摘要：本文就現(xiàn)場總線的特點、優(yōu)勢、局限和應用中應注意的問題進行了淺要分析，同時簡要地介紹了以太網(wǎng)的發(fā)展和其在現(xiàn)場總線中的應用。
　　　　
　　1、現(xiàn)場總線的特點
　　
　　現(xiàn)場總線有以下幾個特點
　　
　　1）可互操作性與可互換性；
　　
　　2）開放性；
　　
　　3）全數(shù)字化；
　　
　　4）雙向通信；
　　
　　5）智能化的現(xiàn)場儀表
　　
　　2、現(xiàn)場總線有哪些好處
　　
　　1）可以減少１／２－２／３隔離器、端子柜、１／０終端、１／０卡件、１／０文件及１／０柜子；這樣就節(jié)省了１／０裝置及裝置室的空間；
　　
　　2）由于免去了Ｄ／Ａ及Ａ／Ｄ變換，使精度可以從０．５％提高到０．１％；
　　
　　3）減少電纜的用量，費用可以節(jié)省６６％或更多；
　　
　　4）可以產(chǎn)生*的、智能化現(xiàn)場儀表，如多變量變送器和執(zhí)行器等，使維修預報成為可能；
　　
　　5）可以將Ｐｒｏ功能植入到變送器或執(zhí)行器中去，大大縮短控制周期。可以從ＤＣＳ的每秒調節(jié)２～３次增加到每秒調節(jié)１０～２０次，改善調節(jié)性能；
　　
　　6）免除主機入口處的“瓶頸”現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性同時也可使主機騰出手來從事優(yōu)化等工作以提益；
　　
　　7）組態(tài)簡單，安裝、運行、維護簡便；
　　
　　8）用戶可以自己擇優(yōu)選擇，達到*集成。
　　
　　3、現(xiàn)場總線的局限性
　　
　　現(xiàn)場總線固然會給用戶帶來效益，但它還終究處于企業(yè)網(wǎng)的zui低層，局部雖有效益，但有時卻不能為企業(yè)帶來整體效益。因此，現(xiàn)場總線必須與企業(yè)管理自動化如采用ＥＲＰ--相結合。也就是所謂的管控一體化。
　　
　4、應用現(xiàn)場總線應注意的若干問題
　　
　　現(xiàn)場總線既然有眾多的優(yōu)點，而且已日益受到人們的重視，有的已開始應用，但是在實際應用中還有許多應該注意的問題，大致情況如下：
　　
　　1）開放性
　　
　　開放性是現(xiàn)場總線系統(tǒng)的主要特點之一，用戶喜歡開放式的系統(tǒng)，在*范圍內，其中不乏價廉物美、性能*、服務周到的產(chǎn)品，用戶可以擇優(yōu)選擇從而達到*的集成。由于傳統(tǒng)的ＤＣＳ或ＰＬ屬于封閉式的系統(tǒng)，而新一代的ＦＣＳＦｉｅｌｄｂｕｓＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ屬于開放式的系統(tǒng)，因此它一出現(xiàn)，便受到廣大用戶的青睞。但值得注意的是：各種現(xiàn)場總線本身雖然是開放的，但不同種類現(xiàn)場總線之間卻是不開放的。
　　
　　2）標準方面
　　
　　標準的制定可以推動生產(chǎn)力的發(fā)展，保護制造廠商和用戶的利益，但以前標準的變動給我國的儀表制造商、設計院和廣大用戶帶來了極大的不便，也使我們遭受了一定的損失，所以我們一定要注意標準的變化。目前現(xiàn)場總線的標準已有１２種之多，而且還有增加的趨勢，至于世界各國，各個大型廠商的標準更多。這種現(xiàn)象不但是的，而且也是極不正常的，造成的后果是不論制造廠商也好，用戶也好，面對眾多的標準，在選擇時往往感到困惑而無所適從。所以說，多標準實質上是沒有標準。
　　
　　3）互操作性
　　
