摘要：本文就現場總線的特點、優勢、局限和應用中應注意的問題進行了淺要分析，同時簡要地介紹了以太網的發展和其在現場總線中的應用。
　　　　
　　1、現場總線的特點
　　
　　現場總線有以下幾個特點
　　
　　1）可互操作性與可互換性；
　　
　　2）開放性；
　　
　　3）全數字化；
　　
　　4）雙向通信；
　　
　　5）智能化的現場儀表
　　
　　2、現場總線有哪些好處
　　
　　1）可以減少１／２－２／３隔離器、端子柜、１／０終端、１／０卡件、１／０文件及１／０柜子；這樣就節省了１／０裝置及裝置室的空間；
　　
　　2）由于免去了Ｄ／Ａ及Ａ／Ｄ變換，使精度可以從０．５％提高到０．１％；
　　
　　3）減少電纜的用量，費用可以節省６６％或更多；
　　
　　4）可以產生*的、智能化現場儀表，如多變量變送器和執行器等，使維修預報成為可能；
　　
　　5）可以將Ｐｒｏ功能植入到變送器或執行器中去，大大縮短控制周期。可以從ＤＣＳ的每秒調節２～３次增加到每秒調節１０～２０次，改善調節性能；
　　
　　6）免除主機入口處的“瓶頸”現象，提高系統的安全性和可靠性同時也可使主機騰出手來從事優化等工作以提益；
　　
　　7）組態簡單，安裝、運行、維護簡便；
　　
　　8）用戶可以自己擇優選擇，達到*集成。
　　
　　3、現場總線的局限性
　　
　　現場總線固然會給用戶帶來效益，但它還終究處于企業網的zui低層，局部雖有效益，但有時卻不能為企業帶來整體效益。因此，現場總線必須與企業管理自動化如采用ＥＲＰ--相結合。也就是所謂的管控一體化。
　　
　4、應用現場總線應注意的若干問題
　　
　　現場總線既然有眾多的優點，而且已日益受到人們的重視，有的已開始應用，但是在實際應用中還有許多應該注意的問題，大致情況如下：
　　
　　1）開放性
　　
　　開放性是現場總線系統的主要特點之一，用戶喜歡開放式的系統，在*范圍內，其中不乏價廉物美、性能*、服務周到的產品，用戶可以擇優選擇從而達到*的集成。由于傳統的ＤＣＳ或ＰＬ屬于封閉式的系統，而新一代的ＦＣＳＦｉｅｌｄｂｕｓＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ屬于開放式的系統，因此它一出現，便受到廣大用戶的青睞。但值得注意的是：各種現場總線本身雖然是開放的，但不同種類現場總線之間卻是不開放的。
　　
　　2）標準方面
　　
　　標準的制定可以推動生產力的發展，保護制造廠商和用戶的利益，但以前標準的變動給我國的儀表制造商、設計院和廣大用戶帶來了極大的不便，也使我們遭受了一定的損失，所以我們一定要注意標準的變化。目前現場總線的標準已有１２種之多，而且還有增加的趨勢，至于世界各國，各個大型廠商的標準更多。這種現象不但是的，而且也是極不正常的，造成的后果是不論制造廠商也好，用戶也好，面對眾多的標準，在選擇時往往感到困惑而無所適從。所以說，多標準實質上是沒有標準。
　　
　　3）互操作性
　　
　　互操作性〔ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｌｅ是現場總線系統的又一特點，但不同種類現場總線之間是不可互操作的，雖然他們可以通過互聯網進行相互訪問，或者通過ＰＣＯＬＥｆｏｒＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＪ７協議進行互操作，但這種互操作只能在各自的主機間進行，不能在彼此的現場儀表之間直接進行。也就是說甲種現場總線的現場儀表不能與乙種現場總線的現場儀表直接進行互操作，而甲種現場總線的現場儀表必須先通過自己的主機，再借助于ＯＰＣ協議到達乙種現場總線的主機，再下達到乙種現場總線現場儀表的目的地。反之亦然。這種互操作必須通過上述的曲折途徑才能實現，這對于實時控制ｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌ所要求的實時性來講，顯然是不能滿足的，因此也是沒有實際意義的。
