微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第2版）課件：網(wǎng)絡(luò)集成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)集成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)01FCS與DCS的比較現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介0302現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介FCS與DCS的比較DCS概述現(xiàn)代控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史實(shí)際上經(jīng)歷了一個(gè)由控制分散、管理分散，控制分散、管理集中，控制集中、管理集中到控制分散、管理集中的過(guò)程。隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制規(guī)模不斷擴(kuò)大，復(fù)雜程度不斷增加，工藝過(guò)程不斷強(qiáng)化，因而對(duì)過(guò)程控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，也導(dǎo)致了自動(dòng)化領(lǐng)域的深刻變革，并逐漸形成了自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放系統(tǒng)互連通信網(wǎng)絡(luò)，形成了全分布式網(wǎng)絡(luò)集成化自控系統(tǒng)。以微處理器為基礎(chǔ)的分散型控制系統(tǒng)(Distributedcontrolsystem，簡(jiǎn)稱DCS)，正是在這種背景下產(chǎn)生的，它是繼直接作用式氣動(dòng)儀表、氣動(dòng)單元組合儀表、電動(dòng)單元組合儀表和組件組裝式儀表之后的新一代控制系統(tǒng)。今天的分散型控制系統(tǒng)已經(jīng)不是過(guò)去的那種模擬控制系統(tǒng)，而是采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字控制系統(tǒng)。今天的集中管理手段也不僅僅是依靠指示儀表、記錄儀表和操作開(kāi)關(guān)，而是采用先進(jìn)的CRT顯示設(shè)備、打印機(jī)和鍵盤來(lái)管理。分散控制系統(tǒng)又稱為計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)，它是生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視、控制技術(shù)發(fā)展和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物。分散式控制系統(tǒng)指的是一種多機(jī)系統(tǒng)，即多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別控制不同的對(duì)象或設(shè)備，各自構(gòu)成子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間有通信或網(wǎng)絡(luò)互連關(guān)系。從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在功能上、邏輯上、物理上以及地理位置上都是分散的?？傊杂?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心組成的控制系統(tǒng)都是分散式控制系統(tǒng)，它是控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和CRT顯示技術(shù)的結(jié)晶。DCS概述集散控制系統(tǒng)由集中管理部分、分散控制監(jiān)測(cè)部分和通信部分組成。集中管理部分可分為操作員工作站、工程師工作站和管理計(jì)算機(jī)；分散控制監(jiān)測(cè)部分按功能分為控制站、監(jiān)測(cè)站；通信部分則完成控制指令及各種信息的傳遞和數(shù)據(jù)資源的共享。圖11－1所示為一個(gè)分散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)。集散控制系統(tǒng)最基本的特征就是實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的分散控制和集中管理，它以高可靠性和完善的控制管理功能代替了大部分原有的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)放模式、集成技術(shù)、和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)DCS應(yīng)用和發(fā)展的影響，促使目前的DCS技術(shù)向集成化、綜合化、智能化的方向發(fā)展。集散控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)，它們的硬件和軟件千差萬(wàn)別，但是它們的基本構(gòu)成方式和構(gòu)成要素是相同、相似的。DCS在體系上是功能分層的，按照自下而上的功能分層。集散控制系統(tǒng)一般可以分為四層：現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、過(guò)程裝置控制級(jí)、車間操作管理級(jí)、全廠優(yōu)化和調(diào)度管理級(jí)。信息自下向上集中，自上向下分散，構(gòu)成系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。DCS的分散過(guò)程控制級(jí)

分散過(guò)程控制裝置是集散控制系統(tǒng)的核心，也是集散系統(tǒng)中變化形式最多的部分，它的功能越來(lái)越強(qiáng)，發(fā)展趨勢(shì)是集常規(guī)、邏輯和批量控制于一體，成為多功能控制器。1、分散過(guò)程控制裝置的類型按照組成分散過(guò)程控制裝置的設(shè)備不同，可以分為7類，即將單回路控制器、多回路控制器、數(shù)據(jù)采集裝置、可編程邏輯控制器、輸入輸出裝置等幾大類設(shè)備任意組合，形成不同類型的分散控制裝置。2、分散過(guò)程控制裝置的構(gòu)成特點(diǎn)分散控制裝置具有分散控制、遞階控制等特點(diǎn)（1）整體式系統(tǒng)的構(gòu)成：即分散過(guò)程控制裝置本身有操作器，構(gòu)成閉環(huán)，自成系統(tǒng)，在沒(méi)有外部信息交互的情況下，仍然可以獨(dú)立完成控制功能，系統(tǒng)可靠性較高。（2）分散式系統(tǒng)的構(gòu)成：分散式系統(tǒng)采用通訊系統(tǒng)，它的操作接口在系統(tǒng)上層，下層按照負(fù)荷分散的原則組成水平型結(jié)構(gòu)，操作器與控制器分散，可以實(shí)現(xiàn)降級(jí)操作到操作級(jí)，增加了可靠性，操作靈活性大。（3）冗余系統(tǒng)的構(gòu)成：由于分散過(guò)程控制裝置直接與生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系，它直接影響過(guò)程控制的好壞，因此經(jīng)常采用冗余結(jié)構(gòu)。DCS的分散過(guò)程控制級(jí)相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和過(guò)程控制裝置級(jí)，由單回路、多回路控制器、多功能控制器、數(shù)據(jù)采集裝置等組成，它的主要功能是分散的過(guò)程控制。其結(jié)構(gòu)具有以下4點(diǎn)特征：

適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在大量的沖擊、噪聲、電磁、機(jī)械震動(dòng)的干擾，設(shè)備的工作環(huán)境比較惡劣，因此需要選擇工業(yè)級(jí)的專用設(shè)備。比如專門應(yīng)用于工業(yè)的IPC，它在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了惡劣的工作環(huán)境，其元件容量大，機(jī)箱采用鋼板，安裝了防塵罩和大功率排風(fēng)扇等。

