简述现场总线控制系统的优点

魏万芳

摘 要 本文介绍现场总线在工业自动控制中的广泛应用，并阐述了现场总线的定义、产生因素、类型、优点，以及现场总线给工业自动化控制带来的变革。

关键词 现场总线;控制系统;拓扑结构

1节省硬件数量与投资

由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感 、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。

2节省安装费用

现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无须增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用60%以上。

3节省维护开销

由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除[1]。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。

4系统集成主动权

用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。

5准确性与可靠性

由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的結构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强：减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。

6智能化与功能自治性

它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。

7对现场环境的适应性

工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等[2]。

尤其现场总线中的基金会FF现场总线很适合于有爆炸危险场所及磁干扰较严重的场所，在石油化工这个高危行业非常适用，下面对基金会现场总线FF在行业中的应用做一些介绍：

基金会现场总线（Foundation Fieldbus）通常称为FF现场总线，它分为HI和H2两级总线。HI采用符合IEC 61158-2标准的现场总线物理层;H2则采用高速以太网为其物理层。

H1现场总线物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31.25kbps，驱动电压9～32VDC;信号电流如±lA.;电缆为屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者复合型;电缆长度小于等于1900m（无中继器时）;分支电缆的长度30～120m;挂界设备数量小于等于32台（无中继器时）;可用中继器小于等于4台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。H2则采用高速以太网为其物理层，传输速率为1Mkbs和2.5Mkbs，通信距离为750m和500m，物理传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。

现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。控制 系统所配备的HI网卡通常只负责与现场仪表的双向通信[3]。而总线的供电则需由专门的FF配电器完成。HI总线以段为单位，每块HI网卡有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF配电器。总线的两端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。

现场控制网络层采用现场总线基金会FF HI总线和FF HSE总线。仪表控制系统所使用的FF智能仪表通过FFHl总线按照总线拓扑结构连接，根据安装位置和功能划分为8个网段， 每个网段有8～16台设备，各网段间通过HSEJHl接口设备与HSE总线按照星型拓扑结构连接。FF现场总线仪表可构成控制回路、能够提供更多过程信息或更多维护信息，具有设备远程调试和自诊断能力，维护方便。HI链路主设备LAS（具有链路活动调度功能的设备，控制器、变送器均可以有此功能）可进行冗余配置。传统的离散数据和过程控制中标准的4～20M模拟仪表信号通过NCS-3000 FF分布式智能I/O引人控制系统， FF分布式智能I/O的主控制器间通过FFHSE总线互联，安全连锁、手/自动控制、数值转换等功能由主控制器实现，各主控制器能独立运行。

基金会现场总线技术在工业控制系统中的应用，提高了系统工作的靠性，减少了设计、安装的工作量，节省了投资，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量，靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。

8结束语

现场总线技术已成为工业自动化领域广为注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对中国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严峻的挑战。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。网络技术日新月异，发展十分迅猛，这些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，使现场总线技术以其独树一帜的技术优势带动工业自动化控制飞速发展。

参考文献

[1] 阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社， 1999：78.

[2] 郭琼.现场总线技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2004：34-36.

[3] 周明.现场总线控制[M].北京：中国电力出版社，2001：133.