自动控制理论 第四章 控制系统的频域分析 4.1 频域特性(2)

图5.57 现场总线控制系统与传统控制系统的结构比较

由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对通信线上传输多个信号（包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息），同时又为多个设备提供电源，现场设备以外不再需要模拟/数字、数字/模拟转换部件。这样就简化了系统结构，为节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维持费用创造了条件。

2.  现场总线构成了全分布控制系统模拟信号的传递需要一对一的物理连接，因而，提高响应速度与控制精度的难度较大，信号传输的抗干扰能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了集中式直接数字控制系统。但由于集中式直接数字控制系统的控制计算机一旦出现某种故障，就会造成所有控制回路瘫痪、工厂停产的严重局面，这种危险的集中控制系统结构很难为生产过程所接受。

随着计算机可靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调节器、可编程控制器（PLC)以及由多个计算机通过网络构成的集中、分散相结合的集散控制系统（DCS)。DCS系统中，测量变送器一般为模拟仪表，因而它是一种模拟数字混合系统，这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字控制系统有了很大的进步。在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在系统封闭这一缺陷的影响，各DCS厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。

新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的设备，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，既可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；同时又把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。

把微处理器置入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。在现场总线的环境下，借助设备的计算、通信能力，在现场就可以进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整控制系统，提高控制系统运行的可靠性。还可借助现场总线网段以及与之有通信连接的其他网段，实现异地远程自动控制，如操作远在数百公里之外的开关、阀门等。还可以提供传统仪表所不能提供的仪表运行状态、故障诊断信息等，便于操作管理人员进行现场设备的维护和管理。

3.  现场总线构成控制系统的底层控制网络现场总线是新型的自动化系统，又是低带宽的底层控制网络，它位于生产控制网络结构的底层，具有开放统一的通信协议，肩负生产运行一线测量控制的特殊任务。

现场总线与现场设备直接连接，一方面将现场测量控制设备互连为通信网络，实现不同网段、不同现场通信设备间的信息共享；同时又将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制室，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的连接和信息共享。在把一个现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室的同时，又将各种控制、维护、组态命令，乃至现场设备的工作电源等送往各相关的现场设备，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。现场总线所肩负的是测量控制的特殊任务，它具有信息 输的实时性强，可靠性高，传输速率一般为几Kb/s(bit per second),至10Mb/s之间。

现场总线网段与其它网络间实现信息交换，必须有严格的保安措施和权限限制，以保证设备和系统的安全运行。

5.7.3  现场总线控制系统的特点1.现场总线系统的技术特点（1）系统的开放性。 开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接。通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统。