２１世纪自控技术的热点———现场总线技术 □郑名登
□郑名登 现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）技术是近年迅速发展起来的一种
现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）技术是近年迅速发展起来的一种新技术、新系统，也是人们所关心的热门话题之一。它的出现将对企业自动化产生变革性的影响。随着它的不断完善和扩大应用，意味着它将逐步取代现有的ＤＣＳ系统，成为２１世纪自控领域中的一种主流产品。 一、发展概况
一、发展概况 现场总线主要指能在所有不同类型的智能现场装置之间、现场装
现场总线主要指能在所有不同类型的智能现场装置之间、现场装置和自动化系统及显示系统之间进行串行双向数字通讯的标准双绞线。它可以将各种现场设备（如变送器、调节阀、控制器等）连结在一起。即现场总线是一种用于过程控制互连各种现场仪表或设备的通讯网络。 现场总线概念早在８０年代中期就提出，但研究开发工作进展缓
现场总线概念早在８０年代中期就提出，但研究开发工作进展缓慢。直到１９９２年９月，美国费希尔-罗斯蒙特、福克斯波罗、 ＡＢＢ、德国西门子、日本横河等公司联合成立ＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｌｅｓｙｓｔｅｍｐｒｏｔｏｃａｌ，可互操作系统协议）组织；１９９３年２月，美国霍尼韦尔、贝利等公司宣布成立ＦＩＰ（Ｆａｃｔｏｒｙｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃａｌ，工厂仪表协议）组织。虽然两大组织能独立工作，但在用户强烈要求克服“自动化孤岛”现象和改变模拟仪表状态的压力，以及各自市场竞争需要的情况下，ＩＳＰ和ＦＩＰ两大组织于１９９４年４月２３日宣布合并，成立现场总线基金会（ＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａ-ｔｉｏｎ），简称ＦＦ，共同开发和发展统一标准、 具有可互操作性的现场总线。 ＦＦ成立后制定了现场总线部分标准，提出一些功能模块标准，
ＦＦ成立后制定了现场总线部分标准，提出一些功能模块标准，并将霍尼韦尔、福克斯波罗、费希尔-罗斯蒙特、 横河等公司的现场设备，用一根现场总线连起来，并在美国孟山都化学工业公司工厂试运行，获得较好效果。１９９７年有部分现场总线产品销售。 目前ＦＦ现场总线由物理层ＰＬ（ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ）
目前ＦＦ现场总线由物理层ＰＬ（ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ）、数据链路层ＤＬ（ｄａｔａｌｉｎｋｌａｙｅｒ）和应用层ＡＬ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｌａｙｅｒ）构成。物理层用国际电工委员会（ＩＥＣ）和国际测量与控制协会（ＩＳＡ）的标准来定义现场总线的连接方式、传输方式和物理特性；数据链路层最近被ＩＥＣ通过，作为支持现场总线标准；应用层将以ＩＳＰ和ＦＩＰ已有工作为基础，可互换性将通过交换机制、功能模块、设备描述语言来实现。而应用层进展缓慢，但现场总线标准化和国际化是发展的趋势，ＦＦ现场总线最终成为国际统一的现场总线标准。 现场总线有低速Ｈ１总线和高速Ｈ２总线两种。Ｈ１传送速率为
现场总线有低速Ｈ１总线和高速Ｈ２总线两种。Ｈ１传送速率为３１．２５ｋｂｉｔ／ｓ，传送距离为１９００ｍ；Ｈ１现场总线主要用于温度、液位、流量和压力信号传送。Ｈ２传送速率为１．０Ｍｂｉｔ／ｓ或２．５Ｍｂｉｔ／ｓ，传送距离为７５０ｍ；Ｈ２现场总线主要用于高级过程控制、远程输入／输出和高级工厂自动化及应用等。 二、优点
二、优点 现场总线将变革传统的常规模拟仪表和ＤＣＳ，是基于它有一系
现场总线将变革传统的常规模拟仪表和ＤＣＳ，是基于它有一系列优点。 １．一对Ｎ结构 一对传输线，Ｎ台仪表，双向传送多个信号。
