一、引言

　　以現(xiàn)場總線為基礎的全數(shù)字控制系統(tǒng)將現(xiàn)有的模擬信號電纜用高容量的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡代替，從而大大減輕現(xiàn)場信號電纜連接的費用和工作量，提高信號的傳輸效率。實際上現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)就是以現(xiàn)場總線技術為核心，以基于現(xiàn)場總線的智能I/O或智能傳感器、智能儀表為控制主體、以計算機為監(jiān)控指揮中心的系統(tǒng)編程、組態(tài)、維護、監(jiān)控等功能為一體的工作平臺。

　　二、智能傳感器的性能特點一般的傳感器只能作為敏感元件，須配上變換儀表來檢測物理量、化學量等的變化。

　　隨著微電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀表。智能儀表采用超大規(guī)模集成電路，利用嵌入軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作，在完成輸入信號的非線性補償、零點錯誤、溫度補償、故障診斷等基礎上，還可完成對工業(yè)過程的控制，使控制系統(tǒng)的功能進一步分散。智能傳感器集成了傳感器、智能儀表全部功能及部分控制功能，具有很高的線性度和低的溫度漂移，降低了系統(tǒng)的復雜性、簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。特點如下：

　　1、一定程度的人工智能是硬件與軟件的結(jié)合體，可實現(xiàn)學習功能，更能體現(xiàn)儀表在控制系統(tǒng)中的作用�？梢愿鶕�(jù)不同的測量要求，選擇合適的方案，并能對信息進行綜合處理，對系統(tǒng)狀態(tài)進行預測。

　　2、多敏感功能將原來分散的、各自獨立的單敏傳感器集成為具有多敏感功能的傳感器，能同時測量多種物理量和化學量，全面反映被測量的綜合信息。

　　3、精度高、測量范圍寬隨時檢測出被測量的變化對檢測元件特性的影響，并完成各種運算，其輸出信號更為精確，同時其量程比可達100：1，最高達400：1，可用一個智能傳感器應付很寬的測量范圍，特別適用于要求量程比大的控制場合。

　　4、通信功能可采用標準化總線接口，進行信息交換，這是智能傳感器的關鍵標志之一。

　　智能傳感器的出現(xiàn)將復雜信號由集中型處理變成分散型處理，即可以保證數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量，提高抗干擾性能。同時又降低系統(tǒng)的成本。它使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多變量檢測發(fā)展，使傳感器由被動進行信號轉(zhuǎn)換向主動控制和主動進行信息處理方向發(fā)展，并使傳感器由孤立的元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化發(fā)展。

　　三、現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)與特點根據(jù)IEC/ISA定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支的通信網(wǎng)絡。

　　它是用于過程自動化最底層的現(xiàn)場設備以及現(xiàn)場儀表的互連網(wǎng)絡，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)的集成。現(xiàn)場總線將當今網(wǎng)絡通信與管理的概念帶入控制領域，代表了今后自動化控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種方向。

　　現(xiàn)場總線是以ISO的OSI模型為基本框架的，并根據(jù)實際需要進行簡化了的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，它一般主要包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層、用戶層。

　　物理層向上連接數(shù)據(jù)鏈路層，向下連接介質(zhì)。物理層規(guī)定了傳輸介質(zhì)（雙絞線、無線和光纖）、傳輸速率、傳輸距離、信號類型等。在發(fā)送期間，物理層編碼并調(diào)制來自數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)流。在接收期間，它用來自媒介的合適的控制信息將收到的數(shù)據(jù)信息解調(diào)和解碼并送給鏈路層；數(shù)據(jù)鏈路層負責執(zhí)行總線通信規(guī)則，處理差錯檢測、仲裁、調(diào)度等。應用層為最終用戶的應用提供一個簡單接口，它定義了如何讀、寫、解釋和執(zhí)行一條信息或命令。用戶層實際上是一些數(shù)據(jù)或信息查詢的應用軟件，它規(guī)定了標準的功能塊、對象字典和設備描述等一些應用程序，給用戶一個直觀簡單的使用界面。

