刘飞
北京石油化工工程有限公司西安分公司 陕西西安 710075
摘要：现场总线控制系统是自动化领域的发展趋势，随着微处理器和通信技术的发展，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性等方面提出新需求，现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）应运而生。
1概述
目前广泛用于化工和电力行业过程控制的系统主要是分散控制系统DCS (Distributed Control System)和可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）加上位机的控制系统。DCS以其先进的技术、丰富的控制功能、灵活性强等优势，占领着主控领域，而PLC因其逻辑处理功能强、环境适应性好、系统独立性强、经济性等特点，也是化工和电力行业辅助生产系统和设备的首选控制系统。
现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）,它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。因此，FCS实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。
现场总线控制系统采用了现场总线设备，能够把DCS系统中处于控制室的控制模块、输入输出模块置于现场总线设备，现场的测量仪表可以与阀门等执行器直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表.
2现场总线控制系统的特点
现场总线是建立在现场仪表之间、现场仪表与控制器等设备之间相互联结，实现全数字化、双向、串行、多变量通信的计算机网络。而现场总线控制系统是基于现场总线，将通信标准统一的智能仪表和控制器挂在总线上，通过数字量的双向传递来完成显示、调节、逻辑运算、保护等功能的控制系统。现场总线控制系统的建立应该具备两个前提，一是工业级的通信总线，二是所有测控设备都应微机化，具有遵循该通信总线协议的能力。
由此可以明确得出现场总线控制系统相较传统控制系统的优势如下：
2.1 控制精度提高
传统集散控制系统的I/O信号有开关量、脉冲信号、4-20mA信号、0-5V信号等；现场总线所双向传递的信号均为数字信号，消除了传统集散控制系统中模/数和数/模转换以及模拟信号在传输中受到干扰而产生的精度损失。
2.2 节省大量电缆
由于现场总线网络的每一段都可以带数个到数十个智能仪表设备，将点对点的多电缆连接方式转变为双绞线/光纤的总线连接方式，必然会带来电缆数量、敷设工作量和校线调试工作量的大量减少。工艺系统分布越广，节省电缆的优势越能得到体现。
2.3 控制系统全数字化
现场总线控制系统给用户带来的最本质的优势是使控制系统全数字化。
现场总线上连接的测控设备均采用微机芯片，最低层的仪表、执行器、开关马达等能向系统提供详尽的参数、诊断等信息，同时管理人员也可通过现场总线对低层设备进行各种设置。
传统的检修方式是被动检修，等到设备出现问题，工作完全不正常后，检修人员到现场进行分析再检修。而现场总线控制系统上，由于智能仪表设备能提供大量信息，如故障诊断、远程调校等指导信息，借助这些信息指导运行维护人员进行远程设备管理维护工作（如智能仪表、智能执行机构、智能马达等进行调校、设定、状态分析），可及时快速发现和处理问题，减少了因测控设备的故障而造成的安全隐患，提高了生产运行的安全性、可靠性。
3现场总线控制系统应用存在的问题
在理解了现场总线优势的同时，也从中发现现场总线应用存在几个层次上的瓶颈问题：
3.1 智能仪表价格昂贵
数字智能现场仪控设备是FCS控制系统的基础，是硬件支撑，如果现场装置不遵循统一的总线协议，不具备数字通信功能，那FCS系统的全厂数字化就是一句空谈。但并非所有的测控设备都具有总线接口，从而限制了用户对某些产品的选择；并且进口智能测控设备的价格较传统测控设备的价格高出不少，这对现场仪表设备的总体成本增加较大。
3.2 智能测控设备的总线协议的一致性难以达到
每个控制系统厂商的总线技术是不透明的，不对外开放的。现阶段大约有10种类型现场总线（Type1~Type10）国际标准，但同时还大量存在其它没有被列入标准的总线，如Modibus和IEE1188等。而各大测控设备制造商所支持的现场总线标准并不完全统一，各种开放的现场总线之间不能兼容，这限制了测控设备之间总线协议的匹配性。
3.3 冗余技术有待进一步发展
现场总线通信网络的信息量大，但工作环境较集控室恶劣，通过现场总线的冗余配置，可大大提高系统的可靠性；有研究表明提高网络的冗余度比采用热备控制器对系统可靠性的贡献率还大。但不少现场总线不能将冗余总线真正地延伸到现场设备，从而降低了系统的可靠性。
3.4 彻底分散
现场总线控制系统有着彻底分散的优势，但是相对于电力行业和化工热动力站装置而言，对于一些简单控制系统（如燃油压力控制、高加水位控制、除氧器压力控制等）中有实用意义和广阔的应用前景，它集数据采集、自治控制以及现场设备维护、调整、管理于一身，还有节省电缆和减少工程量等优点。但是，对于复杂的控制系统（如机炉协调控制、给水控制、磨煤机控制等），存在着大量的控制器之间的信息交换，如果“彻底分散”，其控制器的数据通过现场总线来源于多个其他的控制器，其故障点必然增多
结束语
现场总线控制系统本身也是发展中技术，在具体应用上存在着多方面制约，工程人员对现场总线技术的了解程度、固有的习惯思维，也是现场总线应用不广泛的原因之一，但是现场总线技术顺应工程需求，在广大同行的积极探索，以及各个参建单位的交流配合通力合作之下，逐步规避减少各类问题，已成功应用在电力、石油、化工、冶金等多个行业，日渐成熟，有望成为控制系统的主流产品。
参考文献
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2华启国.?现场总线控制系统设计.文化科学,2019-05.
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