一、概述
总线(bus)的概念由来已久，但现场总线(field bus)的呈现却在1984年。它的呈现绝不是偶尔的，而是出于其时用户的需求，全球制作商之间的竞赛和遭到国家有关安全、保健和环境维护等规程或法则的束缚;并在计算机技能、通讯技能和操控技能开展到必定程度后才产生的。因而用户的需求是产生现场总线的动力，而上述三种技能则为研讨开发现场总线供给了技能根底。
1.什么是现场总线
现场总线是用于现场外表与操控室体系之间的一种敞开式、全数字化、双向通讯与多站的通讯体系。现场总线在企业网(intranet)内仅处于最低层的操控体系(infranet)。
2.用户为什么需求现场总线
用户需求敞开式的操控体系。1975年呈现的DCS(涣散型操控体系)和随后不久呈现的PLC(可编程操控器)都归于封闭式的操控体系，每家DCS或PLC制作厂的产品都有各自的硬件和软件构成自己产品的体系，其间多少都含有自己的专利技能，相互封闭，只能经过网关等接口才干与其他厂商的体系进行通讯。由于厂商不管巨细，都有其独到之处，因而用户需求敞开式的操控体系，以便择优挑选不同公司的产品(变送器、执行器和操控体系)，以抵达其最佳的集成。
用户为了下降企业本钱、进步产品质量以添加企业的竞赛能力，不得不扩展其出产规模、强化其出产进程，一起为了确保安全出产和抵达环保的要求，使检测的点数和操控回路急剧上升，以钢铁企业炼铁出产的高炉为例，其锻炼容积已达4000m3 以上，检测和操控的点数也超越了5000点。如此很多的检测信号聚集到DCS的人口处，不可避免地会呈现“瓶颈”现象，导致信号阻塞，下降了体系的安全性与可靠性。并且如此很多点到点的电缆，不光添加了线路敷设规划的难度和施工的复杂性，一起也进步了出资和设备、调试与维护的费用。因而，用户迫切需求现场总线与智能化的现场外表，以便将80%的操控功用下放到现场外表，削减DCS处理信息的压力，以增强体系的可靠性与安全性，一起也可削减电缆及相关费用。
3.现场总线有哪些特色
现场总线有以下几个特色：
(1)敞开性;
(2)可互操作性与可互换性;
(3)全数字化，不像DCS那样需A/D或D/A变
(4)双向通讯，不像DCS那样，只能单向通讯;
(5)智能化的现场外表。
4.现场总线有哪些长处
(1)能够削减1/2～2/3的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜子，这样就节约了I/O设备及设备室的空间。
(2)由于免去了D/A及A/D改换，使精度能够从±0.5%进步到±0.1%。
(3)能够削减电缆的用量，费用能够节约66%或更多。
(4)能够产生先进的、智能化现场外表，如多变量变送器和执行器，使修理预告(prediced mainte—nance)成为或许。
(5)由于能够将PID功用植入到变送器或执行器中去，使操控周期大为缩短。现在能够从DCS的每秒调理2—3次添加到每秒调理10～20次，然后改善了调理功用。
(6)由于免除了主机人口处的“瓶颈”现象，能够进步体系的安全性和可靠性;一起也可使主机腾出手来从事优化等作业以进步效益。
(7)组态简略，设备、运转、维护简洁。
(8)用户能够自己择优挑选，抵达最佳集成。
5.现场总线的含义
现场总线的呈现，给操控范畴带来了又一次革新，但其深度与广度将超越前史上的任何一次，将创始自动化的新纪元。依据现场总线操控体系FCS(fleldbuscontrolsystem)最终将替代传统的DCS。
6.现场总线现在有多少种类型的世界规范
环绕着抢夺现场总线世界规范的大战，持续了16年之外。屡经苦难与波折，先后经过9次投票表决，都是功败垂成而未能经过。最终经过洽谈、退让，于1999年末IECTC65(担任工业丈量和操控的第65规范化技能委员会)经过了8种类型的现场总线作为IEC61158世界规范。8种类型分别为:
