現(xiàn)場總線技術(shù)概況

1. 現(xiàn)場總線的概念

傳統(tǒng)儀表(傳感器、變送器)的輸出信號長期以來采用4~20mA模擬信號標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場各個測量點的儀表必須將4~20mA的模擬信號通過信號線送到控制室，每一路信號都要使用一對信號線，各路模擬信號之間必須有良好的隔離措施。由于現(xiàn)場有大量的信號連接，儀表的種類、型號又各不相同，信號回路的保護(hù)隔離必須非常嚴(yán)格。由于接線不良引起的誤差無法自動檢測，信號線的長度也受到限制，因此難以滿足上層系統(tǒng)對現(xiàn)場儀表的信息要求。
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理機(jī)芯片的功能不斷提高。將這種微處理機(jī)芯片嵌入到各種設(shè)備、儀表中，與它們合成一體，一方面加強設(shè)備、儀表的功能處理能力(如就地控制、操作、顯示功能)，另一方面可以通過通信接口實現(xiàn)與外界通信因而使設(shè)備、儀表智能化。與傳統(tǒng)儀表相比，可以對量程和零點進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定，具有儀表工作狀態(tài)自診斷功能，能進(jìn)行多參數(shù)測量并對環(huán)境影響實現(xiàn)自動補償，深受用戶歡迎。智能化現(xiàn)場儀表的出現(xiàn)，很自然地要求與上層系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字通信，于是現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)運而生。

根據(jù)國際電工委員會和現(xiàn)場總線基金會的定義，“現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)”。

2. 現(xiàn)場總線的特點

現(xiàn)場總線控制技術(shù)，是目前計算機(jī)控制系統(tǒng)中的最新技術(shù)。概括起來，現(xiàn)場總線技術(shù)具有如下一些特點：
(1) 以數(shù)字信號取代4~20mA模擬信號，過去每一路模擬信號都需要一對信號線的傳統(tǒng)方式被一對現(xiàn)場總線所代替，節(jié)約了大量信號電纜，簡化了儀表信號線的布線工作，降低了電纜安裝、保養(yǎng)費用；而且，傳輸信號的數(shù)字化使得檢錯、糾錯手段得以實現(xiàn)，這又極大地提高了信號轉(zhuǎn)換精度和可靠性。因此，現(xiàn)場總線具有很高的性能價格比。
(2) 現(xiàn)場總線把處于設(shè)備現(xiàn)場的智能儀表(智能傳感器、智能執(zhí)行器)連成網(wǎng)絡(luò)，使控制、報警、趨勢分析等功能分散到現(xiàn)場級儀表，必將使控制結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分散，導(dǎo)致控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的變化。

(3) 符合同一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家的儀表、裝置可以聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)互操作，不同標(biāo)準(zhǔn)通過網(wǎng)關(guān)或路由器也可互聯(lián)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一個開放式系統(tǒng)。

3. 現(xiàn)場總線的種類

目前國際上流行的現(xiàn)場總線有40多種。應(yīng)用于建筑智能化系統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制技術(shù)，在國際上流行的通常有LonWorks和 BACnet兩個現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。在國內(nèi)也有應(yīng)用CAN總線的，如浙大中控推出的OptiSYS樓宇控制系統(tǒng)。
其中LonWorks是由美國Echelon公司開發(fā)研制的，LonWorks技術(shù)的通信協(xié)議稱為LonTalk。該通信協(xié)議包含ISO/OSI中所有七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并固化在LonWorks產(chǎn)品中，即Smart I／O模塊中的神經(jīng)元芯片中。LonWorks技術(shù)使互操作性變成即插即用的具體手段，LonWorks常被設(shè)計用于實時控制應(yīng)用，涉及領(lǐng)域非常寬，包括工業(yè)過程控制、工廠自動化、交通運輸，以及智能建筑自動化等。由于采用了LonWorks技術(shù)使得未來的控制進(jìn)一步分散，實現(xiàn)現(xiàn)場總線的聯(lián)網(wǎng)控制。