　　
　　4）時間的確定性
　　
　　各種現場總線的通信方式也不*相同，主要有二種形式。主－從ｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅ式和廣播式，各有其特點。但在時間的確定性ｔｉｍｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ上，嚴格地講是有區別的，尤其對于那些特殊對象，是非常敏感的，例如發電廠對時間上的確定性，就有嚴格的要求。但是主從式現場總線對于時間上的確定性先天上就有所不足，所以有的主從式現場總線也在采取措施以彌補其不足，如采取軟件的辦法，在*偏離的參數上進行時間上的鎖定等。這也是我們應特別注意的問題。
　　
　　5）冗余問題
　　
　　用于過程控制的現場總線ＦＦＨＩ和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＰＡ都是沒有冗余的。按照現場總線的設計思想，低速部分是不需要冗余的，但對于某些行業，某些對象在安全方面有特殊要求的部位確實是需要冗余的也有些企業由于國情或企業文化存在著差異，或者曾經發生惡性事故的企業，往往也會提出不同程度的冗余要求。那么我們就要對沒有冗余的現場總線采取一些特殊的處理來保證企業所要求的冗余，這樣就會增加企業費用，增加企業負擔。
　　
　 6）示范工程
　　
　　我們都知道工程技術是實踐技術，在應用中是不允許失敗的。因此示范工程對工程設計來講十分重要。當然在設計時也不能生搬硬套，必須根據國情和工程的實際情況，通過調查研究，學習消化和吸收提高。可以用漸進的辦法，先在外圍或者輔助設施上，進而在主機不太關鍵的部位上采取措施進行試驗，取得成功后再逐步擴大，但是這需要時間。總之，示范工程是重要的，遺憾的是像樣的、具有說服力的現場總線大型示范工程至今還沒有看到過。
　　
　　7）工程造價問題
　　
　　目前國內用戶對硬件的價格比較敏感，而對軟件的費用則往往注意不夠。在國外，硬件方面ＦＣＳ與ＤＣＳ的費用可能持平或略高，但在工程設計和工程的安裝、調試和開車費用方面則要低得多，因此綜合來講，總的費用要低。在國內，進口硬件的費用要高很多，但國內目前人工費用低，所以工程設計、管理、安裝和調試等費用遠比國外為低。所以在應用現場總線時我們要時刻注意其造價走勢。
　　
　　8）效益問題
　　
　　就現在國內情況而言，應用的現場總線基本上都是小系統，可效益還是很顯著的。但就現場總線的本質而言，系統越大，效益越顯著。我國現在大多數企業都是舊廠改造，現場總線還與老式的模擬儀表相混用，大大提高工藝，所以所得效益不能全歸現場總線的使用，工藝和管理上的改進也是主要方面。
　　
　　9）*技術的采用問題
　　
　　*技術是發展生產力的基礎，采用*技術以后，能為企業創造效益，但需要提醒的是采用*技術需要一些必要的前提條件，不能盲目。歷史的經驗值得注意，自上世紀８０年代引進的ＤＣＳ，大部分只發揮了３０％左右的功能即為一例。我們知道*的自動化技術的主要目的是以zui少的投人獲得zui大的產出。因此，作為一個自動化的工程設計人員切不可單純地為*而*，為現場總線而現場總線，一定要注意實際情況。
　　
　　10）要密切注意現場總線及其相關技術的進展
　　
　　現場總線目前雖然已有１２種標準，但它在繼續發展或改進。世界上較大的企業都在致力于現場總線的研究，并不斷地對現有的現場總線進行改進。如將以太網應用于現場總線，由于以太網過去僅適用于辦公室自動化，如今要用于工業現場，還有不少難題尚待去解決，如要滿足工業控制要求的實時性，工業環境下的抗電磁干擾性、抗震性、耐高溫性、耐高濕性、防塵性和需向現場儀表供電的問題以及危險時所要求的防爆性等，問題雖然不少，但*大型企業都在進行研究。所以我們要時刻搜集zui前沿的信息，跟上現場總線的發展進程，及時對我們的工作做出部署。
