1、現場總線技術系統
　　
　　1.1現場總線技術概述
　　
　　現場總線（Fieldbus）是連接現場智能設備（如智能化的傳感器、變送器、測量儀表和執行器等）和計算機系統的開放式、數字化、雙向傳輸、多點通信的底層控制網絡，用于完成智能設備之間以及智能設備與監控計算機之間的數據交換，它融入了智能儀表、控制、計算機、網絡，數字通訊和開放系統互聯等技術的精粹，是一種高性能的通信技術。
　　
　　現場總線技術是隨著控制、計算機、通信、網絡等技術的發展而發展起來的一種總線技術，現場總線技術的出現引起了自動化系統結構的變革，它逐步形成以網絡集成自動化系統為基礎的企業信息系統，現場總線控制系統FCS是繼集散控制系統DCS之后的又一代控制系統?，F場總線控制系統是開放的、具有良好互操作性的和分散的雙向傳輸數字化互連網絡，是現代計算機技術、通信技術和控制技術的集成。目前，現場總線已在自動化領域發揮優勢，是工業自動化技術發展的焦點，代表了自動化技術的發展方向。
　　
　　1.2工業以太網技術的發展與應用
　　
　　以太網是目前世界上應用zui廣的局域網技術。隨著Internet的發展，以太網已經成為事實上的工業標準，TCP/IP的簡單實用已深入人心，為廣大用戶所接受。目前不僅在辦公自動化領域內，而且各個企業的管理網絡也使用以太網。在工業控制領域，隨著儀器儀表智能化的提高和工業管理智能化的深入，系統傳輸的信息量必將增加，未來傳輸的數據可能以不滿足幾十個字節，甚至可以是WEB網頁，所以網絡傳輸的大容量在工業控制中越來越重要，而以太網可以滿足工業控制的這種需求。
　　
　　另外，工業底層網絡的現場總線協議數目眾多，不同協議的兼容問題一直困擾工業界。底層網絡引入以太網不僅使現場層、控制層和管理層在垂直層方便集成，更能降低不同廠家設備在水平層面上的集成成本，所以以太網向現場總線控制系統的底層延伸是順理成章的。
　　
　　1.3基于以太網的現場總線控制系統
　　
　　由于嵌入技術使Ethernet能到達傳感器和執行器，這使得整個網絡的瓶頸效應集中在應用現場總線的設備層上的問題得以解決，可構成如圖1所示的新型現場總線控制系統。　　
　　這個網絡的特點是：首先，Ethernet貫穿于整個網絡的各個層次，它使網絡成為透明的、覆蓋整個企業范圍的應用實體。它實現了辦公自動化與工業自動化的無縫結合，其良好的互連性和可擴展性使之成為一種真正意義上的全開放的網絡體系結構，一種真正意義上的大統一。其次，采用以太網作為現場總線，將保證技術上的可持續發展。由于以太網的廣泛應用，使它的發展一直受到廣泛的重視和大量的技術投入，保證了以太網技術的不斷發展。如果工業控制領域采用以太網作為現場總線，將保證技術上的可持續發展，并在技術升級方面無需獨自的研究投入。這一點是任何現有的現場總線技術*的。另外，低成本是基于以太網的現場總線系統*的*性。相對于現場總線卡的價格，以太網網卡的價格只有其十分之一。并且隨著集成電路技術的發展，其價格還會進一步下降。由于以太網已被使用多年，人們對以太網設計應用有很多經驗，這就意味著可以顯著降低系統的開發和培訓費用。
　　
　　隨著以太網的實時性、穩定性和抗干擾問題的逐步解決，以太網大規模進入工業控制領域將指日可待。將以太網應用到工業控制領域，可以形成真正意義上的開放式系統，真正實現不同廠家的以太網產品互連。如果說現場總線系統是工業控制領域里的一場革命，那么以太網技術將現場總線系統帶入又一個新時代。以太網應用于工業現場設備層是網絡發展的趨勢，也是信息技術發展的必然結果。
　　
　　2、水廠自動化控制系統
　　
　　為了實現水廠的高度自動化，實現各生產現場的無人值守，整個水廠在正常情況下可以無人干預運行，在中央控制室即可實現運行參數的監視及控制。利用*成熟的網絡技術構成水廠的自控網絡：
　　
