工業自動化儀表現場總線通訊技術研究

韋小平

摘要：在當前發展環境下，現場總線技術在自動化儀表和系統領域引發了廣泛關注，現場總線技術實現了自動化系統的深刻變化，大大提高了工業自動化管理水平。工業自動化儀表現場總線通訊技術向智能化、網絡化、數字化方向發展，提高了現場總線技術應用中的勞動生產率和經濟效益。本文就工業自動化儀表現場總線通訊技術進行了研究。

關鍵詞：工業自動化儀表;自動化控制技術;現場總線通訊技術

前言

現場總線技術于上個世紀八十年代出現，現場總線技術是一種以計算機網絡、智能傳感器控制、數字通信為主要內容的綜合技術，現場總線技術應用于多個行業，有效推動行業自動化技術的應用，可構建起智能設備互聯通信網絡系統。在當前發展環境下，現場總線技術在自動化儀表和系統領域引發了廣泛關注，現場總線技術實現了自動化系統的深刻變化，現場總線技術大大提高了工廠自動化管理水平，能有效的提高現場總線技術在應用中的勞動生產率和經濟效益。

1現場總線的發展概述

現場總線可以稱作是第五代控制系統，即：FCS——現場總線控制系統。第一代為氣動信號控制系PCS，第二代為4～20mA等電動模擬信號控制系統，第三代為數字計算機集中式控制系統DDC，第四代為集散式分布控制系統DCS。現場總線控制系統FCS打破了DCS系統被束縛于通信專用網絡的局面，形成了新型全分布式結構，將控制功能從根本上轉移到現場。關于現場總線標準，最早由國際電工委員會于1985年著手制訂國際性現場總線標準，此后，美國儀表學會參與其中，但由于雙方意見不一致而使該標準遲遲未出臺，各國家便開始制訂各自的標準。截止到1994年年初，在美國、德國、法國分別形成了Porifbus，IFP，ISA等幾種主要的現場總線標準，國際上的ISP和WorldIFP兩大現場總線組織合并，統一了IEC/SP50標準，此后，近200家儀表廠、公司成立了現場總線基金會（FF）。

目前，市場上的現場總線及相關產品包括主要用于工業控制的FF，用于樓宇自動化為的美國LON、以汽車工業為目標的德國CAN，傳統的DCS等自動化控制系統逐漸被這種開放的自動化系統取而代之，整個測量與控制領域迎來發展的新時期。

2現場總線對自動化儀表與系統的影響

對于自動化與儀器儀表而言，現場總線的出現為其工業革命的發生產生了推動作用，促使其實現產品全面更新與換代的技術性變革。現場總線之所以能夠得到人們的關注，逐漸發展為研究工作的熱點內容，原因在于它能對控制及自動化儀表與系統產生極為深遠的影響。具體而言，這些影響有以下方面的體現：

（1）對4～20mADC聯絡信號予以全面取代，數字化的傳輸信號得以實現，為現場布線提供了極大的便利，降低了近70%成的現場配線費用支出。（2）賦予了現場儀表更多、更先進的功能，例如控制、報警以及趨勢分析等，降低了D/A與A/D的變換率，對上層系統予以簡化，最終實現了對現場裝置精度及其可靠性的大幅度提升。（3）不同廠家之間實現了對產品的交互操作與互換使用，對于用戶而言，便利性得到了極大的提高。（4）加速了自動化儀表技術與自動化系統的發展，使其由模擬數字混合技術轉變為全數字化技術，由封閉式系統轉變為開放式系統。現場總線使得自動化系統采用開放系統互連參考模型進行高層通信網絡的建立，極大地強化了系統冗余與故障診斷功能以及容錯功能，大幅度提高了系統的可靠性與安全性。相對而言，現場總線為自動化系統的開放式發展奠定了基礎，而開放型的自動化系統又成為現場總線發展的必然。（5）現代自動化正在朝著綜合自動化的方向發展，它對過程控制與企業管理進行有機結合，以多項綜合式集成發展為其發展的最終目標。在這一綜合自動化的發展進程中，現場總線智能化儀表以及開放式的自動化系統成為最有效的手段與工具。（6）微處理器對現場儀表予以引入，突出了現場儀表的智能化與功能多樣化的特征。現場總線加速了新式、更為先進的現場設備（如測控一體化產品、多變量變送器等）的產生與應用。應用智能儀表，軟硬件進行了結合，傳統的實現方式得到了改變，軟件向眾多功能的實現提供了越來越多的支撐。（7）應用于現場總線，所有的控制設備與測量值都能通過工程單位得到體現，簡化了在控制裝置中將初始傳感器數據轉換為工程單位的操作，實現了對控制裝置在任務中的解脫，使其履行起更加高級的控制職責。（8）對現場總線多變量現場儀表的采用極大地減少了儀表的數量，最終實現了儀表購置、安裝以及維護等成本支出的縮減。（9）現場總線標準實現了很多控制功能從控制室向現場的流轉，工廠的控制系統結構由此發生了徹底性的變革，這是其最為顯著的影響所在。當前，數字式儀表已經對模擬儀表予以取代，控制功能的完成方也已由DCS轉變為由現場總線開發的相應功能模塊。現場總線對很多新概念的應用完善了現場儀表的檢測與控制功能，向更加開放的控制系統（現場控制系統FCS）提供支持，為過程控制系統與儀表制造工業帶來了極為深刻的變革。

結束語

現場總線儀表系統廣泛應用于工業過程控制中，促進了工業企業自動化技術的升級和加工藝檢測水平的提升，隨著科技的不斷更新，工業自動化儀表現場總線通訊技術產品不斷升級，自動化儀器的應用中使用了大量新技術，使傳統自動化儀器的技術不斷升級，工業自動化儀表現場總線通訊技術向智能化、網絡化、數字化方向發展，大大提高了工業生產過程的效率，工業自動化儀表現場總線通訊技術的應用具有重要的推動作用，能有效面對未來激烈的國際競爭形勢，在當前發展環境下，要把工業自動化儀表現場總線通訊技術更加廣泛的應用于技術發展中，不斷完善現場總線控制體系，推動中國儀器儀表行業的發展。

參考文獻：

[1]張楨，牛玉剛.DCS與現場總線綜述[J].電氣自動化，2013（1）：4-6，46.

[2]羅安明，韓新民.現場總線技術的發展及趨勢[J].機電產品開發與創新，2018（1）：9-11.

[3]何東林.關于自動化儀表可靠性的分析[J].科技創新導報，2017（9）：61.

[4]阮焱林，鄭秋玲，張云.PROFIBUS現場總線技術綜述[J].可編程控制器與工廠自動化，2017（8）：39-41，72.

[5]劉坤.自動化儀表與控制系統的現狀及發展對策[J].硅谷，2014（18）：2，7.