　　互操作性〔ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｌｅ是現(xiàn)場總線系統(tǒng)的又一特點，但不同種類現(xiàn)場總線之間是不可互操作的，雖然他們可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行相互訪問，或者通過ＰＣＯＬＥｆｏｒＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＪ７協(xié)議進行互操作，但這種互操作只能在各自的主機間進行，不能在彼此的現(xiàn)場儀表之間直接進行。也就是說甲種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表不能與乙種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表直接進行互操作，而甲種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表必須先通過自己的主機，再借助于ＯＰＣ協(xié)議到達乙種現(xiàn)場總線的主機，再下達到乙種現(xiàn)場總線現(xiàn)場儀表的目的地。反之亦然。這種互操作必須通過上述的曲折途徑才能實現(xiàn)，這對于實時控制ｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌ所要求的實時性來講，顯然是不能滿足的，因此也是沒有實際意義的。
　　
　　4）時間的確定性
　　
　　各種現(xiàn)場總線的通信方式也不*相同，主要有二種形式。主－從ｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅ式和廣播式，各有其特點。但在時間的確定性ｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ上，嚴格地講是有區(qū)別的，尤其對于那些特殊對象，是非常敏感的，例如發(fā)電廠對時間上的確定性，就有嚴格的要求。但是主從式現(xiàn)場總線對于時間上的確定性先天上就有所不足，所以有的主從式現(xiàn)場總線也在采取措施以彌補其不足，如采取軟件的辦法，在*偏離的參數(shù)上進行時間上的鎖定等。這也是我們應特別注意的問題。
　　
　　5）冗余問題
　　
　　用于過程控制的現(xiàn)場總線ＦＦＨＩ和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＰＡ都是沒有冗余的。按照現(xiàn)場總線的設計思想，低速部分是不需要冗余的，但對于某些行業(yè)，某些對象在安全方面有特殊要求的部位確實是需要冗余的也有些企業(yè)由于國情或企業(yè)文化存在著差異，或者曾經(jīng)發(fā)生惡性事故的企業(yè)，往往也會提出不同程度的冗余要求。那么我們就要對沒有冗余的現(xiàn)場總線采取一些特殊的處理來保證企業(yè)所要求的冗余，這樣就會增加企業(yè)費用，增加企業(yè)負擔。
　　
　 6）示范工程
　　
　　我們都知道工程技術是實踐技術，在應用中是不允許失敗的。因此示范工程對工程設計來講十分重要。當然在設計時也不能生搬硬套，必須根據(jù)國情和工程的實際情況，通過調查研究，學習消化和吸收提高。可以用漸進的辦法，先在外圍或者輔助設施上，進而在主機不太關鍵的部位上采取措施進行試驗，取得成功后再逐步擴大，但是這需要時間。總之，示范工程是重要的，遺憾的是像樣的、具有說服力的現(xiàn)場總線大型示范工程至今還沒有看到過。
　　
　　7）工程造價問題
　　
　　目前國內用戶對硬件的價格比較敏感，而對軟件的費用則往往注意不夠。在國外，硬件方面ＦＣＳ與ＤＣＳ的費用可能持平或略高，但在工程設計和工程的安裝、調試和開車費用方面則要低得多，因此綜合來講，總的費用要低。在國內，進口硬件的費用要高很多，但國內目前人工費用低，所以工程設計、管理、安裝和調試等費用遠比國外為低。所以在應用現(xiàn)場總線時我們要時刻注意其造價走勢。
　　
　　8）效益問題
　　
