工业自动化仪表现场总线通讯技术研究

韦小平

摘要：在当前发展环境下，现场总线技术在自动化仪表和系统领域引发了广泛关注，现场总线技术实现了自动化系统的深刻变化，大大提高了工业自动化管理水平。工业自动化仪表现场总线通讯技术向智能化、网络化、数字化方向发展，提高了现场总线技术应用中的劳动生产率和经济效益。本文就工业自动化仪表现场总线通讯技术进行了研究。

关键词：工业自动化仪表;自动化控制技术;现场总线通讯技术

前言

现场总线技术于上个世纪八十年代出现，现场总线技术是一种以计算机网络、智能传感器控制、数字通信为主要内容的综合技术，现场总线技术应用于多个行业，有效推动行业自动化技术的应用，可构建起智能设备互联通信网络系统。在当前发展环境下，现场总线技术在自动化仪表和系统领域引发了广泛关注，现场总线技术实现了自动化系统的深刻变化，现场总线技术大大提高了工厂自动化管理水平，能有效的提高现场总线技术在应用中的劳动生产率和经济效益。

1现场总线的发展概述

现场总线可以称作是第五代控制系统，即：FCS——现场总线控制系统。第一代为气动信号控制系PCS，第二代为4～20mA等电动模拟信号控制系统，第三代为数字计算机集中式控制系统DDC，第四代为集散式分布控制系统DCS。现场总线控制系统FCS打破了DCS系统被束缚于通信专用网络的局面，形成了新型全分布式结构，将控制功能从根本上转移到现场。关于现场总线标准，最早由国际电工委员会于1985年着手制订国际性现场总线标准，此后，美国仪表学会参与其中，但由于双方意见不一致而使该标准迟迟未出台，各国家便开始制订各自的标准。截止到1994年年初，在美国、德国、法国分别形成了Porifbus，IFP，ISA等几种主要的现场总线标准，国际上的ISP和WorldIFP两大现场总线组织合并，统一了IEC/SP50标准，此后，近200家仪表厂、公司成立了现场总线基金会（FF）。

目前，市场上的现场总线及相关产品包括主要用于工业控制的FF，用于楼宇自动化为的美国LON、以汽车工业为目标的德国CAN，传统的DCS等自动化控制系统逐渐被这种开放的自动化系统取而代之，整个测量与控制领域迎来发展的新时期。

2现场总线对自动化仪表与系统的影响

对于自动化与仪器仪表而言，现场总线的出现为其工业革命的发生产生了推动作用，促使其实现产品全面更新与换代的技术性变革。现场总线之所以能够得到人们的关注，逐渐发展为研究工作的热点内容，原因在于它能对控制及自动化仪表与系统产生极为深远的影响。具体而言，这些影响有以下方面的体现：

（1）对4～20mADC联络信号予以全面取代，数字化的传输信号得以实现，为现场布线提供了极大的便利，降低了近70%成的现场配线费用支出。（2）赋予了现场仪表更多、更先进的功能，例如控制、报警以及趋势分析等，降低了D/A与A/D的变换率，对上层系统予以简化，最终实现了对现场装置精度及其可靠性的大幅度提升。（3）不同厂家之间实现了对产品的交互操作与互换使用，对于用户而言，便利性得到了极大的提高。（4）加速了自动化仪表技术与自动化系统的发展，使其由模拟数字混合技术转变为全数字化技术，由封闭式系统转变为开放式系统。现场总线使得自动化系统采用开放系统互连参考模型进行高层通信网络的建立，极大地强化了系统冗余与故障诊断功能以及容错功能，大幅度提高了系统的可靠性与安全性。相对而言，现场总线为自动化系统的开放式发展奠定了基础，而开放型的自动化系统又成为现场总线发展的必然。（5）现代自动化正在朝着综合自动化的方向发展，它对过程控制与企业管理进行有机结合，以多项综合式集成发展为其发展的最终目标。在这一综合自动化的发展进程中，现场总线智能化仪表以及开放式的自动化系统成为最有效的手段与工具。（6）微处理器对现场仪表予以引入，突出了现场仪表的智能化与功能多样化的特征。现场总线加速了新式、更为先进的现场设备（如测控一体化产品、多变量变送器等）的产生与应用。应用智能仪表，软硬件进行了结合，传统的实现方式得到了改变，软件向众多功能的实现提供了越来越多的支撑。（7）应用于现场总线，所有的控制设备与测量值都能通过工程单位得到体现，简化了在控制装置中将初始传感器数据转换为工程单位的操作，实现了对控制装置在任务中的解脱，使其履行起更加高级的控制职责。（8）对现场总线多变量现场仪表的采用极大地减少了仪表的数量，最终实现了仪表购置、安装以及维护等成本支出的缩减。（9）现场总线标准实现了很多控制功能从控制室向现场的流转，工厂的控制系统结构由此发生了彻底性的变革，这是其最为显著的影响所在。当前，数字式仪表已经对模拟仪表予以取代，控制功能的完成方也已由DCS转变为由现场总线开发的相应功能模块。现场总线对很多新概念的应用完善了现场仪表的检测与控制功能，向更加开放的控制系统（现场控制系统FCS）提供支持，为过程控制系统与仪表制造工业带来了极为深刻的变革。

结束语

现场总线仪表系统广泛应用于工业过程控制中，促进了工业企业自动化技术的升级和加工艺检测水平的提升，随着科技的不断更新，工业自动化仪表现场总线通讯技术产品不断升级，自动化儀器的应用中使用了大量新技术，使传统自动化仪器的技术不断升级，工业自动化仪表现场总线通讯技术向智能化、网络化、数字化方向发展，大大提高了工业生产过程的效率，工业自动化仪表现场总线通讯技术的应用具有重要的推动作用，能有效面对未来激烈的国际竞争形势，在当前发展环境下，要把工业自动化仪表现场总线通讯技术更加广泛的应用于技术发展中，不断完善现场总线控制体系，推动中国仪器仪表行业的发展。

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