分散控制；

實(shí)時(shí)性；硬件時(shí)鐘頻率快，軟件算法精練實(shí)用

獨(dú)立性；在上一級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，還可以正常運(yùn)行，可靠性要求高。

DCS的集中操作管理級(jí)DCS的集中操作管理級(jí)相當(dāng)于車間操作管理級(jí)和全廠優(yōu)化和調(diào)度管理級(jí)，由操作站、管理機(jī)和外圍設(shè)備組成，它的主要功能是集中各個(gè)分散過(guò)程控制裝置送來(lái)的信息，把操作命令送到各個(gè)分散過(guò)程控制裝置。它的結(jié)構(gòu)有3條特征：（1）信息量大：因?yàn)樗?fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)信息的收集與下傳，因此一般具有大存儲(chǔ)容量，需采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及并行處理技術(shù)等。（2）易操作性：操作界面友好，簡(jiǎn)單直觀，大量運(yùn)用組態(tài)軟件。（3）容錯(cuò)性好：應(yīng)該具有防止誤操作的保護(hù)措施，可以從硬件和軟件兩方面入手，硬件設(shè)置密匙，對(duì)操作人員進(jìn)行權(quán)限分級(jí)，對(duì)誤操作不予反應(yīng)等。DCS的綜合信息管理級(jí)管理級(jí)包含的內(nèi)容比較廣泛，一般來(lái)說(shuō)，它可能是一個(gè)發(fā)電廠的廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)，也可能是若干個(gè)機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。它所面向的使用者是廠長(zhǎng)、經(jīng)理、總工程師、值長(zhǎng)等行政管理或運(yùn)行管理人員。廠級(jí)管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)企業(yè)各部分的運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。對(duì)管理計(jì)算機(jī)的要求是，具有能夠?qū)刂葡到y(tǒng)做出高速反應(yīng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的高速處理與存儲(chǔ)，具有能夠連續(xù)運(yùn)行可冗余的高可靠性，能夠長(zhǎng)期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并具有優(yōu)良的、高性能的、方便的人機(jī)接口，豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，過(guò)程數(shù)據(jù)收集軟件，人機(jī)接口軟件以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成等工具軟件，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工廠的網(wǎng)絡(luò)化和計(jì)算機(jī)的集成化。管理級(jí)是屬?gòu)S級(jí)的，其功能也可分成實(shí)時(shí)監(jiān)控和日常管理兩部分。實(shí)時(shí)監(jiān)控功能屬全廠各機(jī)組和公用輔助工藝系統(tǒng)的運(yùn)行管理層，承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)，主要為值長(zhǎng)服務(wù)。日常管理功能即承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管理、行政管理等任務(wù)，主要是為廠長(zhǎng)和各管理部門服務(wù)。DCS的數(shù)據(jù)通信集散控制系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)需要進(jìn)行信息的交換，而這些信息的交換是通過(guò)通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有通訊系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)各自為政，一盤散沙，通訊系統(tǒng)就好比是人體的神經(jīng)感覺(jué)系統(tǒng)，沒(méi)有它，就談不上系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度、協(xié)調(diào)運(yùn)行，因此通訊系統(tǒng)的性能優(yōu)劣是衡量一個(gè)集散控制系統(tǒng)先進(jìn)與否的重要標(biāo)準(zhǔn)。DCS的數(shù)據(jù)通訊，指各級(jí)的計(jì)算機(jī)、微處理器與外部設(shè)備的通信、級(jí)與級(jí)之間的通信。由于集散控制系統(tǒng)是用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制與管理，因此，它所采用的通信網(wǎng)絡(luò)具有特殊的要求：（1）實(shí)時(shí)性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。工業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)實(shí)時(shí)的過(guò)程，集散控制系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)要有良好的實(shí)時(shí)性和快速的響應(yīng)性，開(kāi)關(guān)、閥門、電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)都應(yīng)在毫秒級(jí)；（2）可靠性高，不言而喻，集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)要具有極高的可靠性，否則會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失；（3）適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的氣候條件、電磁環(huán)境要比其他環(huán)境惡劣許多，它的通信網(wǎng)絡(luò)必須能夠克服這些因素的影響，保持正常的工作；（4）開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)和互操作性。目前通訊系統(tǒng)突出強(qiáng)調(diào)通訊的開(kāi)放性和互操作性，“開(kāi)放”，就是允許與其他廠商的產(chǎn)品通訊，這就要求通訊有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議。“互操作性”指工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的變送器、執(zhí)行器可以互換。DCS是以微型機(jī)為核心的4C技術(shù)競(jìng)相發(fā)展并緊密結(jié)合的產(chǎn)物，而通信技術(shù)在DCS中占有重要的地位。所謂DCS，即分散過(guò)程控制單元以對(duì)過(guò)程對(duì)象加以控制，同時(shí)集中監(jiān)視和操作管理單元以達(dá)到綜合信息全局管理的目的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接了這些過(guò)程控制單元（也稱I/O站）、監(jiān)視操作站（也稱操作員站）和系統(tǒng)的管理單元（也稱工程師站）。當(dāng)I/O站、操作員站和工程師站分布在一個(gè)局部區(qū)域時(shí)，連接它們的網(wǎng)絡(luò)稱為局部網(wǎng)絡(luò)（LAN：LocalAreaNetwork）。