现场总线控制系统(FCS)的应用现状和发展趋势

　　现场总线控制系统是继DCS之后的又一种新型工业控制系统，它的出现带来了工业控制领域的一场深刻革命。现场总线代表一种突破意义的控制思想，改变了原有控制体系结构，使模拟与数字混合的DCS更新换代为全数字现场总线控制系统，真正做到危险分散、控制分散、集中监控和全数字化。

　　1.应用现状

　　现场总线发展迅速，现处于群雄并起、百家争鸣的阶段。目前已开发出40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、Modbus、ARCent、P-Net、FIP、ISP等，其中最有影响力的有5种，分别为FF、Profibus、HART、CAN、LonWorks，如表所示。

　　FCS全数字化通信使过程控制具有更高可靠性，从传感器、变送器到调节器，均为数字信号，这就使得复杂、精确的信号处理得以实现。因采用数字总线式通信线路代替DCS1对1的I/O连线，对于大规模I/O系统，减少了由连线带来的不可靠，同时也降低了布线成本。此外FCS还具有互操作性、分散性、EIC(电气传动、仪表、计算机)一体化等优点。在由现场总线构成的FCS中，仪表实际上已成为具有综合功能的智能仪表。EIC一体化结构恰恰是钢铁工业自动化用得较多而又急需的控制系统结构。

　　2.现场总线存在的不足

　　现场总线是一种正在发展中的技术，在许多方面还需改善。IEC61158规定了FF、Profibus、WorldFIP等8种现场总线标准，还有一些事实上的标准，如LonWorks和CAN总线等。现有8种现场总线为国际标准，它们采用的通信协议完全不同，因此要实现这些总线的兼容和互操作十分困难。许多标准的并存，将导致现场总线技术不易广泛应用。

　　现场总线还存在着瓶颈问题，表现在：(1)总线切断后，系统有可能产生不可预知的后果;(2)在本安防爆应用中，现有防爆规定限制总线长度和总线上所挂设备数量，同时也限制了现场总线节省线缆优点的发挥;(3)系统组态参数过于复杂，不易掌握，而其设定的好坏对系统性能影响很大。

3.现场总线在中国

　　以智能化现场仪表为基础的现场总线系统与传统系统相比，其优点不仅在控制方面，更多的是在自诊断、自校正等自动管理方面。但国内使用的系统规模一般不大，没有把管理自动化和远程诊断功能纳入系统，因此无法发挥FCS降低运行维护费用的优势，所以与传统产业相比，现场总线的优点没有完全体现出来，现在国内还有很多企业对现场总线技术和产品是否成熟可靠持怀疑态度。现场总线在中国需进一步促进其快速发展，最主要的则是推动企业对现场总线的应用。

　　我国是发展中国家，还不拥有自主版权的现场总线。我们应谨慎对待出现在现场总线问题上的争论，它已阻碍了工业自动化领域网络技术的发展和产品的更新换代，我们应抓住网络发展的新机遇，努力发展我国自己的现场总线网络产业。

　　4.发展方向

　　现场总线是一种正在发展的技术，在过程控制领域对其要求是：(1)改善实时性，不允许有不确定性;(2)克服本安防爆对总线中节点数和电缆长度的限制，加强现场总线本安概念理论研究;(3)实现可互操作性和信息处理现场化。今后，对上述3方面还要进行积极研究、不断探索。实时性和可互操作性是以太网在工业现场应用所要解决的重要问题。

　　由于Ethernet技术的快速发展，其介入控制已成为事实。Ethernet的主要特点是：数字式互连网络、可操作性、开放性和高网络功能。网络功能包括实时性、可靠性等。而开放性最为重要。Ethernet是世界上应用最为广泛的计算机通信技术之一，受到广泛技术开发支持，而且已使用多年，具有大量软、硬件资源和开发设计经验。在以太网上层应用的TCP/IP协议也已开发较成熟;绝大多数PC机均提供以太网接口，操作系统也已配备TCP/IP协议;以太网适配器及其相关产品价格低廉，一块以太网网卡的价格只是Profibus、FF等现场总线网卡的一小部分;而且许多现场总线标准已向上支持以太网，其中主流现场总线FF于2000年3月宣布用以太网增强H2的方案。

　　因此，一般认为整合Ethernet和TCP/IP技术的现场总线是今后发展的主流体系和应用热点。