前言
　　
　　隨著計算機網絡技術的迅速發展，由全數字現場控制系統代替數字與模擬分散型控制系統已經成為工業化控制系統結構發展的必然趨勢。以現場總線為基礎的全數字控制系統是當今世界各國關注的熱點問題。
　　
　　由于現場總線的前景廣闊，九十年代初，為了迅速占領世界市場，在共同的經濟利益驅使下，世界幾大工業自動化儀表企業開始走強強聯合的道路，先后成立了幾大組織，各自制定了互不兼容的現場總線標準，使得現場總線標準的制定出現了更為復雜的局面。一方面為了獲得用戶的承認，一方面為了共同的利益，組成幾大協會和基金會，參與標準的制定。有代表性為ODVA供應商協會、FIELDBUSFOUNDATION（PP）基金會和P-NET等組織。
　　
　　基金會現場總線在2002年9月舉辦了一次針對現場總線的技術交流會，下面就以在中國推廣的（FF）現場總線為例介紹一下。
　　
　　1、簡介
　　
　　現場總線不僅僅是個通訊協議，而且是一個完整的控制系統，通常被稱為現場控制系統（FCS）。
　　
　　1.1 什么叫現場控制總線?
　　
　　現場總線是一種全數字、串行、雙向的通信系統，通過該系統將傳感器、執行器與控制器等“現場”設備相互連接起來，形成具有控制功能的系統。
　　
　　1.2 現場總線的構成
　　
　　由自動化通信網絡、開放的現場總線、標準的用戶層構成。
　　
　　1.3 現場總線的特點
　　
　　分散控制、互操作性、更經濟性。
　　
　　DCS系統之所以成功取代DDC系統，是因為它同DDC相比更分散更數字化，FCS則進一步延伸了此概念，比DCS更分散更數字化。
　　
　　1.4 現場總線的優勢
　　
　　現場總線技術，特別是FCS控制系統的結構，給工廠帶來了巨大的好處，采用現場總線可以減少硬件投入。相應的由設計繪圖的布線安裝等工程的簡化的系統費用也大大降低，總的來說，整體系統成本可節省30％。
　　
　　2、現場總線控制系統與其它控制系統的比較
　　
　　由圖1便知DDC、DCS、FCS在結構上的不同，直接數字控制系統（DDC）是把現場模擬信號直接輸入計算機，由計算機直接對其進行運算處理，并由計算機輸出控制信號去控制現場設備，由于計算機的運算能力有限，這類控制一般不會很大，是控制集中，危險性大：
　　
　　分散控制系統（DCS），現場信號又通過輸入輸出設備點對點地輸入DCS系統的處理卡件上進行運算處理，控制信號通過專門的輸出卡輸出，到現場設備進行控制。而計算機（操作站）作為人機接口，而不直接參與控制，系統的大小取決于處理卡件的多少，其控制是分散的，而信息通過網絡集中到操作站，其系統可大可小，危險分散，安全增力口。
　　
　　FCS系統是通過內置于現場儀表內的控制器及微處理器，對過程參數進行運算，然后通過總線去控制現場的另一臺儀表執行器，來達到控制設備的目的，從圖1可以看出其控制全部是數字信號，且更加分散，而系統的大小可隨分支總線的大小而定。
　　
　　現場總線的發展始于80年代中期，當時作為4—20mA的替代物，它脫胎于DCS，保留了DCS設計思想中的精華部分，因此現場總線與DCS并沒有本質的區別。DCS在控制領域口碑不錯，得到很多用戶的肯定，正因為如此，FCS沒有*另起爐灶，而是繼承了DCS很多成功之處，諸如數字技術和分散控制，并將它們進一步發展以實現更多功能。無論是FCS還是DCS，甚至DDC，它們的基本點是相同的，通過中央控制室內的操作站和現場設備來完成工廠的運行控制。
　　
　　3、現場總線控制系統與其它控制系統相比的優勢
　　
　　FCS控制系統除了如上所述可以節省投資外還具有如下優勢：
　　
　　3.1 可操作性
　　
　　主流現場總線現已成為標準，來自世界各地不同廠家的產品可以連接在一起協同工作。不久的將來，陸續面市的各式各樣的現場總線設備將涵蓋所有可能的測量控制需求，滿足所有可能的應用，無縫的現場總線系統可以輕松的集成，而不必使用特殊的驅動程序或象在專有系統中那樣采用模擬信號來彌合，用戶可以選用來自不同的廠商的的設備，而不必擔心兼容性。這樣，由于選擇范圍很大，用戶可以得到性能價格比的產品，而不必束縛于某一個廠商。
　　
　　3.2 更好的數據有效性和完整性
　　
