总线专题：第一讲 现场总线的由来

现场总线（Fieldbus）是当前国际上自动化技术的一个热点，现场总线的出现给工业自动化领域带来了又一次革命。以智能化仪表为基础的现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)将逐步取代传统的分散性控制系统DCS(Distributed Control System)。

现场总线起源于欧洲，随后发展至北美。早在1984年，制定国际标准的权威机构之一，国际电工委员会IEC(International Electro technical Commission)就开始着手制定现场总线的国际标准,但由于国际上几个跨过大公司为了他们的利益,阻碍和干扰了制定单一的现场总线国际标准,经过了15年环绕着国际标准的现场总线大战以妥协而告终。结果是出现了多种现场总线的国际标准，到目前为止，已有12种之多，多标准实际上就是没有标准，这给用户、自动化仪表制造商及系统集成商带来了困惑与无奈。目前，新一轮环绕着市场的现场总线大战正在进行。

一个单一的现场总线国际标准始终是用户的希望和要求，为了寻找出路，目前国内外不少组织与厂商正在寻找新的出路，将以太网（Ethernet）应用与现场总线将是一个新的亮点，现在已经出现了多种基于实时以太网RTE（Real Time Ethernet）的现场总线，虽然还不完善，正在继续研发之中，估计要到2007年才能完成。浙大中控的EPA（Ethernet for Plant Automation）就是其中之一。看来，就是将来多种现场总线并存的局面还会继续存在。

二、产生现场总线的背景

工业生产的发展对检测和控制的要求日益增多，原始的目测，耳闻与手摸的检测方式正在向着用仪表检测和自控的方向发展。

1.早期的仪表与调节器

早期的仪表与调节装置是机械式的，如膨胀式温度计，弹簧管式压力计和用于蒸汽机的飞球式调速器等。

2.液动和气动仪表以及其调节装置

进入20世纪以后，工业生产的规模开始扩大，需要将分散在现场的机械式仪表和调节器集中起来，于是就出现了有作为辅助能源的液动（hydraulic）调节器。它是采用油压的方式进行工作的。但由于油容易渗漏和有产生火灾的危险，再加上油的粘滞而不能远距离传送信号，所以不久又出现了用压缩空气作为辅助能源的气动（pneumatic）仪表与调节器，这样就出现了将检测、显示和调节集中在一起的气动基地式仪表；后来为了便于集中在控制室进行监控而又生产出气动单元组合仪表。

3.电动仪表

进入20世纪50年代，工业生产的规模更大，而气动仪表的传输距离却也有限；并且气动仪表对气源供气的可靠性和净度要求又比较严格，需设置专用的气源（无油压缩机站）；再加上多个气动信号的叠加和处理比较麻烦，诸多不便逐步凸显，渐渐无法满足工业生产的需要，于是出现了电动仪表，但气动仪表存在着体积太大的缺点，一块仪表盘安装不了几个仪表，为了不致使控制室的面积过大而便于操作人员集中观看，在60年代又出现了电子仪表，而电子仪表也从开始的真空管式电子仪表，发展到半导体式和基于集成电路的电子仪表，电子仪表虽然体积比电动仪表要小，但为了少占用仪表盘的盘面面积，只能将电子仪表的尾部加长，这样又不得不将盘式仪表屏改为架装式仪表盘以便于电子仪表的密集安装。即便如此，一个大型工艺装置的仪表盘有时亦会长达数十米，便操作人员难以从如此众多的仪表读数中综合掌握和判断全部的生产过程。

4.用电子计算机进行监控

20世纪60年代开始试用电子计算机进行监控和数据采集，即所谓SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）。计算机不但可以采集数据，而且可经过运算来改变控制仪表的设定值，使控制得以优化；或者直接用计算机进行DDC（Direct Digital Control）直接数字控制。但当时计算机的可靠性没有完全过关，加之价格又贵，体积又大，功能也不强，难以应用冗余技术或多机并行处理，一旦一台计算机发生故障，整个工艺机组的生产即陷于瘫痪。结果以一台计算机控制整个生产过程的失败而告终。

5.分散型控制系统

进入70年代，大规模集成电路的出现，使微机处理器（micro processor）芯片的价格大幅度降低，导致了自动化领域内的一项革命。1975年美国的霍尼韦尔（Honeywell）公司首先推出了TDC-2000型集散控制系统，级管理是集中的，而控制则是分散的。所谓TDC即是此意，T代表Total集中，D代表Distributed分散，而C则代表Control控制。后来这种系统被称为DCS（Distributed Control System）后，慢慢地DCS的中文名称就从开始的集散型控制系统变为目前常用的分散型控制系统的名称了，但在计算机行业中，则称之为分布式控制系统。DCS在20世纪80-90年代达到了其鼎盛时期，有