怎样理解现场总线

    1)概念

    现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线。其中“生产过程”包括断续生产过程和连续生产过程两类。

   2)由来

    传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，PLC控制各个电气元件，对应每个元件有一个I/O口，两者间需要用两根线进行连接。当PCL所控制的电气元件数日成百上千时，系统的接线就显得十分复杂，工程人员的施工和维护就会显得十分复杂。因此，有人提出一个大胆的设想：把繁杂的导线合并在一起成为一根导线，使得所有的数据及信号得以在这根导线上传输并且相互间不干扰。经过长期的研究和探索人们终于发明了这样的线，人们称这根线为总线。由于这类线多用于工业现场，为区别于计算机内部总线的概念，把这种线称为现场总线。

    3)传统现场总线与自动化现场总线的比较

   (1)传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统（包括基于PC、PLC、DCS产品的分布式控制系统），其主要特点之一是：现场层设备与控制器之间的连接是一对一（一个I/O点对设备的一个测控点）的I/O接线方式，信号传递4～20mA（传送模拟量信息）或24V DC（传送开关量信息）信号，如图10-16所示。

    图10-16    传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统

    现场总线的自动化监控及信息集成系统主要缺点如下。

    ●信息集成能力不强：控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4~20mA模拟量信号或24V DC等开关量信号，并以此监控现场设备。这样，控制器获取的信息量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障记录等数据很难得到；底层数据不全、信息集成能力不强，不能完全满足CIMS系统对底层数据的要求。

    ●系统不开放、可集成性差、专业性不强：除现场设备均靠标准4～20mA/24V DC连接，系统其他软、硬件通常只能使用一家产品；不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差；这种系统很少留出接口，允许其他厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，面向行业的监控系统很少。

    ●可靠性不易保证：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆及敷设施工，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。

    ●可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能不强；另一方面，也很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。

    (2)现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点如下。

    ●增强了现场级信息集成能力：现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好地满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求；现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4～20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送；系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。

    ●开放式、互操作性、互换性、可集成性：不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性；系统为开放式，允许其他厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。

    ●系统可靠性高、可维护性好：基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素；同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。

    ●降低了系统及工程成本：对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。

如图10-17所示为基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。

    图10-17    基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统

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