計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地促進(jìn)了DCS的發(fā)展。然而DCS所完成的是工業(yè)控制，因此其通信系統(tǒng)與一般辦公室用局部網(wǎng)絡(luò)有所不同，工業(yè)控制用通信系統(tǒng)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：DCS的數(shù)據(jù)通信(1)快速實(shí)時(shí)響應(yīng)能力DCS的通信網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)，它能及時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程信息和操作管理信息，因此網(wǎng)絡(luò)必須具有良好的實(shí)時(shí)性，一般辦公自動(dòng)化計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)響應(yīng)時(shí)間可在幾秒范圍內(nèi)，而工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在0.01～0.5s，高優(yōu)先級(jí)信息對(duì)網(wǎng)絡(luò)存取時(shí)間則不應(yīng)超過(guò)10ms。(2)具有極高的可靠性DCS的通信系統(tǒng)必須連續(xù)運(yùn)行，通信系統(tǒng)的任何中斷和故障都可能造成停產(chǎn)，甚至引起設(shè)備和人身事故。因此通信系統(tǒng)必須具有極高的可靠性。一般DCS通信系統(tǒng)采用雙網(wǎng)備份方式，以提高可靠性。(3)適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境DCS的通信系統(tǒng)必須在惡劣的工業(yè)環(huán)境中正常工作，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在各種干擾，這些干擾一般可分為四類，它們是①電源干擾：它是由電源系統(tǒng)竄入網(wǎng)絡(luò)的脈沖，其上升時(shí)間約為1μs，峰值為2.5kV；②雷擊干擾：雷擊時(shí)，靠近傳輸線任意一點(diǎn)的干擾電位，大約是10μs上升到5000V、20μs下降到2500V的脈沖，俗稱10/20μs脈沖。(4)分層結(jié)構(gòu)DCS構(gòu)成實(shí)例這里介紹一種用YS-80可編程調(diào)節(jié)器和PC/486工控機(jī)構(gòu)成小型集散控制系統(tǒng)的具體方法。1、系統(tǒng)組成系統(tǒng)構(gòu)成如圖11－2。采用PC/486工控機(jī)作為主操作站，配有三通道監(jiān)視器接口模板。三個(gè)監(jiān)視器分別用于三臺(tái)鍋爐的工藝狀態(tài)顯示。PC機(jī)的并行口連接打印機(jī)，用于過(guò)程參數(shù)曲線打印。PC機(jī)的并行口連接打印機(jī)，用于過(guò)程參數(shù)曲線打印、事故狀態(tài)報(bào)警打印和日、月、年報(bào)表打印。PC機(jī)通過(guò)其串行口及網(wǎng)絡(luò)通信控制器CC網(wǎng)絡(luò)上的各控制站進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)集中管理。各控制站分別由三臺(tái)YS-80單回路可編程調(diào)節(jié)器和以單片機(jī)為微處理器的STD/8031工控機(jī)組成。三臺(tái)YS-80單回路可編程調(diào)節(jié)器分別用于三臺(tái)鍋爐汽包的水位控制，由其通信接口直接掛在網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)修改其參數(shù)值。以單片機(jī)為微處理器的STD工控機(jī)與輔助設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，是通過(guò)單片機(jī)的串行口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的。DCS構(gòu)成實(shí)例2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信接口網(wǎng)絡(luò)通信控制器CCD是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的重要部件，它向上聯(lián)系主操作站，向下和通信物理介質(zhì)一起構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線RBUS。主站和網(wǎng)絡(luò)通信控制器CCD之間采用主從結(jié)構(gòu)，RS－232作為通信總線，以命令響應(yīng)/請(qǐng)求方式進(jìn)行工作，即命令由主站發(fā)往CCD，CCD響應(yīng)后通過(guò)RBUS向各控制站發(fā)出相應(yīng)的信息。CCD同樣可以請(qǐng)求主站響應(yīng)，將各控制站的信息發(fā)往主站，CCD和各控制站之間采用令牌方式進(jìn)行工作，即CCD和各控制站均須相應(yīng)的通信字符才可互相交換數(shù)據(jù)。CCD的數(shù)據(jù)緩沖器容量是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信息量的大小來(lái)確定的。運(yùn)行在CCD的任務(wù)有6個(gè)，即自身管理任務(wù)、令牌任務(wù)、與各控制站的信息收/發(fā)任務(wù)及與主站的信息收/發(fā)任務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的物理結(jié)構(gòu)及其接口現(xiàn)場(chǎng)總線采用環(huán)行網(wǎng)絡(luò)。接口的電氣隔離電壓達(dá)1.5千伏，為分散互聯(lián)的各控制站之間以及控制站與PC機(jī)之間提供隔離，以提高系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性，適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜環(huán)境。在通信故障期間，各控制站仍然按既定的方式不間斷工作，充分體現(xiàn)分散性特點(diǎn)?？紤]到主站PC機(jī)和各控制站的通信接口結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信控制器CCD與現(xiàn)場(chǎng)總線RBUS及主站的接口均為RS-232結(jié)構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖11－3所示。DCS構(gòu)成實(shí)例控制站與CCD的通信接口8251是一種常規(guī)的通信控制器，它能將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一定格式的串行數(shù)據(jù)，同樣可以將一定格式的串行數(shù)據(jù)裝配成為并行數(shù)據(jù)，并提供足夠的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。YS-80單回路可編程調(diào)節(jié)器的通信接口線路即由8251和RS-232電流環(huán)轉(zhuǎn)換隔離電路構(gòu)成。CCD中也設(shè)計(jì)有原理與YS-80的通信接口相似的通信線路，以實(shí)現(xiàn)兩者的互連。這里只給出YS-80的通信線路，如圖11－4所示。該電路最終輸出只有兩根線，發(fā)送和接收均通過(guò)兩線傳輸。正常狀態(tài)下接收器開(kāi)放。需發(fā)送時(shí)關(guān)閉接收器，發(fā)送結(jié)束后重新開(kāi)放接收器。DCS構(gòu)成實(shí)例CCD與PC機(jī)的通信接口CCD中的通信采用8031中的串行通信接口，其原理、外圍的隔離、轉(zhuǎn)換電路也與YS-80的通信接口相似，以便于互連。CCD與PC機(jī)的接口直接采用RS-232接口。因CCD與PC機(jī)在安裝位置上基本位于同一處，所以用標(biāo)準(zhǔn)RS-232連接，在傳輸距離上不會(huì)超出其接口要求。現(xiàn)場(chǎng)環(huán)行總線RBUS的形成如圖11－2所示，各控制站分別以通信口的“+”“-”端相連，最終連在CCD上構(gòu)成環(huán)行總線RBUS。

