闡述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的現(xiàn)狀存在的問(wèn)題展望其發(fā)展前景1

1、現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)、外的現(xiàn)場(chǎng)總線有60幾種之多，由于這一新技術(shù)所具有的潛在而巨大的市場(chǎng)前景，在商業(yè)利益的驅(qū)動(dòng)下，導(dǎo)致了近年來(lái)制訂現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)。在市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展需要統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的呼聲下，修改后的IEC 61158.36標(biāo)準(zhǔn)最終于2000年1月4日獲得通過(guò)。該標(biāo)準(zhǔn)包括了8種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線子集，它們分別是：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF（原有的技術(shù)規(guī)范IEC 61158）；Control Net；Profibus；PNet；FF HSE；Swift Net；Word FIP；Intferbus。這8種現(xiàn)場(chǎng)總線中，、是用于有限領(lǐng)域的專(zhuān)用現(xiàn)場(chǎng)總線；、是由PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，本質(zhì)上以遠(yuǎn)程I/O總線技

2、術(shù)為基礎(chǔ)，通常不具備通過(guò)總線向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電和本征安全性能；、則由傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，具有總線供電和本征安全功能；、屬于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)總線，、屬于監(jiān)控級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線；、則是包括兩個(gè)層次的現(xiàn)場(chǎng)總線。 以上8種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線采用完全不同的通信協(xié)議，例如：Profibus采用的是令牌環(huán)和主/從站方式；FFHSE是CSMA/CD方式；WordFIP是總線裁決方式。因此，要這8種現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)相互兼容和互操作幾無(wú)可能。面對(duì)這種多總線并存的局面，系統(tǒng)集成將面臨更為復(fù)雜的任務(wù)，系統(tǒng)集成技術(shù)也將會(huì)有很大的發(fā)展。 長(zhǎng)期以來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)，實(shí)際上已延緩了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展速度。為了加快新一代系統(tǒng)的發(fā)展，人們開(kāi)始尋求新的出路，

3、一個(gè)新的動(dòng)向是從現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)向Ethernet，用以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場(chǎng)總線框架的主傳。以太網(wǎng)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在IT領(lǐng)域已被使用多年，已有廣泛的硬、軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)支持，更重要的是啟用以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場(chǎng)總線框架，可以使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主流技術(shù)很好地融合起來(lái)。為了促進(jìn)Ethernet在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)際上成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)，開(kāi)展工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究。此外，開(kāi)發(fā)設(shè)備網(wǎng)供應(yīng)商協(xié)會(huì)（ODVA）已經(jīng)發(fā)布了在工廠現(xiàn)場(chǎng)使用以太網(wǎng)的全球性標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)/IP標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)使用戶(hù)在采用開(kāi)放的工業(yè)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，能利用可買(mǎi)到的現(xiàn)成的以太網(wǎng)物理介質(zhì)和組件，也即由多個(gè)供應(yīng)商所提供的可互操作的以太

4、網(wǎng)產(chǎn)品。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域所要面對(duì)的網(wǎng)絡(luò)可確定性問(wèn)題、環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題、包括總線供電和本征安全問(wèn)題都會(huì)迅速得到解決。存在問(wèn)題 現(xiàn)場(chǎng)總線是從控制室連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線，簡(jiǎn)單理解就是通信總線一直延伸到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。它是一個(gè)開(kāi)放互聯(lián)模型，可與以太網(wǎng)結(jié)合，通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、調(diào)試、診斷等。 現(xiàn)場(chǎng)總線是計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)的融合，優(yōu)點(diǎn)來(lái)源于三大特點(diǎn)：一是數(shù)字化，意味著數(shù)據(jù)傳輸更為便利，信息傳輸量增加，提供數(shù)據(jù)的可共享性；二是標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一開(kāi)放，利于共享，為不同網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)掃清道路，提供互操作性；三是控制分散，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使互聯(lián)更加便利。 信號(hào)傳輸數(shù)字化是所

5、有現(xiàn)場(chǎng)總線的基本特點(diǎn)，它使系統(tǒng)精度提高；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息增加幾十倍，可用于自診斷、系統(tǒng)調(diào)試和管理，提高系統(tǒng)的有效性；同一電纜掛接多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可節(jié)省電纜7090及施工量。但節(jié)省電纜只不過(guò)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)表層的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)镈CSPLC遠(yuǎn)程IO也可達(dá)到類(lèi)似效果，而從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲得豐富的信息才是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)獨(dú)有的本質(zhì)優(yōu)越性。 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一開(kāi)放是所有現(xiàn)場(chǎng)總線必需的特點(diǎn)，也是它與許多原來(lái)“專(zhuān)有”的通信總線的關(guān)鍵區(qū)別之一。它給用戶(hù)帶來(lái)的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是打破了個(gè)別廠商的壟斷，給技術(shù)以強(qiáng)大的支持群體，促進(jìn)公平競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。DCS只做到操作站以上開(kāi)放，控制層不可能開(kāi)放，而FCS則做到系統(tǒng)從上到下全開(kāi)放。不同總線開(kāi)放的程度和