　　
　　11）一專多能
　　
　　現場總線技術是控制、通信和計算機技術的綜合，牽涉到三個不同的學科另外熟悉工業控制過程和某些行業工藝過程的制造廠結合信息技術以后，推出了ＥＩＣ集成化系統、ＡＰＣ*過程控制系統等產品，同時一些計算機制造公司與一些軟件公司則借其長于信息技術的優勢千方百計地往下滲透，推出了基于ＰＣＰＣｂａｓｅｄ的控制系統、軟ＰＬＣｓｏｆｔＰＬＣ和虛擬儀表等。這一上一下的兩種趨勢必然會在企業自動化系統內有一個交匯點，而這個交匯點處于動態變化之中，要掌握這個交匯點是重要的，但也是很不容易的，因為必須了解電控、儀控、計算機和通信技術，而在應用時還須熟悉生產對象的工藝過程和對象的動態特性和管理技術。所以我們必須盡可能的來了解更多的知識和應用，盡可能的達到一專多能。
　　
　　5、以太網及其通信特點
　　
　　以太網Ｅｔｈｅｒｎｅｔ網絡zui初出現于１９７５年。目前主要有快速以太網和交換式以太網，還有千兆以太網和光纖以太網。以太網以前主要應用于辦公自動化，在現場總線中的應用還不多。以太網的主要通信特點是隨機接人、載波偵聽、碰撞檢測和沖突競爭。目前通用的以太網標準ＩＥＥＥ８０２．３使用了ＣＳＭＡ／ＣＤ帶沖突檢測的載波監聽多點接人傳輸協議。根據該傳輸協議，任何需要傳輸數據的節點首先要監聽網絡，網絡繁忙時監聽，網絡空閑時發送數據，在發送數據過程中繼續監聽，檢測到沖突時立即停止發送并發出一個強化沖突的干擾信號，通知所有節點此時的網絡已經發生沖突，此時沖突各方主動退避隨機等待一段時間后再重新監聽網絡。以太網沖突主要有兩個來源其一是網絡空閑多個節點同時發送數據造成的沖突其二是節點傳輸延遲造成的沖突。因此，工業控制中采用標準以太網時將不可避免地造成沖突。這種沖突隨著通信負荷的上升而急劇增加，而在低負荷下則很少。更為嚴重的是，從純理論角度講標準以太網有可能出現“孤島”現象，即某些節點在一段時間內可能得不到傳輸數據的機會。
　　
　　標準以太網還具有傳輸不確定性的特點，即任何變量都不能*確保在合適時間內發送成功。除此之外，為了分辨無效幀，以太網還有可能造成帶寬浪費不符合工業現場環境要求；不具備本質安全性能；不能通過信號線向現場儀表供電等缺陷，因此以太網在工業控制領域方面的應用很有限。
　　
　　6、交換式以太網及其發展
　　
　　交換式以太網是根據提高以太網的傳輸效率，盡可能的減少總線競爭這個思想開發出來的新型以太網。它采用星形布線方式，所有節點都分別連接到一個交換式集線器的端口上，交換式集線器內置一個復雜的交換陣列，任何兩個端口之間都可以建立起一個傳輸信道，以標稱傳輸速度、傳輸數據。優點是不存在總線競爭，能顯著的提高系統的傳輸效率。缺點是不易控制zui大傳輸時延。為了促進以太網在工業領域的應用，上成立了工業以太網協會ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｔｈｅｒｎｅｔＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，并積極開展了工業以太網關鍵技術的研究。為解決以太網在無間斷過程工業領域的條件下穩定工作，世界上一些大型企業專門開發和生產了導軌式收發器系列、集線器系列和交換機系列，它們安裝在標準ＤＩＮ導軌上，并有冗余電源供電接插件采用牢固的ＤＢ一９結構。
　　