DCS構(gòu)成實(shí)例3、通信協(xié)議與YS-80的工作模式現(xiàn)場(chǎng)總線采用國(guó)際電工委員會(huì)IEC/SC65C規(guī)定的有關(guān)集散控制系統(tǒng)中的低層協(xié)議，它可為多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制站互連并與上位計(jì)算機(jī)機(jī)通信提供有效手段。采用YS-80的報(bào)文壓縮方式，自定義了一個(gè)適合于本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化通信協(xié)議。該通信協(xié)議規(guī)定如下：協(xié)議約定：RS-232方式；波特率：300、500、1200、2400、4800、9600可選。協(xié)議報(bào)文：主從，令牌方式。報(bào)文結(jié)構(gòu)為令牌/通行字（占1個(gè)字節(jié)），長(zhǎng)度/屬性（占1個(gè)字節(jié)），命令/響應(yīng)（占1個(gè)字節(jié)），數(shù)據(jù)（占9個(gè)字節(jié)），校驗(yàn)（占1個(gè)字節(jié)），停止位（占1個(gè)字節(jié)）。YS-80的工作模式設(shè)定為：MODE2=2（YS-80的設(shè)定值由上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)定）；MODE5=0（允許上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)定）。上述所構(gòu)成的系統(tǒng)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)；組成靈活，易擴(kuò)展；智能儀表與計(jì)算機(jī)均為通用產(chǎn)品，因此可基本實(shí)現(xiàn)板級(jí)與模板級(jí)更換，便于維修，技術(shù)性能穩(wěn)定。上述系統(tǒng)特別適合用于國(guó)內(nèi)企業(yè)組建控制系統(tǒng)和對(duì)現(xiàn)有控制設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，可用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)窯、反應(yīng)器、精鎦塔、加熱爐、發(fā)酵罐、食品機(jī)構(gòu)、干燥器、蒸發(fā)器、造紙器、環(huán)保設(shè)備以及中小型鍋爐等的控制。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介集散控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介FCS與DCS的比較現(xiàn)場(chǎng)總線概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制、管理的各個(gè)層次，覆蓋了從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場(chǎng)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)生了一次新技術(shù)的變革，使得傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是在性能上都發(fā)生了巨大的飛躍，逐步形成以網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）技術(shù)就是在這種新的變革中孕育而生的。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）和美國(guó)儀表協(xié)會(huì)（ISA）的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。它構(gòu)造了網(wǎng)絡(luò)集成式全分布式控制系統(tǒng)，同時(shí)它又是一種低帶寬的底層控制網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)/計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIPS/CIMS）的最低層。由于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)其可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性，所以用于測(cè)量和控制的數(shù)據(jù)通信不同于以傳遞信息為主要目標(biāo)的郵電通信，也不同于一般信息技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。用于測(cè)量和控制的數(shù)據(jù)通信的主要特點(diǎn)是：允許對(duì)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)的事件驅(qū)動(dòng)通信；很高的可用性；很高的數(shù)據(jù)完整性；在有電磁干擾和電位差的情況下能正常工作，以及使用工廠內(nèi)專用的傳輸線等。現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制網(wǎng)絡(luò)一般可以分為三個(gè)層次：SensorBus、DeviceBus和FieldBus。其中SensorBus面向的是簡(jiǎn)單的數(shù)字傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要傳輸狀態(tài)信息，網(wǎng)上交換的數(shù)據(jù)單元是位(bit)；DeviceBus面向的是模擬傳感器和執(zhí)行器，主要傳輸模擬信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換值、校正與維護(hù)信息等，網(wǎng)上交換的數(shù)據(jù)單元是字節(jié)(Byte)；而FieldBus面向的是控制過(guò)程，除了傳輸數(shù)字與模擬信號(hào)的直接信息外，還可傳輸控制信息，即FieldBus上的結(jié)點(diǎn)可以是過(guò)程控制單元(PCU)，F(xiàn)ieldBus網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)單元是幀(Frame)。圖11－5列出了幾種現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)及其在控制網(wǎng)絡(luò)三個(gè)層次中所處的位置。現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定的ISO/OSI開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型并經(jīng)簡(jiǎn)化建立的（主要實(shí)現(xiàn)第1、2、7層功能），IEC/ISA(美國(guó)儀表協(xié)會(huì))現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議模型綜合了多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)程之間的相互可互操作性、通信方式、層次化的通信服務(wù)功能劃分、信息的流向及傳遞規(guī)則。OSI參考模型共分7層，現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議則根據(jù)自身特點(diǎn)加以簡(jiǎn)化，采用了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)裝置的控制功能和具體運(yùn)用又增加了用戶層?，F(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議模型如圖11－6所示。