１．一对Ｎ结构 一对传输线，Ｎ台仪表，双向传送多个信号。这种结构接线简单、安装费用相当低。传统的ＤＣＳ的通信网络截止于控制站或输入／输出单元，现场仪表仍然是一对一结构，一台仪表，一对传送线，单向传送一个信号。这种结构接线复杂，安装费用高。两者比较，现场总线能节省７９％对连接线，５０％输入／输出卡。 ２．具有开放性和互操性 现场总线可在性能毫无损失情况下，
２．具有开放性和互操性 现场总线可在性能毫无损失情况下，具有在统一系统里操作不同厂商生产的多台现场设备的能力。用户可以自由选择不同制造商所提供性能价格比最优的现场仪表和ＤＣＳ进行互连，即使某台仪表发生故障，也可换另一品牌同类仪表继续工作。由于现场总线具有开放性，用户可以自由集成不同厂商的通讯网络，可根据本企业实际情况进行连网，实现全厂综合自动化。 但是现有的ＤＣＳ系统，不管是世界名牌，还是名牌公司的产品，
但是现有的ＤＣＳ系统，不管是世界名牌，还是名牌公司的产品，不同制造厂商提供的ＤＣＳ，不能互连通讯，这就是人们常说的存在“自动化孤岛”的弊病，给用户带来极大的不便和浪费。 ３．维护方便，能在线诊断 由于现场总线具有自诊断、自检能
３．维护方便，能在线诊断 由于现场总线具有自诊断、自检能力和通讯能力，一旦某台现场仪表发生故障，现场总线就向操作人员发生该仪表故障的通知，从而提高了系统可靠性。但是一般模拟仪表就没有这种功能。操作人员在控制室既不了解仪表运行工况，也不能预测故障。一旦某台仪表发生故障，不能及时处理和更换。 ４．数字传送速度快、清晰度高且不失真，可提供可靠的控制数
４．数字传送速度快、清晰度高且不失真，可提供可靠的控制数据 一般现场总线传送精度比４～２０ｍＡ的模拟仪表高５倍。两者相比，现场总线技术发展是必然的趋势。 三、对化工自动化的影响
三、对化工自动化的影响 由于现场总线具有一系列优点，各国自动化仪表公司很重视，都
由于现场总线具有一系列优点，各国自动化仪表公司很重视，都在遵照ＦＦ现场总线标准研制自己的现场仪表和控制系统。各国各公司著名自动化专家和权威人士纷纷发表评论，认为现场总线技术是２１世纪的新一代控制系统，将给现有化工自动化带来变革性的影响。 １．将引起自动化控制策略的改变 现有化工企业的自控系统，
１．将引起自动化控制策略的改变 现有化工企业的自控系统，不管常规模拟仪表，还是ＤＣＳ系统，其控制系统构成是由传感器采集信号，经导线传至操作站（台），再到中控室，而后将控制信号返回现场调节阀。这一过程自有控制系统问世至今５０多年中，一直保持不变的方法。现场总线投用后，将打破这种方式。控制功能将由中控室移至现场，即传感器采集到的温度、压力、流量信号经Ｈ１总线直接进调节阀完成调节任务，即现场到现场，就地完成调节任务，没有ＤＣＳ那种必经操作站的中间环节；一些高级控制功能经Ｈ２现场总线实现。未来的中央控制室将变为全厂的数据处理中心，成为全厂综合信息管理自动化中枢，更适合综合自动化发展。 ２．现场装置将智能化、数字化、国际标准化 今后的现场仪表
２．现场装置将智能化、数字化、国际标准化 今后的现场仪表都带有微型处理机，变送器还带有输入／输出单元、调节阀带有ＰＩＤ等功能和输入／输出单元。这样一来实现了模拟仪表和ＤＣＳ不可能实现的全数字化控制。所有现场仪表都将遵照统一的标准化和规范，按照系统化和开放型的要求，实现数字化、智能化、标准化。 ３．过程控制系统设计概念和硬件配置概念将发生根本的变化
３．过程控制系统设计概念和硬件配置概念将发生根本的变化 ＦＦ现场总线控制系统设计相当ＤＣＳ系统设计，但与此不同的是：ＤＣＳ是４～２０ｍＡ模拟量，现场总线是全数字量；第二个不同是现场总线将所有控制功能分别编为输出、反馈控制、串级控制、前馈控制等许多功能块，并将这些功能块分布到现场总线装置中去，因此在控制系统设计中可按控制策略，将不同功能块连接即可实现过程控制。从此传统的自控系统设计方法和概念将被打破，基于现场总线结构的工厂网络和过程控制的新一代系统将用于化工自动化领域中，最终数字信号取代４～２０ｍＡ模拟信号，现场总线将取代传统的ＤＣＳ。这是２１世纪初，在自控技术中必将发生革命性变化的趋势。