擬信號送進控制系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線技術(shù)可使用一條通信電纜將現(xiàn)場設(shè)備（智能化、帶有通信接口）連接，用數(shù)字化通信代替4-20mA/24VDC信號，完成現(xiàn)場設(shè)備控制、監(jiān)測、遠程參數(shù)化等功能，實現(xiàn)了真正意義上的現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)字化通訊線一直延伸到了生產(chǎn)現(xiàn)場或者生產(chǎn)設(shè)備。
（2） 互操作性：不同廠商制造的設(shè)備，只要支持相同的總線通訊協(xié)議，就可以集成在一個系統(tǒng)內(nèi)，互相通訊，運用同一個組態(tài)軟件進行組態(tài)工作，以實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)策略。
（3） 分散功能：在FCS系統(tǒng)中，將傳統(tǒng)輸入/輸出IO控制站的一些功能分散地分配給了現(xiàn)場智能執(zhí)行器、智能變送器、智能控制儀表、智能馬達控制器等，提高了智能化和數(shù)字化的水平，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。
（4） 開放式互連網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可以與同類網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同網(wǎng)絡(luò)互連（如TCP/IP）。開放是網(wǎng)絡(luò)互連還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，可以完成將現(xiàn)場級、車間級、企業(yè)級各個層面的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)流動?，F(xiàn)代企業(yè)管理的重要基礎(chǔ)之一就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
1．3 傳統(tǒng)的與基于現(xiàn)場總線式的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)優(yōu)缺點
1．3．1 傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)
傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)系統(tǒng)（包括：基于PC、PLC、DCS產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)），其主要特點之一是，現(xiàn)場層設(shè)備與控制器之間的連接是一對一（一個I/O點對設(shè)備的一個測控點）所謂I/O接線方式，信號傳遞4-20mA（傳送模擬量信息）或24VDC（傳送開關(guān)量信息）信號。如圖1-1所示：
圖1-1：傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)架構(gòu)
傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)的主要缺點：
（1）信息集成能力不強： 控制器與現(xiàn)場設(shè)備之間靠I/O連線連接，傳送4-20mA模擬量信號或24VDC等開關(guān)量信號，并以此監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備。這樣，控制器獲取信息量有限，大量的數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù)、故障及故障紀錄等數(shù)據(jù)很難得到。
（2）系統(tǒng)不開放、可集成性差、專業(yè)性不強：除現(xiàn)場設(shè)備均靠標準4-20mA/24VDC連接，系統(tǒng)其它軟、硬件通常只能使用一家產(chǎn)品。不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性、互換性，因此可集成性差。這種系統(tǒng)很少留出接口，允許其它廠商將自己專長的控制技術(shù)，如控制算法、工藝流程、配方等集成到通用系統(tǒng)中去，因此，面向行業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)很少。
（3）可靠性不易保證：對于大范圍的分布式系統(tǒng)，大量的I/O電纜及敷設(shè)施工，不僅增加成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性。
（4）可維護性不高：由于現(xiàn)場級設(shè)備信息不全，現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能不強。另一方面也很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護性。
1．3．2 基于現(xiàn)場總線式的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)
基于現(xiàn)場總線式的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-2。
圖1-2：基于現(xiàn)場總線式的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)架構(gòu)
基于現(xiàn)場總線的現(xiàn)場級與車間級控制系統(tǒng)主要優(yōu)點：
（1）增強了現(xiàn)場級信息集成能力
現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自