　　在工業控制系統中，通過網絡傳送的數據必須在確定的時間內到達目的地，此即所謂網絡的時間確定性。如ＰＩＤ調節器通過網絡從現場變送器收集數據進行ＰＩＤ運算，為了實時實現ＰＲ調節，各調節回路需要有非常一致的采樣時間，而且這些時間必須是確定的。對于這樣的實時控制，通常要求網絡的時間延遲小于２～４ｍｓ。長時間的通信將惡化對象特性，使控制系統品質下降。由于以太網時間的不確定性，現在的工業以太網現場總線采用一種稱作連接裝置ＬｉｎｋｉｎｇＤｅｖｉｃｅ的類似帶有開關的集線器結構，很好地解決了以太網的時間確定性問題。
　　
　　美國電氣工程師協會ＩＥＥＥ正著手制定現場裝置與以太網通信的新標準。該標準能夠使網絡直接“看到”對象ｏｂｊｅｃｔ。這為以太網進入工業控制現場打下了基礎。目前，現場總線系統如ＰｒｏｆｉｂｕｓＤｅｖｉｃｅＮｅｔＣｏｎｔｍｌｎｅｔ和Ｌｏｎｗｏｒｋｓ等都打算使用以太網。一些大公司正在研究通過一種稱作管道ｔｕｎｎｅｌ的簡單傳遞機構使用以太網絡傳送報文。這種方法簡單可行，現場裝置保持不變，僅需要一個的以太網絡接口取代原來的總線驅動器就可完成與以太網的連接。過去，一些生產ＰＬＣ為主的公司都使用以太網完成信息級通信，其中西門子公司的ＳＬＭＡＴＩＣＮＥＴ則將工業以太網應用到車間級，該公司有著將工業以太網向下層通信應用的趨勢。此外，生產ＤＣＳ公司的投入促進了將以太網廣泛應用于過程自動化的監控級，如Ｆｏｘｂｏｒｏ公司將以太網用于Ｍｏｄｂｕｓ。由此可以預見，像當年代機進入工業自動化領域一樣，以太網／ＩＰ將會十分迅速地進人工業控制系統的各級網絡。
　　
　　7、以太網通信的發展*6簡介
　　
　　互聯網使用初期制定的IP地址方案*4由四組數據組成。隨著以太網／ＩＰ的通信在工控和管理的應用，將引起IＰ地址的重復或不足。為解決ＩＰ地址“升位”的問題，ＩＥＥＥ在９０年代早期開始了一些嘗試，*個成果是在１９９５年出版的ＲＦＣ１７５２ＲＦＣＲｅｑｕｅｓｔｓｆｏｒＣｏｍｍｅｎｔｓ，描述了稱為下一代ＦＰＬＰＮｅｘｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＩＰＮＧ的要求，并在一些輔助性文件中描述了新協議的報頭、路由、地址以及安全性方面的特征。以后出現了更多的ＲＦＣ，例如ＲＦＣ１８８３，并且該協議已被*重新命名為“Ｉｎｔｅｒｎｅｔ協議版本６″Ｉｎｔｅｒｎｅｔｐｒｏｔｏｃｏｌｖｅｒｓｉｏｎ６ＩＰｖ６。
　　
　　在*6上增加的內容中值得關注的幾點是
　　
　　1）它提供更大的地址空間*6地址有128字節長；
　　
　　2）它通過路由器提供更快的*6報頭處理，并且報頭也變長了IPA是20節，*6是40字節。大多數不用路由器處理的選項被移入單獨的擴展報頭中；
　　
　　3）它定義了LP數據包提供身份驗證、保密集成的機制。
　　
　　它為應用程序提供了一種標記IP數據包的方法，該數據包需要特殊處理。使用此版本的典型應用程序包括多媒體應用程序和實時應用程序。*6地址的長度為128一個節點能有多個接口因此就有多個IP地址。一個接口也能有多個IP地址。IM提供的地址類型有三種單點傳送地址、多點傳送地址和任意點傳送地址。*6為動態IP分配提供了兩種機制：一種與“動態主機配置協議”相似，在這種機制中，客戶向配置服務器發出請求，服務器從預配置池中取出一個值賦給它，也把這種方法稱為“用狀態配置”。服務器保持狀態信息并在限定的時間內把地址租給用戶，用戶能夠重新租用地址，如果有足夠的地址，客戶將分配到與上次相同的地址。第二種機制是一個“無狀態”機制。在這種機制下，客戶通過使用像“以太網”卡地址這樣的標識符來生成IP地址。一個IM主機可能沒有代碼來分辨地址類型。另一方面，一個*6路由器可能*理解不同的地址類型，并且根據不同的地址類型采取不同的行動。
 
        8、總結
　　
　　總之通過認識現場總線應用應注意的問題，并理解以太網通信原理，相信我們可以很好地將現場總線和以太網結合起來，更好的應用于工業現場控制中。