类型1 1EC技能陈述(即PP的H1)
类型2ControlNet(美国Rockwell公司支撑)
类型3Profibus(德国西门子公司支撑)
类型4P-Net(丹麦ProcessData公司支撑)
类型5PPHSE(即原1V的I-12Fisher-Rosemount公司支撑)
类型6SwiftNet(美国波音公司支撑)
类型7WorldFIP(法国Alstom公司支撑)
类型8Interbus(德国Phoenix contact公司支撑)
再加上IECTCl7B经过的现场总线世界规范，他们分别为SDS(Smart Distributed System)，ASI(Atuator Sensor Interface)与Device Net。此外ISO还有一个IS011898的CAN(Control Area Network)。所以一共有12种之多。
7.现在的状况
除了有12种世界规范外，还有欧洲规范，而世界上其他国家还各有其国家规范，如英国的ERA，挪威的FINT等，一些国外的大公司还推出自己的规范，如日本三菱的CC-LINK，Shneider公司的Modb-us加上以太网等。
与此一起，世界上一些公司与安排正在紧锣密鼓地进行用以太网(ethernet)来做现场总线的研讨与开发作业。
8.现场总线的局限性
现场总线当然会给用户带来效益，但它还毕竟处于企业网的最低层，部分虽有效益，但有时却不能为企业带来整体效益。因而，现场总线有必要与企业办理自动化(如选用ERP…)相结合。也便是所谓的管控一体化。
二、使用现场总线需留意的若干问题
现场总线已然有很多的长处，并且已日益遭到人们的注重，有的已开端使用，但依据现在的状况，特提出以下11个问题，供使用时参阅。
1.关于世界规范
规范的拟定对推进社会出产力的开展，维护制作厂商和用户的利益是众所周知的，回忆自动化范畴内拟定的信号制世界规范，也能够阐明这一点。如三四十年代的气动外表，其世界规范为0.2～1.0kgf/cm2;进入60年代，电动单元组合外表开端盛行，其时的信号制较为紊乱，有0～1OmA，0～20mA，4-20mA和5～25mA等。其时我国的电动单元组合外表DDZ-I型的信号制选用了德国的国家规范0-10mA作为我国的国家规范，但到了1975年，世界规范定为4～20mA时，我国的国家规范也不得不改为4～20mA了，因而，DDZ-Ⅲ型电动单元组合外表也不得不改为4～0mA。0～10mA当然有便于模仿运算的长处，但4～20mA也有当变送器信号线开裂时，有便于察觉的长处，但不管怎么样，世界规范一经确认，电动单元组合外表就有了很大的开展。
这种规范的改变给我国的外表制作厂商、规划院和用户带来了很大的不方便，也遭遭到必定的丢失，所以前史的经历值得留意。
现在现场总线的世界规范已有12种多之，并且还有添加的趋势，至于世界各国，各个大厂商的规范则更多，其间颇不乏后起之秀。这种现象不光是空前的，并且也是极不正常的，构成的结果是不管制作厂商也好，用户也好，面临很多的规范，在挑选时往往感到困惑而莫衷一是。所以说，多规范实质上是没有规范。
2.敞开性
选用敞开式的操控体系对用户来说是受欢迎的，由于世界上，厂无巨细，其间不乏价廉物美，功用优越而服务又周到的产品，用户能够择优挑选然后抵达最佳的集成。由于传统的DCS或PLC归于封闭式的体系，而新一代的FCS(Fieldbus Control System)现场总线操控体系归于敞开式的体系，因而它一呈现，便遭到广阔用户的喜爱。可是，各种现场总线对他自己自身来讲尽管是敞开的，但异种现场总线之间却是不敞开的。
多种现场总线的并存，显然是有违于最初开发现场总线的初衷。
多种敞开的现场总线与市场上多种封闭式的DCS或PLC比较，毕竟有多大的不同呢?