　　（1）采用10/100兆工業以太網作為主網絡；
　　
　?。?）采用光纖網絡通訊媒體并構成光線環網，使之具有冗余功能；
　　
　?。?）采用全雙工的光交換機，構成全雙工光纖以太網環；
　　
　　（4）配有以太網通訊模塊的PLC可直接鏈入光纖以太網中，成為以太網絡節點；
　　
　　（5）選擇具有智能I/O現場總線通訊功能的PLC作為現場控制器。
　　
　　由圖2可知，該自控網絡屬于光纖以太網與現場總線相結合的多層網絡，主控制層為10/100兆全雙工光纖工業以太網；網絡中所有的PLC控制器、PC機和光交換機均遵循TCP/IP協議。　　
　　2.1水廠控制系統的組成
　　
　　整個水廠共設深井站、加藥站、送水站、加壓站四個PLC子站及一個中央控制室。各PLC子站及中央控制室皆為高速工業以太網的節點，它們之間可以通過以太網交換數據，光纖環網的冗余功能保證了以太網通訊的可靠性。通過工業以太網，中央控制室可以向各PLC站下達控制指令、修改系統運行參數、讀取現場數據等；也可以實現各PLC站之間的數據傳送。
　　
　　現場層是PLC的智能I/O現場總線。各PLC站與某些現場設備如高壓電機控制柜的多功能保護器之間以Profibus總線通訊連接；現場的觸摸操作屏之間以MPI通訊連接。通過下層現場總線，PLC站向連接在總線上的設備發送控制命令、讀取設備數據。
　　
　　2.2中央控制室的系統組成
　　
　　中央控制室配有監控操作計算機、打印機、UPS等設備，其中監控操作計算機時中央控制室的主體。所有設備通過自身安裝的以太網網卡以及一臺光交換機接入工業以太網與各PLC現場控制站相連。在監控操作計算機上裝有WinCC組態軟件，在WinCC的基礎上做進一步的組態開發，完成水廠數據的技術統計和系統的控制，為操作員提供人機界面，用于下達操作和控制指令等。
　　
　　通過上述配置，調度人員能及時掌握為實現水廠優化管理而需要的各管理對象的狀態和控制參數，并能把所有的數據整理存檔，以便繪制曲線、打印報表和歷史查詢使用。
　　
　　2.3PLC站系統的組成
　　
　　各PLC站均有一個電源模塊、一個CPU模塊、一個以太網通訊模塊、若干個模擬量輸入輸出模塊和若干個數字量輸入輸出模塊組成。
　　
　　其中電源模塊負責向其它模塊提供直流電源；各輸入輸出模塊同現場設備直接相連；PLC站的數字量輸入模塊采集現場的閥門狀態、水位開關狀態、設備運行與否等信號；數字量輸出模塊將PLC的控制命令開閥門、關閥門、啟動設備、停止設備等信號送到現場設備；模擬量輸入模塊采集電機軸承溫度、原水濁度、出水濁度、液位信息等等；模擬量輸出模塊控制變頻器輸出頻率等。
　　
　　CPU模塊的NPI接口同現場的觸摸操作屏相連，構成MPI連接，操作人員可以通過現場的觸摸操作屏監控設備的運行。CPU模塊的接口同現場的PLC從站及高壓電機柜的多功能保護器相連構成總線。CPU通過總線獲得各水泵電機的運行數據并發送控制指令。
　　
　　以太網通訊模塊通過光交換模塊使PLC站接入工業以太網，實現各PLC站及中央控制室間的數據通訊，使得中央控制室可以監控現場設備的運行及各PLC站之間的聯控。
　　
　　3、控制系統軟件設計思想
　　
　　控制系統軟件設計采用模塊化設計方法進行，根據控制系統功能，將程序分為如下幾個模塊：信息采集模塊和顯示模塊，主要負擔顯示信息和切換控制系統功能的任務；通訊模塊，主要負擔主從機間信息交換任務；控制模塊和打印模塊，主要負擔信息、報表等的打印。串行通訊程序由上位機通訊程序和下位機通訊程序組成。上下位機通訊程序密切配合、協調一致，共同完成兩者之間的通訊。
　　
　　4、結束語
　　
　　現場總線技術和工業以太網通訊技術的發展和成熟給工業控制領域帶來了巨大變革，基于現場總線技術的水廠自動化控制系統在開放性、分散性、可靠性和安全性等方面有很大進步。