現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線（Fieldbus）是近年來迅速發(fā)展起來的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。由于現(xiàn)場總線簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計(jì)算機(jī)廠商的高度重視。

微處理器的出現(xiàn)，特別是微控制器的發(fā)展為現(xiàn)場總線的產(chǎn)生和發(fā)展創(chuàng)造了條件。

現(xiàn)有的多數(shù)現(xiàn)場設(shè)備，為提高其性能價(jià)格比，在實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部操作時(shí)都采用了微處理器和數(shù)字化元件，于是就提出了必須在這些領(lǐng)域的數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的要求。采用現(xiàn)場總線的目的就是為了滿足這種要求，為工業(yè)領(lǐng)域中的測量和調(diào)節(jié)控制設(shè)備提供實(shí)現(xiàn)串行數(shù)字通信的手段。

圖中為倍加福公司開發(fā)的傳感器和執(zhí)行器總線。該總線處于總線的最下一層。

對(duì)于現(xiàn)場總線，一方面把傳統(tǒng)的模擬儀表變成數(shù)字儀表，變單一功能為多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表的互操作和互換信息；另一方面是把DCS（分散型控制系統(tǒng)）變成FCS（現(xiàn)場控制系統(tǒng)），在現(xiàn)場建立開放式的現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)場總線有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.一對(duì)N的結(jié)構(gòu)，一對(duì)傳輸線，可以對(duì)應(yīng)多臺(tái)現(xiàn)場數(shù)字儀表，也可采用多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，簡化了工程設(shè)計(jì)，降低了工程費(fèi)用。

2.現(xiàn)場總線采用數(shù)字信號(hào)傳輸。

3.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

4.綜合多種功能，以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字儀表具有多種功能；另外數(shù)字調(diào)節(jié)閥直接從現(xiàn)場總線接收數(shù)字調(diào)節(jié)信號(hào)，在現(xiàn)場總線上就可以構(gòu)成回路，把原來的DCS站的功能下放到現(xiàn)場儀表，實(shí)現(xiàn)徹底的分散，提高系統(tǒng)的可靠性。

目前，較為流行的現(xiàn)場總線有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART（過渡協(xié)議）等。我國市場也有一些系統(tǒng)集成公司推出自己基于不同現(xiàn)場總線的系統(tǒng)，如艾訊推出BITlink，康拓工控推廣的Bitbus和Atcent兩個(gè)現(xiàn)場總線產(chǎn)品等。

其中HART和LonWorks在我國開發(fā)和應(yīng)用較多。下面只簡單介紹一下WorldFIP的情況。WorldFIP現(xiàn)場總線不論高速還是低速，只有一套通信協(xié)議，可以不需要任何網(wǎng)橋或網(wǎng)關(guān)，低速與高速的銜接只用軟件完成。

WorldFIP組織認(rèn)為，它的生產(chǎn)者/使用者（Producer/Consumer）模式和總線仲裁器（BUSArbiter）的調(diào)度方式特別適合工業(yè)過程控制的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。它的很多優(yōu)點(diǎn)都與此有關(guān)。FF與IEC標(biāo)準(zhǔn)草案都采用了這種通信模式，只是名稱不同。FF稱為發(fā)布方/接收方（Publisher/Subscriber）與鏈接調(diào)度器（LAS），實(shí)際方式與WorldFIP基本一致。這也說明了為什么WorldFIP支持IEC標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗麄兿騃EC靠攏在技術(shù)上是比較容易的。

目前，WorldFIP的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋狠旊?、鐵路運(yùn)輸、地鐵、化工、空間技術(shù)、汽車制造等。1998年5月，WorldFIP組織在中國建立了技術(shù)推廣中心，并把注意力放在中國的能源和鐵路兩個(gè)將大力發(fā)展的領(lǐng)域。