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现场总线技术与其应用研究
中文摘要:
现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大X围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域与前景。
现场总线FF〔Field Bus〕的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的开展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统开展的必然趋势。
现场总线已经开展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS〔Field-bus Control System〕。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构，降低了本钱，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。
关键词：现场总线技术、自动控制、开展趋势
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第一章 绪论
现场总线〔Fieldbus〕是80年代末、90年代初国际上开展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的根底，沟通了生产过程现场与控制设备之间与其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界X围的关注，成为自动化技术开展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。
现场总线控制系统〔FCS〕是顺应智能现场仪表而开展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化〔仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录〕的开展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。
第二章 现场总线技术概述
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目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。
现场总线技术产生的意义〔1〕现场总线〔Fieldbus〕技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备〔智能化、带有通信接口〕连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。〔2〕传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间与系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成与企业综合自动化的实现。〔3〕基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备参加工厂信息网络， 构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖X围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术根底。
第三章 现场总线的种类
从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛开展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Aret、P-Net、FIP、ISP等，其中最具有影响力的有5种，分别是FF、Lon Works、Profibus、CAN和HART。
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基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF，这是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好开展前景的技术。其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WordFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO/OSI开放系统互连模型为根底，取其物理层、数据链路层