現(xiàn)場(chǎng)總線概述其各層功能定義如下：第一層：物理層提供機(jī)械、電氣、功能性和規(guī)程性功能，以便在數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間建立、維護(hù)和拆除物理連接。物理層通過(guò)物理連接在數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間提供透明的位流傳輸。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層規(guī)定了通信信號(hào)的大小和波形，并有基帶和寬帶兩種方式，物理層定義了所用導(dǎo)線媒體的類型和導(dǎo)線上的傳送速度?，F(xiàn)場(chǎng)總線的媒體有:雙絞線、同軸電線、光纖和無(wú)線傳輸。用現(xiàn)有的模擬電纜可構(gòu)成低速星形拓樸，對(duì)于新的電纜可構(gòu)成高速多引線和光纖拓樸。第二層：數(shù)據(jù)鏈路層分為媒體訪問(wèn)控制(MAC，MediaAccessControl)子層和邏輯鏈路控制(LLC，LogicLinkControl)子層。MAC子層主要實(shí)現(xiàn)對(duì)共享總線媒體的“交通”管理，并檢測(cè)傳輸線路的異常情況。MAC子層是在節(jié)點(diǎn)間用來(lái)對(duì)幀的發(fā)送、接收信號(hào)進(jìn)行控制，同時(shí)檢驗(yàn)傳輸差錯(cuò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)通信主要由數(shù)據(jù)鏈路層提供，所謂實(shí)時(shí)(time－critical)就是提供一個(gè)“時(shí)間窗”，在該時(shí)間窗內(nèi)，需要完成具有某個(gè)指定級(jí)別確定度的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作。為了滿足實(shí)時(shí)性要求，IEC61158.3和IEC61158.4數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)中采用了不同于IT的全新的數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)定義和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。第三層：應(yīng)用層直接為用戶服務(wù)，提供適用于應(yīng)用、應(yīng)用管理和系統(tǒng)管理的分布式信息服務(wù)。開(kāi)放系統(tǒng)相互連接的管理包括初始化、維護(hù)、終止和記錄某些數(shù)據(jù)所需的功能，這些數(shù)據(jù)與為在應(yīng)用進(jìn)程間傳送數(shù)據(jù)而建立的連接有關(guān)。現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用層主要組成部分包括:應(yīng)用進(jìn)程、應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象、應(yīng)用實(shí)體和應(yīng)用服務(wù)元素等。應(yīng)用層主要提供通信功能、特殊功能以及管理控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層(FAS，F(xiàn)ieldbusAccessSublayer)提供發(fā)布者/接收者、客戶/服務(wù)器和報(bào)告分發(fā)三種服務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范(FMS，F(xiàn)ieldbusMessageSpecification)則提供對(duì)象字典服務(wù)、變量訪問(wèn)服務(wù)和事件服務(wù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展背景與趨勢(shì)在八十年代，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)最早在歐洲產(chǎn)生，它將數(shù)字通信總線一直延伸到現(xiàn)場(chǎng)儀表，使許多現(xiàn)場(chǎng)儀表，如變送器、調(diào)節(jié)閥、記錄儀、顯示器、PLC及其他自動(dòng)化設(shè)備等可通過(guò)一條總線進(jìn)行雙向、多點(diǎn)、多種信息的數(shù)字通信，從而取代目前使用的4～20mA單變量、單向模擬傳輸方式。數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了控制系統(tǒng)和儀表通信標(biāo)準(zhǔn)的兼容問(wèn)題。由于智能現(xiàn)場(chǎng)儀表的通信協(xié)議各不相同，用戶在使用不同制造商生產(chǎn)的智能儀表時(shí)會(huì)有很大的困難。因此在進(jìn)入九十年代以后，一些企業(yè)集團(tuán)和標(biāo)準(zhǔn)化組織開(kāi)始了制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工作。由于標(biāo)準(zhǔn)化工作牽涉到巨大的經(jīng)濟(jì)和政治利益，國(guó)際上的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)相當(dāng)激烈。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，各制造廠商分化為以ISP(InteroperableSystemProtocol，可互操作系統(tǒng)協(xié)議)和WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol，工廠儀表協(xié)議)為代表的兩大派別。兩大派別極力維護(hù)自身利益，長(zhǎng)期不能統(tǒng)一。迫于用戶壓力和市場(chǎng)需求，在1994年9月，ISP和WorldFIP北美分部握手言和，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)FF（FieldbusFoundation）。FF的宗旨是促進(jìn)產(chǎn)生一個(gè)單一的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展背景與趨勢(shì)另一個(gè)方面，國(guó)際電工委員會(huì)極為重視總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，1984年就籌備成立了IEC/TC65/SC65c/WG6工作組，開(kāi)始起草現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。1993年IEC61158.2現(xiàn)場(chǎng)總線物理層成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，1998年2月IEC61158.3鏈路層服務(wù)定義和IEC61158.4鏈路層協(xié)議規(guī)范，1997年10月IEC61158.5用戶層服務(wù)定義和IEC61158.6應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范相繼成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)最終草案FDIS（FinalDraftofInternationalStandard）。但是因?yàn)閷?shí)質(zhì)上它只包括了FF一種協(xié)議，在1998年9月，這四個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)最終草案未獲通過(guò)。