　　現場總線采用數字信號，或“0”或“1”，相對于容易發生衰減和失真的模擬信號，具有更好的魯棒性。數字信號傳輸使用誤碼糾正機制，以確保準確無誤。參考與測量、操縱參數相對應的狀態信息，操作員可以更好、更自信的做出決定。數字通訊使多參數傳輸得以實現，從操作站可以得到更多現場設備的信息，包括設備工位號、設備識別、量程、結構材質、校準信息等。見圖2。
　　
　　3.3 提高產品質量
　　
　　由于FCS沒有了A/D、D/A轉換，信號的完整性、精度得以提高，相應提高了整個系統的精度，也使產品質量更少發生變化，設備的校準信息，包括誰、何時、何地，如何對設備校準等，都按照ISO9000標準存儲在設備中。通過追蹤這些信息有助于保持設備運行的*狀態。遠程診斷和運行評估可以發現設備是否運行在要求條件下。
　　
　　通過這些方法，可以明確質量變化的原因，使設備運行良好。
　　
　　3.4 降低擴展和變動費用
　　
　　現場總線規模靈活，可以包括一個回路，也可以包括上千，甚至更多的回路，在原有現場總線系統基礎上，不需要或僅需要很少硬件就可以增加新的回路或對原有回路進行修改。
　　
　　3.5 增加安全性
　　
　　現場總線診斷信息不僅僅報告給操作員，而且設備本身利用這些信息在設備發生故障時，采取安全措施，確保系統安全。因故障提示更為及時和，操作員可以更加迅捷的定位故障，并制定對應措施。
　　
　　4、現場總線的容錯能力
　　
　　現場總線至少同DCS具有相同的容錯能力，不過兩者采用不同的容錯能力，DCS使用總線冗余，而現場總線使用故障隔離。同DCS一樣，FCS采用冗余的操作站（包括相應的接口），DCS的控制器網絡冗余（數據高速路），同樣，擁有控制器層網絡的FCS也冗余（有些FCS系統不存在控制層網絡）。同DCS一樣，FCS電源系統也冗余，DCS需要控制器冗余，而在FCS中，控制由現場設備完成，不存在控制器，因而不存在冗余問題。
　　
　　4.1 點型安裝
　　
　　DCS中現場設備與I/O卡件采用點對點的電纜連接方式。如果電纜發生故障，只會影響與掛接設備相關的回路。然而如果I/O卡件故障，會影響到所有與之相關的回路，通常是8個或更多回路。因此在DCS中，一個故障zui壞的情況下會導致8個回路的喪失。
　　
　　FCS中，一個回路zui少需要兩個設備，一臺變送器和一臺執行器。按現場總線安裝規范中保守的說法，一條總線可掛接12臺總線供電設備（非總線供電設備掛接數目可達32臺）。在大多數情況下，一條總線可掛接16臺設備，16臺設備zui多可提供8個回路。FCS中如果電纜發生故障，則失效設備數目，回路數目取決于電纜故障部位。如果生在電纜末端，可能只有一條回路受到影響，而zui壞的情況是如果電纜故障發生在控制室端，則可能影響到所有8個回路。
　　
　　在以上情況下，DCS、FCS的容錯能力是相同的，即一個故障損失8個回路。
　　
　　4.2 關鍵回路
　　
　　DCS中，關鍵回路有時使用冗余的I/O卡件。一個小的故障在zui壞的情況下，也只會導致一個回路的喪失，也就是說，此時回路擁有較高的完整性。FCS可實現同樣的完整性，只將關鍵回路單獨放在一條總線，這樣，電纜故障僅會導致一個回路的喪失。
　　
　　4.3 *冗余
　　
　　在石化行業，設備投入不算什么問題，整個系統I/O卡件都采用冗余，以達到更高的回路完整性。在這一方面，FCS同樣可以做到。
　　
　　5、FCS會威脅到DCS嗎?
　　
　　由于用戶需要一個較為簡單而且*可以操作的方案，以減少系統維護、擴展和升級的費用，FCS正是因此而發生的，它采用了數字通訊使得I/O卡件及電纜大大減少，現場設備自帶微處理器，采用標準模塊，將控制的實施*分散至現場，從而消除了控制器，為實現預見性維護，設計了數據狀態指示，故障診斷以及故障提示功能，所有這些使現場總線不僅是一種通訊協議，而是成為DCS的*取代物，或者說迫使DCS轉向FCS。
　　
　　6、結論
　　
　　DCS不再是過程控制系統的當然選擇，FCS不僅能實現基本控制和互鎖，也能完成*控制、ESDC（緊急停車）和ERP（企業資源管理）。*的基于現場總線技術的FCS系統*可以替代傳統的DCS，并通過增強設備管理，在提高產品質量、產量的同時，降低了系統的總體擁有成本（TCO），極大地提高了生產效益。這是目前其它系統所無法做到的。