　　就現(xiàn)在國內情況而言，應用的現(xiàn)場總線基本上都是小系統(tǒng)，可效益還是很顯著的。但就現(xiàn)場總線的本質而言，系統(tǒng)越大，效益越顯著。我國現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)都是舊廠改造，現(xiàn)場總線還與老式的模擬儀表相混用，大大提高工藝，所以所得效益不能全歸現(xiàn)場總線的使用，工藝和管理上的改進也是主要方面。
　　
　　9）*技術的采用問題
　　
　　*技術是發(fā)展生產(chǎn)力的基礎，采用*技術以后，能為企業(yè)創(chuàng)造效益，但需要提醒的是采用*技術需要一些必要的前提條件，不能盲目。歷史的經(jīng)驗值得注意，自上世紀８０年代引進的ＤＣＳ，大部分只發(fā)揮了３０％左右的功能即為一例。我們知道*的自動化技術的主要目的是以zui少的投人獲得zui大的產(chǎn)出。因此，作為一個自動化的工程設計人員切不可單純地為*而*，為現(xiàn)場總線而現(xiàn)場總線，一定要注意實際情況。
　　
　　10）要密切注意現(xiàn)場總線及其相關技術的進展
　　
　　現(xiàn)場總線目前雖然已有１２種標準，但它在繼續(xù)發(fā)展或改進。世界上較大的企業(yè)都在致力于現(xiàn)場總線的研究，并不斷地對現(xiàn)有的現(xiàn)場總線進行改進。如將以太網(wǎng)應用于現(xiàn)場總線，由于以太網(wǎng)過去僅適用于辦公室自動化，如今要用于工業(yè)現(xiàn)場，還有不少難題尚待去解決，如要滿足工業(yè)控制要求的實時性，工業(yè)環(huán)境下的抗電磁干擾性、抗震性、耐高溫性、耐高濕性、防塵性和需向現(xiàn)場儀表供電的問題以及危險時所要求的防爆性等，問題雖然不少，但*大型企業(yè)都在進行研究。所以我們要時刻搜集zui前沿的信息，跟上現(xiàn)場總線的發(fā)展進程，及時對我們的工作做出部署。
　　
　　11）一專多能
　　
　　現(xiàn)場總線技術是控制、通信和計算機技術的綜合，牽涉到三個不同的學科另外熟悉工業(yè)控制過程和某些行業(yè)工藝過程的制造廠結合信息技術以后，推出了ＥＩＣ集成化系統(tǒng)、ＡＰＣ*過程控制系統(tǒng)等產(chǎn)品，同時一些計算機制造公司與一些軟件公司則借其長于信息技術的優(yōu)勢千方百計地往下滲透，推出了基于ＰＣＰＣｂａｓｅｄ的控制系統(tǒng)、軟ＰＬＣｓｏｆｔＰＬＣ和虛擬儀表等。這一上一下的兩種趨勢必然會在企業(yè)自動化系統(tǒng)內有一個交匯點，而這個交匯點處于動態(tài)變化之中，要掌握這個交匯點是重要的，但也是很不容易的，因為必須了解電控、儀控、計算機和通信技術，而在應用時還須熟悉生產(chǎn)對象的工藝過程和對象的動態(tài)特性和管理技術。所以我們必須盡可能的來了解更多的知識和應用，盡可能的達到一專多能。
　　
　　5、以太網(wǎng)及其通信特點
　　
　　以太網(wǎng)Ｅｔｈｅｒｎｅｔ網(wǎng)絡zui初出現(xiàn)于１９７５年。目前主要有快速以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng)，還有千兆以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)。以太網(wǎng)以前主要應用于辦公自動化，在現(xiàn)場總線中的應用還不多。以太網(wǎng)的主要通信特點是隨機接人、載波偵聽、碰撞檢測和沖突競爭。目前通用的以太網(wǎng)標準ＩＥＥＥ８０２．３使用了ＣＳＭＡ／ＣＤ帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多點接人傳輸協(xié)議。根據(jù)該傳輸協(xié)議，任何需要傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點首先要監(jiān)聽網(wǎng)絡，網(wǎng)絡繁忙時監(jiān)聽，網(wǎng)絡空閑時發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中繼續(xù)監(jiān)聽，檢測到?jīng)_突時立即停止發(fā)送并發(fā)出一個強化沖突的干擾信號，通知所有節(jié)點此時的網(wǎng)絡已經(jīng)發(fā)生沖突，此時沖突各方主動退避隨機等待一段時間后再重新監(jiān)聽網(wǎng)絡。