3.互操作性
现场总线的主要特色之一具有可互操作性(interoperable)，但异种现场总线之间是不存在可互操作性的。尽管它们能够经过网关进行通讯，或许经过OPC(OLEfor Process Control)协议进行互操作，但这种互操作只能在各自的主机间进行，不能在相互的现场外表之间直接进行，也便是说甲种现场总线的现场外表不能与乙种现场总线的现场外表直接进行互操作，而甲种现场总线的现场外表有必要先经过自己的主机，再借助于OPC协议抵达乙种现场总线的主机，再下抵达乙种现场总线现场外表的意图地。反之亦然。
这种互操作有必要经过上述的弯曲途径才干完成，这关于实时操控(real time control)所要求的实时性来讲，显然是不能满意的，因而也是没有实际含义的。
4.时刻上的确认性
各种现场总线在通讯上也不彻底相同，主要有两种方式，即主-从(master-slave)式及播送式，当然他们各有其特色。但在时刻的确认性(timedeter ministic)上，严厉地讲是有差异的，当然关于那些改变缓慢的工业进程目标来讲，由于他们的不同并不大，因而是能够忽略不计的，但关于那些特别目标，则是十分灵敏的，例如发电厂对时刻上的确认性，就有严厉的要求，由于一旦产生事端后，要剖析毛病的原因，就需求从事端报表上确认哪一个工艺参数首要产生违背，这就要从事端产生时的时刻来确认，由于主从式现场总线关于时刻上的确认性在先天上就有所缺乏，所以有的主从式现场总线也在采纳办法以补偿其缺乏，如采纳软件的方法，在首发违背的参数进步行时刻上的确定等。
5.冗余问题
适用于进程操控的现场总线1VⅢ和Profibus PA都是没有冗余的。依照现场总线的规划思维，低速部分是不需求冗余的，由于现场总线现已将风险彻底涣散了，部分毛病不会导致大局毛病，而现场总线的智能化外表又有完成修理预告(maintenancepre dicted)的功用而可事前防备。并且从另一方面来看，假如现场外表产生毛病，调理回路失灵，则可由主机进行干涉;而一旦主机产生毛病，则智能化外表在现场能够自成调理回路而完成自主调理。
但关于某些职业，某些目标在安全方面有特别要求的部位的确是需求冗余的;也有些企业由于国情或企业文化存在着差异，或许从前产生恶性事端的企业，往往也会提出不同程序的冗余要求。前者如发电厂的汽包水位计、炉膛压力等参数，往往在测点上就有冗余，这样可用2条低速总线来完成冗余，如关于FF，则可用2台变送器分别由2条HI，从不同的布线途径通向主机，避免在同一途径上产生机械损害或许其他损伤而损失冗余;而对Profibus PA，则可分别由2台变送器经过各自的适配器(adapter)与冗余的Profibus DP相联而完成冗余。这样做，当然会添加费用。
6.演示工程
工程技能与科学研讨不同。科研是归于探索性的，因而能够答应失利;但工程技能是归于实践性的，是不答应失利的，因而演示工程对工程规划来讲十分重要。当然在规划时也不能生搬硬套，有必要依据国情和工程的实际状况，经过调查研讨，学习消化和吸收进步的进程。
那么谁来做演示工程呢?敢吃“螃蟹”的人总是会有的，不过除了勇气以外，还要必定的布景和条件。例如在1978年开端建造上海的宝山钢铁公司时，1号高炉就想选用DCS，而DCS是在1975年才有的，其时日本的新日本钢铁公司尽管已有使用DCS的经历，但最终仍是添加了出资，选用了整套的模仿外表作为DCS的备用设备。这是由于宝钢是我国彻底从平地上新建的一个与世界接轨的大型钢铁企业，有中心与当地的大力支撑，而4000m3的高炉在世界上也是为数不多的。有了这样的样板工程，随后新建的高炉就逐渐推广使用了DCS。
别的，也能够用渐进的方法，先在外围或许辅佐设备上，从而在主机不太要害的部位上采纳办法进行实验，取得成功后再逐渐扩展，可是这需求时刻。
总归，演示工程是重要的，惋惜的是：像样的、具有说服力的现场总线大型演示工程至今还没有看到过。
7.关于工程造价
由于国情的不同，现在国内用户对硬件的价格比较灵敏，而对软件的费用则往往留意不行。
依据现在国外试点的报道，在硬件方面的FCS的费用与DCS比较，其价格或许相等或略高，但在工程规划和工程的设备、调试和开车费用方面则要低得多，因而归纳来讲，总的费用要低。但在国内，进口硬件的费用则要显得高得多，而由于国内现在人工费用低，所以工程规划、办理、设备和调试等费用远比国外为低。因而使用现场总线时，其造价只能居高不下，影响推广使用。
8.关于效益问题
