现场总线在水厂自动控制中的应用

近年来，无论在大型的自动化展览会，还是在学术交流会上，现场总线始终是一个热门话题。现场总线给工业自动化领域带来的又一次革命，其深度和广度将超过历史上任何一次，甚至被称为“开创了工业自动化新纪元”。

一、现场总线综述

现场总线系统（FCS）是全数字串行、双向通信系统。系统内测量和控制设备如探头、激励器和控制器可相互连接、监测和控制。在工厂网络的分级中，它既作为过程控制（如PLC，LC等）和应用智能仪表（如变频器、阀门、条码阅读器等）的局部网，又具有在网络上分布控制应用的内嵌功能。由于其广阔的应用前景，众多国外有实力的厂家竞相投入力量，进行产品开发。目前，国际上已知的现场总线类型有四十余种，比较典型的现场总线有：FF，Profibus,LON works,CAN，HART，CC-LINK等。

现场总线技术改变过去的集中式工厂控制方式为现场完全分散控制方式，是一种真正交互操作、完全开放、增强型现场控制和具有最少安装费用的模式。其主要特点如下：

（1） 用可靠的数字信号取代4∽20mA模拟信号。以HART总线为例说明，HART是一种串行传输方法，其信号是一种数字通信，它对普通的模拟信号加以调制，以两种频率（“0”：1200HZ和“1”：2200HZ）正弦波传输。这种具有传输能耗低，果然少，效率高的优点。

（2） 许多现场总线采用就地设备由智能化仪表管理，控制/报警/计算等功能装置均分散在现场，现场仪表的布线采用并行布线方法，能节省大量的信号电缆，安装简便，使工程费用降低。

（3） 不同品牌设备可相互连接及操作。

（4） 完全采用标准化结构，网络结构简单。以Profibus现场总线为例，如图1所示。

图中，Profibus—FMS 是总线报文规范，Profibus-DP为现场设备总线协议， Profibus-PA是Profibus-DP向现场的延伸，所不同的是它在物理层采用了IEC1158-2传输技术，使测量变送器和执行机构也能够在易爆危险区域远距离地同中央自控仪表/系统通信，且可通过现场总线馈电。

Profibus总线访问协议是一种混合协议，主站之间的令牌传递方式（Token Passing）和主站与从站之间的主从方式（Master-Slave）。其传输技术应用NRZ码、RS485，采用双绞线、双线电缆或光缆。通讯速率从9.6Kb/s达到12Mb/s。网络拓扑结构可为总线型、星型、环型。布线方式改变过去的串行为并行，取消了常规布线的配线架、电源隔离器和现场分线箱，网络结构更加简单。

（5） 组态十分方便。现场总线的应用，能方便实现变量访问、程序调用、运行控制和事件管理。

（6） 可查询更多信息，具有一致数据库。

总之，现场总线可较大幅度地降低成本，其准确度和可靠性更高。