以太網(wǎng)沖突主要有兩個來源其一是網(wǎng)絡空閑多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)造成的沖突其二是節(jié)點傳輸延遲造成的沖突。因此，工業(yè)控制中采用標準以太網(wǎng)時將不可避免地造成沖突。這種沖突隨著通信負荷的上升而急劇增加，而在低負荷下則很少。更為嚴重的是，從純理論角度講標準以太網(wǎng)有可能出現(xiàn)“孤島”現(xiàn)象，即某些節(jié)點在一段時間內可能得不到傳輸數(shù)據(jù)的機會。
　　
　　標準以太網(wǎng)還具有傳輸不確定性的特點，即任何變量都不能*確保在合適時間內發(fā)送成功。除此之外，為了分辨無效幀，以太網(wǎng)還有可能造成帶寬浪費不符合工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求；不具備本質安全性能；不能通過信號線向現(xiàn)場儀表供電等缺陷，因此以太網(wǎng)在工業(yè)控制領域方面的應用很有限。
　　
　　6、交換式以太網(wǎng)及其發(fā)展
　　
　　交換式以太網(wǎng)是根據(jù)提高以太網(wǎng)的傳輸效率，盡可能的減少總線競爭這個思想開發(fā)出來的新型以太網(wǎng)。它采用星形布線方式，所有節(jié)點都分別連接到一個交換式集線器的端口上，交換式集線器內置一個復雜的交換陣列，任何兩個端口之間都可以建立起一個傳輸信道，以標稱傳輸速度、傳輸數(shù)據(jù)。優(yōu)點是不存在總線競爭，能顯著的提高系統(tǒng)的傳輸效率。缺點是不易控制zui大傳輸時延。為了促進以太網(wǎng)在工業(yè)領域的應用，上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｔｈｅｒｎｅｔＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，并積極開展了工業(yè)以太網(wǎng)關鍵技術的研究。為解決以太網(wǎng)在無間斷過程工業(yè)領域的條件下穩(wěn)定工作，世界上一些大型企業(yè)專門開發(fā)和生產(chǎn)了導軌式收發(fā)器系列、集線器系列和交換機系列，它們安裝在標準ＤＩＮ導軌上，并有冗余電源供電接插件采用牢固的ＤＢ一９結構。
　　
　　在工業(yè)控制系統(tǒng)中，通過網(wǎng)絡傳送的數(shù)據(jù)必須在確定的時間內到達目的地，此即所謂網(wǎng)絡的時間確定性。如ＰＩＤ調節(jié)器通過網(wǎng)絡從現(xiàn)場變送器收集數(shù)據(jù)進行ＰＩＤ運算，為了實時實現(xiàn)ＰＲ調節(jié)，各調節(jié)回路需要有非常一致的采樣時間，而且這些時間必須是確定的。對于這樣的實時控制，通常要求網(wǎng)絡的時間延遲小于２～４ｍｓ。長時間的通信將惡化對象特性，使控制系統(tǒng)品質下降。由于以太網(wǎng)時間的不確定性，現(xiàn)在的工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線采用一種稱作連接裝置ＬｉｎｋｉｎｇＤｅｖｉｃｅ的類似帶有開關的集線器結構，很好地解決了以太網(wǎng)的時間確定性問題。
　　