　　現(xiàn)場總線除具有一對N結(jié)構(gòu)、互換性、互操作性、控制功能分散、互連網(wǎng)絡、維護方便等優(yōu)點外，還具有如下特點：

　　1、網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)簡單其結(jié)構(gòu)模型一般僅有4層，這種簡化的體系結(jié)構(gòu)具有設計靈活，執(zhí)行直觀，價格低廉，性能良好等優(yōu)點，同時還保證了通信的速度。

　　2、綜合自動化功能把現(xiàn)場智能設備分別作為一個網(wǎng)絡節(jié)點，通過現(xiàn)場總線來實現(xiàn)各節(jié)點之間、節(jié)點與管理層之間的信息傳遞與溝通，易于實現(xiàn)各種復雜的綜合自動化功能。

　　3、容錯能力強現(xiàn)場總線通過使用檢錯、自校驗、監(jiān)督定時、屏蔽邏輯等故障檢測方法，大大提高了系統(tǒng)的容錯能力。

　　4、提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和測控精度現(xiàn)場智能設備可以就近處理信號并采用數(shù)字通信方式與主控系統(tǒng)交換信息，不僅具有較強的抗干擾能力，而且其精度和可靠性也得到了很大的提高。

　　現(xiàn)場總線的這些特點，不僅保證了它完全可以適應目前工業(yè)界對數(shù)字通信和傳統(tǒng)控制的要求，而且使它具有不同層次的復雜控制與先進控制、優(yōu)化控制功能成為可能。

　　四、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）

　　隨著復雜過程工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)過程控制對大量現(xiàn)場信號的采集、傳遞和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及對精度、可靠性、管控一體化都提出了更新、更高的要求�，F(xiàn)有的DCS已不能滿足這些要求；況且現(xiàn)有的DCS具有諸如控制不能徹底分散、故障相對集中、系統(tǒng)不徹底開放、成本較高等缺點。于是通過數(shù)字通信技術、傳感器技術和微處理器技術的融合，把傳統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬信號的混合系統(tǒng)變成全數(shù)字信號系統(tǒng)，從而產(chǎn)生了新一代的控制系統(tǒng)FCS.

　　智能傳感器和現(xiàn)場總線是組成FCS的兩個重要部分FCS用現(xiàn)場總線在控制現(xiàn)場建立一條高可靠性的數(shù)據(jù)通信線路，實現(xiàn)各智能傳感器之間及智能傳感器與主控機之間的數(shù)據(jù)通信，把單個分散的智能傳感器變成網(wǎng)絡節(jié)點。智能傳感器中的數(shù)據(jù)處理有助于減輕主控站的工作負擔，使大量信息處理就地化，減少了現(xiàn)場儀表與主控站之間的信息往返，降低了對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信容量的要求。經(jīng)過智能傳感器預處理的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線匯集到主機上，進行更高級的處理（主要是系統(tǒng)組態(tài)、優(yōu)化、管理、診斷、容錯等），使系統(tǒng)由面到點，再由點到面，對被控對象進行分析判斷，提高了系統(tǒng)的可靠性和容偌能力。這樣FCS把各個智能傳感器連接成了可以互相溝通信息，共同完成控制任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，能更好地體現(xiàn)DCS中的"信息集中，控制分散"的功能，提高了信號傳輸?shù)臏蚀_性、實時性和快速性。

　　以現(xiàn)場總線技術為基礎，以微處理器為核心，以數(shù)字化通信為傳輸方式的現(xiàn)場總線智能傳感器與一般智能傳感器相比，需有以下功能：共用一條總線傳遞信息，具有多種計算、數(shù)據(jù)處理及控制功能，從而減少主機的負擔。取代4-20mA模擬信號傳輸，實現(xiàn)傳輸信號的數(shù)字化，增強信號的抗干擾能力。采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡化協(xié)議，成為FCS的節(jié)點，實現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器之間信息交換。系統(tǒng)可對之進行校驗、組態(tài)、測試，從而改善系統(tǒng)的可靠性。接口標準化，具有“即插即用”特性。