西宁工业控制现场总线电缆

天津德芃科技集团有限公司

传统计算机控制系统中，现场仪表和控制器之间均采用一对一的物理连接。这种传输方式一方面要给现场安装、调试及维护带来困难，另一方面难以实现现场仪表的在线参数整定和故障诊断，无法实时掌握现场仪表的实际情况，使得处于较底层的模拟变送器和执行机构成了计算机控制系统中较薄弱的环节。
如图4.1，现场总线采用数字信号传输，允许在一条通信线缆上挂接多个现场设备，而不再需要A/D、D/A等I/O组件。当需要增加现场控制设备时，现场仪表可就近连接在原有的通信线上，*增设其它任何组件。
从结构上看，DCS实际上是“半分散”、“半数字”的系统，而FCS采用的是一个“全分散”、“全数字”的系统架构。FCS的技术特征可以归纳为以下几个方面：①全数字化通信――现场信号都保持着数字特性，现场控制设备采用全数字化通信。②开放型的互联网络――可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。③互可操作性与互用性――互操作性的含义是指来自不同制造厂的现场设备可以互相通信、统一组态；而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。④现场设备的智能化――总线仪表除了能实现基本功能之外，往往还具有很强的数据处理、状态分析及故障自诊断功能，系统可以随时诊断设备的运行状态。⑤系统架构的高度分散性――它可以把传统控制站的功能块分散地分配给现场仪表，构成一种全分布式控制系统的体系结构。

现场总线控制系统Fieldbus Control System,FCS) 是分布控制系统(DCS) 的更新换代产品，并且已经成为工业生产过程自动化领域中一个新的热点。现场总线技术是20 世纪90年代兴起的一种先进的工业控制技术，它将今网络通信与管理的观念引入工业控制领域。从本质上说，它是一种数字通信协议，是连按智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。它是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合，具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能块、通信线供电和开放式互连网络等技术特点。这些特点不仅保证了它完全可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，而且使它与Internet 互连构成不同层次的复杂网络成为可能，代表了今后工业控制体系结构发 展 的一种方向。

FF总线的通信模型
为了实现通信系统的开放性，FF通信模型参考了OSI模型，如图4.2。
H1总线的通信模型包括物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了用户层。物理层采用了IEC61158-2的协议规范；数据链路层DLL规定如何在设备间共享网络和调度通信，通过链路活动调度器LAS来管理现场总线的访问；应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。H1的应用层分为两个子层――总线访问子层FAS和总线报文规范子层FMS，功能块应用进程只使用FMS，FAS负责把FMS映射到DLL。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能快、设备描述等。不过，数据链路层和应用层往往被看作为一个整体，统称为通信栈。
HSE采用了基于Ethernet和TCP/IP的六层协议结构的通信模型。其中，一～四层为标准的Internet协议；*五层是现场设备访问会话，为现场设备访问代理提供会话组织和同步服务；*七层是应用层，也划分为FMS和现场设备访问FDA二个子层，其中FDA的作用与H1的FAS相类似，也是基于虚拟通信关系为FMS提供通信服务。

现场总线和现场总线控制系统的定义
现场总线是顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术，其发展的初衷是用数字通信代替一对一的I/O连接方式，把数字通信网络延伸到工业过程现场。根据IEC和美国仪表协会ISA的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。
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)的发展，这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统，即现场总线控制系统(简称FCS)。FCS作为新一代控制系统，采用了基于开放式、标准化的通信技术，突破了DCS采用**通信网络的局限；同时还进一步变革了DCS中“集散”系统结构，形成了全分布式系统架构，把控制功能彻底下放到现场。
简而言之，现场总线将把控制系统较基础的现场设备变成网络节点连接起来，实现自下而上的全数字化通信，可以认为是通信总线在现场设备中的延伸，把企业信息沟通的覆盖范围延伸到了工业现场。