在這種情況下，1999年7月IEC/TC65/SC65c/WG6工作組修改了IEC61158中Type3～Type6（就是上面的IEC61158.3－6）四個(gè)技術(shù)規(guī)范，著手制定一個(gè)多功能單一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，即將原來(lái)的IEC61158中Type3～Type6的技術(shù)規(guī)范內(nèi)容并入Type1,其它的總線標(biāo)準(zhǔn)作為Type3－6進(jìn)入IEC61158。最終現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)成為了一個(gè)包含多種協(xié)議的框架。每一種總線的前途將由市場(chǎng)和用戶來(lái)決定。這其中的Type1就是FF－H1，其中的Type5就是FF－HSE（High-SpeedEthernet，高速以太網(wǎng)）。2000年初IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)正式獲得通過(guò)，它包括8種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線，具體如下：類型1：IEC技術(shù)報(bào)告（FF－H1）；類型2：ControlNet（美國(guó)Rockwell公司支持）；類型3：Profibus（德國(guó)Siemens公司支持）；類型4：P－Net（丹麥ProcessData公司支持）；類型5：FF－HSE（原FF－H2）；類型6：SwiftNet（美國(guó)波音公司支持）；類型7：WorldFIP（法國(guó)Alston公司支持）；類型8：Interbus(德國(guó)PhoenixContact公司支持)；現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展背景與趨勢(shì)現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)雖然制定出來(lái)了，但它與IEC(國(guó)際電工委員會(huì))于1984年開(kāi)始制定現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)的初衷是相違背的。IEC的最初想法是制定單一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。究其根本原因，不外乎每種總線標(biāo)準(zhǔn)的背后均有一定實(shí)力的跨國(guó)公司支持，并已占據(jù)了一定的市場(chǎng)。IEC61158發(fā)展歷程至少給了兩點(diǎn)啟示，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于各行各業(yè)，使用一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不可能滿足所有行業(yè)的技術(shù)要求；現(xiàn)場(chǎng)總線不同于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人們將會(huì)面對(duì)一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)共存的現(xiàn)實(shí)。技術(shù)發(fā)展很大程度上受到市場(chǎng)規(guī)律、商業(yè)利益的制約，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不單是一個(gè)技術(shù)規(guī)范，也是一個(gè)商業(yè)利益的妥協(xié)產(chǎn)物。這對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展總線應(yīng)用很有啟發(fā)意義，針對(duì)不同的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，可以考慮不同的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是控制領(lǐng)域的一次革命，它對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)方式、管理模式都將產(chǎn)生深刻的變革。它的出現(xiàn)，對(duì)我國(guó)自動(dòng)化領(lǐng)域既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線，首先必須對(duì)世界技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和我國(guó)的實(shí)際情況有充分的認(rèn)識(shí)和了解，分析各種有利和不利的條件。目前，國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)呈現(xiàn)出競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的局面。各大廠商為了自己的利益，都在發(fā)展和維護(hù)自己的產(chǎn)品，并積極參與和把持標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，希望能主導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展。這導(dǎo)致在現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和應(yīng)用水平上，現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域己經(jīng)很難統(tǒng)一。由于種種原因，今后現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：多種總線并存，在相互競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短；每種現(xiàn)場(chǎng)總線將形成其特定的應(yīng)用領(lǐng)域，未來(lái)能占有市場(chǎng)的總線將集中在少數(shù)有競(jìng)爭(zhēng)力的總線上；工業(yè)以太網(wǎng)的引入成為新熱點(diǎn)。工業(yè)以太網(wǎng)被應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域，顯然得益于總線標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)。以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)在于其擁有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3。但是根據(jù)CSMA/CD機(jī)理，它不能滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和確定性要求，這是將工業(yè)以太網(wǎng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)障礙，對(duì)于底層設(shè)備的高實(shí)時(shí)性要求的情況，工業(yè)以太網(wǎng)可能還要做很多的工作。現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展背景與趨勢(shì)從目前的趨勢(shì)看，工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)是勿庸置疑的。目前工業(yè)以太網(wǎng)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在企業(yè)的上層管理中，而底層則是結(jié)合現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，成為一種混合式的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)科研單位的有利條件是，由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)還是一種新興技術(shù)，還處于發(fā)展階段，尤其在高速現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間，只要積極努力，還是能夠和國(guó)外進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的。