　　美國電氣工程師協(xié)會ＩＥＥＥ正著手制定現(xiàn)場裝置與以太網(wǎng)通信的新標準。該標準能夠使網(wǎng)絡直接“看到”對象ｏｂｊｅｃｔ。這為以太網(wǎng)進入工業(yè)控制現(xiàn)場打下了基礎。目前，現(xiàn)場總線系統(tǒng)如ＰｒｏｆｉｂｕｓＤｅｖｉｃｅＮｅｔＣｏｎｔｍｌｎｅｔ和Ｌｏｎｗｏｒｋｓ等都打算使用以太網(wǎng)。一些大公司正在研究通過一種稱作管道ｔｕｎｎｅｌ的簡單傳遞機構使用以太網(wǎng)絡傳送報文。這種方法簡單可行，現(xiàn)場裝置保持不變，僅需要一個的以太網(wǎng)絡接口取代原來的總線驅動器就可完成與以太網(wǎng)的連接。過去，一些生產(chǎn)ＰＬＣ為主的公司都使用以太網(wǎng)完成信息級通信，其中西門子公司的ＳＬＭＡＴＩＣＮＥＴ則將工業(yè)以太網(wǎng)應用到車間級，該公司有著將工業(yè)以太網(wǎng)向下層通信應用的趨勢。此外，生產(chǎn)ＤＣＳ公司的投入促進了將以太網(wǎng)廣泛應用于過程自動化的監(jiān)控級，如Ｆｏｘｂｏｒｏ公司將以太網(wǎng)用于Ｍｏｄｂｕｓ。由此可以預見，像當年代機進入工業(yè)自動化領域一樣，以太網(wǎng)／ＩＰ將會十分迅速地進人工業(yè)控制系統(tǒng)的各級網(wǎng)絡。
　　
　　7、以太網(wǎng)通信的發(fā)展*6簡介
　　
　　互聯(lián)網(wǎng)使用初期制定的IP地址方案*4由四組數(shù)據(jù)組成。隨著以太網(wǎng)／ＩＰ的通信在工控和管理的應用，將引起IＰ地址的重復或不足。為解決ＩＰ地址“升位”的問題，ＩＥＥＥ在９０年代早期開始了一些嘗試，*個成果是在１９９５年出版的ＲＦＣ１７５２ＲＦＣＲｅｑｕｅｓｔｓｆｏｒＣｏｍｍｅｎｔｓ，描述了稱為下一代ＦＰＬＰＮｅｘｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＩＰＮＧ的要求，并在一些輔助性文件中描述了新協(xié)議的報頭、路由、地址以及安全性方面的特征。以后出現(xiàn)了更多的ＲＦＣ，例如ＲＦＣ１８８３，并且該協(xié)議已被*重新命名為“Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協(xié)議版本６″Ｉｎｔｅｒｎｅｔｐｒｏｔｏｃｏｌｖｅｒｓｉｏｎ６ＩＰｖ６。
　　
　　在*6上增加的內容中值得關注的幾點是
　　
　　1）它提供更大的地址空間*6地址有128字節(jié)長；
　　
　　2）它通過路由器提供更快的*6報頭處理，并且報頭也變長了IPA是20節(jié)，*6是40字節(jié)。大多數(shù)不用路由器處理的選項被移入單獨的擴展報頭中；
　　
　　3）它定義了LP數(shù)據(jù)包提供身份驗證、保密集成的機制。
　　
　　它為應用程序提供了一種標記IP數(shù)據(jù)包的方法，該數(shù)據(jù)包需要特殊處理。使用此版本的典型應用程序包括多媒體應用程序和實時應用程序。*6地址的長度為128一個節(jié)點能有多個接口因此就有多個IP地址。一個接口也能有多個IP地址。IM提供的地址類型有三種單點傳送地址、多點傳送地址和任意點傳送地址。*6為動態(tài)IP分配提供了兩種機制：一種與“動態(tài)主機配置協(xié)議”相似，在這種機制中，客戶向配置服務器發(fā)出請求，服務器從預配置池中取出一個值賦給它，也把這種方法稱為“用狀態(tài)配置”。服務器保持狀態(tài)信息并在限定的時間內把地址租給用戶，用戶能夠重新租用地址，如果有足夠的地址，客戶將分配到與上次相同的地址。第二種機制是一個“無狀態(tài)”機制。在這種機制下，客戶通過使用像“以太網(wǎng)”卡地址這樣的標識符來生成IP地址。一個IM主機可能沒有代碼來分辨地址類型。另一方面，一個*6路由器可能*理解不同的地址類型，并且根據(jù)不同的地址類型采取不同的行動。
 
        8、總結
　　
　　總之通過認識現(xiàn)場總線應用應注意的問題，并理解以太網(wǎng)通信原理，相信我們可以很好地將現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)結合起來，更好的應用于工業(yè)現(xiàn)場控制中。