从国内使用现场总线的报道来看，基本上满是小体系，但效益却很明显，但从现场总线的本质上来看，便是体系越大，效益才会越明显，因而，对这些报道的效益得仔细剖析才行，而大多数的报道往往是旧厂改造，现场总线还与旧有的模仿外表或DCS处于混用的阶段，并且往往伴随着旧厂改造，工艺流程、工艺设备、原材料和燃料等也会改变，而在办理上也会有所改善，因而，所得的效益实际上是归纳的效益，如将一切效益都归功于现场总线是令人难以服气的，况且工艺与办理上改善所取得的效益应该是效益的主体。
9.关于选用先进技能
选用先进技能是开展出产力的动力之一，并且选用先进技能今后，也的确能为企业发明效益，但要选用先进技能却需求一些必要的前提条件。在自动化范畴内，也有不少先进技能，选用时，假如没有先进的工艺流程、工艺设备，杰出的原材料条件，科学的办理水平、操作水平缓修理水平与之配套，即便选用了最先进的自动化技能或配备，也不能见效而只能构成糟蹋。前史的经历值得留意，自上世纪80年代引入的DCS，大部分只发挥了30%左右的功用即为一例。
咱们知道先进的自动化技能仅是一种手法、一种东西，选用它的自身并不是咱们的意图。以最少的投入取得最大的产出才是咱们真实的意图。因而，作为一个自动化的工程规划人员切不可单纯地为先从而先进，为现场总线而现场总线。
10.要密切留意现场总线及其相关技能的开展
现场总线现在尽管已有12种世界规范，但它在持续开展或改善。例如Profibus正在不断地改善，现在又新推出了Profinet、Profisafe等。Sereos正在向成为世界规范而尽力。而SDS却想“淡出江湖”，现在只限于持续支撑和服务于北美的12家大公司(如邮政和波音公司等)，更不想进军于我国这样的大市场，在市场竞赛十分剧烈的今日，不谋求开展就等于萎缩和消失。日本三菱电机在1997年推出的CC Link正走向世界市场，而依据以太网的现场总线则正由国内外的一些公司或企业紧锣密鼓地在那里开发，有的虽有一些阶段性的效果，但由于以太网曩昔毕竟仅适用于办公室自动化，现在要用于工业现场，还有不少难题尚待去处理，如要满意工业操控要求的实时性，工业环境下的抗电磁搅扰性、抗震性、耐高温性、耐高湿性、防尘性和需向现场外表供电的问题以及在风险场所要求的防爆性等。问题尽管不少，难度也大，但开发的众公司却决心很大，劲头十足，大有“一统”现场总线“全国”的气魄和趋势。其他如异种现场总线的互联网，智能化IlO等也在不断地开展或完善之中。
收集、研讨、剖析这种信息，有利于作出咱们的作业部署和决议计划。
11.尽力学习做到一专多能
由于现场总线技能是操控、通讯和计算机技能的归纳，牵涉到三个不同的学科;别的也由于作为了解工业操控和某些职业出产工艺进程的DCS和PLC制作厂结合了IT(信息技能)今后，从企业自动化体系的现场层(field level)也便是根底操控层(basiclevel)尽力往上，向进程操控层(processcontrol level)与办理层(management level)开展，推出了EIC集成化(Electric instrta-nentation Computer Integration)体系、APC(Advanc Process Control)先进进程操控、管控一体化与一揽子处理(Total Solution)计划等产品，而一些计算机制作公司与一些软件公司则藉其善于信息技能的优势想方设法地往下浸透，也推出了依据PC(PC based)的操控体系、软DCS(soft DCS)、软PLC(softPLC)和虚拟外表等。这一上一下的两种趋势必定会在企业自动化体系内有一个交汇点，而这个交汇点在竞赛中是处于动态改变之中的，要把握这个交汇点是重要的，但也是很不简单的，由于有必要了解电控、仪控、计算机和通讯技能，而在使用时还须了解出产目标的工艺进程和目标的动态特性和办理技能。一个人的精力毕竟是有限的，因而要都把握和了解上述一切技能是不或许的，可是作为一个优异的自动化作业者或是一个自动化的技能骨干，是有必要做到也是能够抵达一专多能的，并在此根底上，总结经历，不断进步。而作为一个规划院或企业的领导则应做出规划，尽力培育和造就各种一专多能的人才，构成一个专业完全、相互配套的团队。
因而，咱们的标语是学习、学习、再学习。
三、定论
综上所述，现在要全面推广使用现场总线的条件还不行完全和成熟，可是现场总线具有很多的长处，因而有必要会存在并取得开展，估计在不久的将来，一个一致的现场总线世界规范必定会呈现，现场总线的出路是光亮的。