但不利的條件是我國(guó)綜合技術(shù)力量薄弱，科研力量規(guī)模小、資金少，無(wú)力研制復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線專用芯片，在硬件技術(shù)上基本上只能采用已有的產(chǎn)品。因此很難和國(guó)外企業(yè)進(jìn)行正面的競(jìng)爭(zhēng)。FF在現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域處于主流地位，受到絕大多數(shù)用戶的支持，F(xiàn)F－HSE現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是IEC61158通過(guò)的8種國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，而且HSE協(xié)議底層采用高速以太網(wǎng)+TCP/IP協(xié)議，代表了當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的方向。由于采用高速以太網(wǎng)+TCP/IP協(xié)議棧，對(duì)硬件的開(kāi)發(fā)能力要求較低，可以采用大量現(xiàn)有的成熟的硬件產(chǎn)品，如I/O板、計(jì)算機(jī)等，而不需開(kāi)發(fā)復(fù)雜的專用電路。另外，以太網(wǎng)技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，成本相對(duì)低廉。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的完成和應(yīng)用環(huán)境的形成和完善，采用現(xiàn)場(chǎng)總線的智能儀表和系統(tǒng)會(huì)迅速增加，傳統(tǒng)儀表和DCS系統(tǒng)終將被智能儀表和開(kāi)放控制系統(tǒng)取代，F(xiàn)CS將成為二十一世紀(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主流，其發(fā)展方向是加入Internet、Intranet大家族中。現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)(l)FF現(xiàn)場(chǎng)總線(類型1和5)FF現(xiàn)場(chǎng)總線包括低速總線H1和高速總線HSE(原H2)。FF現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用領(lǐng)域以過(guò)程自動(dòng)化為主。如：化工、電廠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、廢水處理、油田等行業(yè)。(2)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(類型3)80年代初德國(guó)制訂的一種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，分為PROFIBUS－DP(分散外圍設(shè)備)，適用于加工制造自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分散外設(shè)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸；PROFIBUS－FMS(現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范)，適用于樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域；PROFIBUS－PA(過(guò)程自動(dòng)化)，適用于流程自動(dòng)化領(lǐng)域。這3種類型均使用單一的總線訪問(wèn)協(xié)議，它只采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層。Profibus支持主從模式、純主站模式、多主多從模式等，主站對(duì)總線有控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)信息，主站間通過(guò)傳遞令牌來(lái)傳遞對(duì)總線的控制權(quán)。取得控制權(quán)的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。(3)P－NET現(xiàn)場(chǎng)總線(類型4)P－NET的設(shè)計(jì)開(kāi)始于1983年。P－NET采用OSI參考模型中的1，2，3，4，7層，是一種多主站主從式總線(每段最多可容納32個(gè)主站)，使用屏蔽雙絞線電纜RS485，每段總線最長(zhǎng)1200米，每段最多可連125個(gè)設(shè)備，總線分段之間使用中繼器。數(shù)據(jù)以NRZ(不歸零位)編碼異步傳輸，傳輸速率76.5Kbit/S。P－NET總線訪問(wèn)采用一種“虛擬令牌傳遞”的方式，總線訪問(wèn)權(quán)通過(guò)虛擬令牌在主站之間循環(huán)傳遞，即通過(guò)主站的訪問(wèn)計(jì)數(shù)器和空閑總線位周期計(jì)數(shù)器確定令牌的持有者和持有令牌的時(shí)間。這種令牌傳遞方式是一種基于時(shí)間的循環(huán)機(jī)制，比報(bào)文傳遞令牌方式的傳遞效率更高。P－NET對(duì)從站的通信程序僅需幾千字節(jié)的編碼，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需采用專門芯片，比其他總線更易于開(kāi)發(fā)和轉(zhuǎn)化?！靶∠到y(tǒng)低成本”是P－NET的主要特征之一。(4)CAN（ControllerAreaNetwork控制局域網(wǎng)絡(luò)）

由德國(guó)Bosch公司于1993年推出，應(yīng)用于汽車監(jiān)控、開(kāi)關(guān)量控制、制造業(yè)等。介質(zhì)訪問(wèn)方式為非破壞性位仲裁方式，適用于實(shí)時(shí)性要求很高的小型網(wǎng)絡(luò)，且開(kāi)發(fā)工具廉價(jià)。Motorola、Intel、Philips均生產(chǎn)獨(dú)立的CAN芯片和帶有CAN接口的80C51芯片。CAN型總線產(chǎn)品有AB公司的DeviceNet、臺(tái)灣研華的ADAM數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品等。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS—現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4~20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS則是用開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)。可以說(shuō)，開(kāi)放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)最顯著的特征。此外現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)：（1）一對(duì)N結(jié)構(gòu)一對(duì)傳輸線，N臺(tái)儀表，雙向傳輸多個(gè)信號(hào)。這種一對(duì)N結(jié)構(gòu)使得接線簡(jiǎn)單、工程周期短、安裝費(fèi)用低、維護(hù)方便。如果增加現(xiàn)場(chǎng)儀表或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，只需并行掛到電纜上，無(wú)需架設(shè)新的電纜。（2）可靠性高數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾性強(qiáng)、精度高,無(wú)需采用抗干擾和提高精度的措施。（3）可控狀態(tài)操作員在控制室即可以了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀況，也能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測(cè)和尋找事故，提高了系統(tǒng)的可靠性、可控性和可維護(hù)性。（4）互換性用戶可以自由選擇不同制造商所提供的性能價(jià)格比最優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表，并將不同品牌的儀表進(jìn)行互換。即使某臺(tái)儀表發(fā)生故障，換上其他品牌的同類儀表，系統(tǒng)仍能照常工作，實(shí)現(xiàn)即接即用。

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（5）互操作性用戶把不同制造商的各種品牌的儀表集成在一起，進(jìn)行統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成它所需要的控制回路。用戶不必絞盡腦汁，為集成不同品牌的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花費(fèi)力氣或增加額外投資。（6）綜合功能現(xiàn)場(chǎng)儀表既有檢測(cè)、變換和補(bǔ)償功能，也有控制和運(yùn)算功能。實(shí)現(xiàn)了一表多用，不僅方便了用戶，也節(jié)省了成本。（7）分散控制控制站功能分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表可構(gòu)成控制回路，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。（8）統(tǒng)一組態(tài)由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表引入了功能塊的概念，所有制造商都使用相同的功能塊，并統(tǒng)一組態(tài)方法。這樣就使組態(tài)非常簡(jiǎn)單，用戶不需要因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表的不同而采用不同的組態(tài)方法。（9）開(kāi)放式系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線為開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，所有的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)都是公開(kāi)的，所有制造商都必須遵循。這樣，用戶可以自由集成不同制造商的通信網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，另外，用戶可以極其方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。（10）低成本相對(duì)DCS而言，F(xiàn)CS開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)和OEM技術(shù)將大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，且徹底分散的分布式結(jié)構(gòu)將1對(duì)1模擬信號(hào)傳輸方式變?yōu)?對(duì)N的數(shù)字信號(hào)傳輸方式，節(jié)省了模擬信號(hào)傳輸過(guò)程中大量的A/D、D/A轉(zhuǎn)換裝置、布線安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。因此從總體上來(lái)看，F(xiàn)CS的成本大大低于DCS的成本?，F(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)ＤＣＳ結(jié)構(gòu)的影響1．現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)與DCS網(wǎng)絡(luò)的集成現(xiàn)場(chǎng)總線并不是在所有的控制場(chǎng)合下都能發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn),例如小規(guī)模數(shù)字模擬混合系統(tǒng),特別是現(xiàn)場(chǎng)和控制室距離較近的情況。因?yàn)榛旌峡刂圃谕患械腃PU中實(shí)現(xiàn)將比較方便,小系統(tǒng)所冒控制集中的風(fēng)險(xiǎn)也不大。而現(xiàn)場(chǎng)總線控制分散的特點(diǎn)需要幾種設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn),因此顯得繁瑣。實(shí)際上，在當(dāng)前和今后的一段時(shí)間內(nèi),工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將面臨現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS網(wǎng)絡(luò)共存的局面。由于近一段時(shí)間內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線與ＤＣＳ并存，另外大部分現(xiàn)場(chǎng)總線生產(chǎn)商同時(shí)是ＤＣＳ生產(chǎn)商，因此ＤＣＳ為保持其競(jìng)爭(zhēng)能力，采用了一些現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)對(duì)其ＤＣＳ進(jìn)行改造，產(chǎn)生了一些介于傳統(tǒng)ＤＣＳ和現(xiàn)場(chǎng)總線之間的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在有許多ＤＣＳ開(kāi)發(fā)商宣稱他們的ＤＣＳ控制系統(tǒng)兼容現(xiàn)場(chǎng)總線。按照DCS對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線兼容程度的不同，可以將兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的ＤＣＳ劃分為三類：初步兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS、異質(zhì)兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS和同質(zhì)兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的DCS。初步兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的ＤＣＳ是指在ＤＣＳ中使用現(xiàn)場(chǎng)總線的智能儀表,將總線儀表的變量輸入或輸出到ＤＣＳ控制系統(tǒng)。異質(zhì)兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的ＤＣＳ使用網(wǎng)關(guān)設(shè)備將大部分的現(xiàn)場(chǎng)總線功能映射到現(xiàn)存的ＤＣＳ系統(tǒng)中，而那些未映射入ＤＣＳ的現(xiàn)場(chǎng)總線功能將丟失。如果ＤＣＳ能夠兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的所有特征，那么我們就說(shuō)這種ＤＣＳ是同質(zhì)兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的ＤＣＳ。

現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)ＤＣＳ結(jié)構(gòu)的影響DCS屬非開(kāi)放式專用網(wǎng)絡(luò),DCS主機(jī)是DCS系統(tǒng)的控制、通信中心。而在新型的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系中,整個(gè)DCS系統(tǒng)將作為其中的一個(gè)特殊子網(wǎng)存在,DCS主機(jī)則是一個(gè)普通的節(jié)點(diǎn)。與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)集成時(shí)有