6、難度都有所區(qū)別，簡(jiǎn)單的I O總線開(kāi)放的難度較低，而控制用的系統(tǒng)總線的開(kāi)放互操作就很難。 控制徹底分散是現(xiàn)場(chǎng)總線具有的突出特點(diǎn)。它給用戶(hù)帶來(lái)的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是由高度智能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)分散完成DC S控制器的功能，弱化甚至省去了集中控制器的層次，可降低設(shè)備費(fèi)用，使控制風(fēng)險(xiǎn)徹底分散，提高系統(tǒng)控制的自治性和可靠性。 當(dāng)然，現(xiàn)場(chǎng)總線也有難以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合。在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，包括 DCSPLC在內(nèi)的許多控制系統(tǒng)和現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)與現(xiàn)場(chǎng)總線共存，這和DCS 出現(xiàn)后乃至今天許多原有控制設(shè)備依然存在的局面相似。 目前現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用已取得很大進(jìn)展，但也存在一些問(wèn)題，制約了其推廣。 在工程應(yīng)用方面，工程投資比較大。雖然

7、各種現(xiàn)場(chǎng)總線都把節(jié)省費(fèi)用當(dāng)成自己的主要優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中現(xiàn)場(chǎng)總線的投資比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)要大。一是試用的系統(tǒng)規(guī)模太?。欢窃囉玫南到y(tǒng)并不分散或者是利用原有布線的改造項(xiàng)目，因此無(wú)法充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)省電纜的優(yōu)勢(shì)。 其次，調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)比較難。由于現(xiàn)階段熟練掌握現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用技術(shù)和開(kāi)發(fā)技術(shù)的人才少，企業(yè)在調(diào)試和運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到困難。因此，企業(yè)在選擇系統(tǒng)集成商時(shí)，應(yīng)選擇技術(shù)力量比較強(qiáng)，比較有經(jīng)驗(yàn)的單位。 再者，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比優(yōu)點(diǎn)不明顯。以智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在于控制方面，更多的在于自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。但是，目前國(guó)內(nèi)用的系統(tǒng)大多數(shù)太小，沒(méi)有把管理自動(dòng)

8、化和遠(yuǎn)程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無(wú)法發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)。 在技術(shù)方面，當(dāng)總線切斷時(shí)，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果，用戶(hù)希望這時(shí)系統(tǒng)的效能可以降低，但不能崩潰，這一點(diǎn)目前許多現(xiàn)場(chǎng)總線不能保證；現(xiàn)有的防爆規(guī)定限制了總線長(zhǎng)度和總線上所掛設(shè)備的數(shù)量，也就限制了現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)省電纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過(guò)分復(fù)雜，不容易掌握。但組態(tài)參數(shù)設(shè)定得好壞，對(duì)系統(tǒng)性能影響很大。在應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放、互聯(lián)性及互操作性決定了與之俱來(lái)的不可避免的安全問(wèn)題。外部網(wǎng)是一個(gè)由現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化系統(tǒng)，是和企業(yè)的Intranet 緊密結(jié)合在一起的，存在著與In ternet普通應(yīng)用相同的種種威脅，包括竊聽(tīng)、盜

9、取資料、非法獲取控制權(quán)、進(jìn)行破壞、阻礙通信等。要解決這些問(wèn)題，必須建立起一套適合企業(yè)的針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的安全策略。 在Intranet內(nèi)部，人們?nèi)菀追潘删?。由于現(xiàn)場(chǎng)總線多應(yīng)用于化工、電氣及樓宇自動(dòng)化控制中，這些場(chǎng)合都要求系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，因此現(xiàn)場(chǎng)總線可能受到的攻擊時(shí)間與普通應(yīng)用相比長(zhǎng)得多?；诎踩闆r，可以考慮將各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)得較為獨(dú)立，使一個(gè)子系統(tǒng)受到破壞不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)；采用通信控制器將總線與以太網(wǎng)相聯(lián)，改善通信控制器的功能，可以起到一定程度的安全防范作用，包括拒絕非法訪問(wèn)，危險(xiǎn)時(shí)將總線與以太網(wǎng)隔離等；進(jìn)行合理的冗余設(shè)計(jì)，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。綜上所述，現(xiàn)場(chǎng)總線并不是為解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不能解決的

10、問(wèn)題而出現(xiàn)的，它的主要優(yōu)點(diǎn)是更靈活、更開(kāi)放，并為采用新型系統(tǒng)維護(hù)方式和企業(yè)管理模式提供了可能。但對(duì)于以?xún)r(jià)格為首選條件的場(chǎng)合，系統(tǒng)規(guī)模較小、控制對(duì)象分布比較集中的場(chǎng)合，以及沒(méi)有擴(kuò)展設(shè)備智能診斷和管理要求的場(chǎng)合，現(xiàn)場(chǎng)總線并不一定是最佳選擇。發(fā)展趨勢(shì) 從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身來(lái)分析，它有兩個(gè)明顯的發(fā)展趨勢(shì)： 一是尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ；二是Industrial Ethernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) ；統(tǒng)一、開(kāi)放的TCP/IP Ethernet是20多年來(lái)發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ，過(guò)去一直認(rèn)為，Ethernet是為IT領(lǐng)域應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的，它與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)性、環(huán)境適應(yīng)性、總線饋電等許多方面的要求存在差距，在工

11、業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域只能得到有限應(yīng)用。事實(shí)上，這些問(wèn)題正在迅速得到解決，國(guó)內(nèi)對(duì)EPA技術(shù)（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的進(jìn)展。隨著FF HSE的成功開(kāi)發(fā)以及PROFInet的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見(jiàn)Ethernet技術(shù)將會(huì)十分迅速地進(jìn)入工業(yè)控制系統(tǒng)的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展不會(huì)被計(jì)算機(jī)通信技術(shù)取代在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)誕生的初期，它的主要功能是將當(dāng)時(shí)的可編程邏輯控制器以一種較簡(jiǎn)潔的方式連接起來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)引入PLC，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)被引入現(xiàn)場(chǎng)總線；PLC功能的增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線提出了更高的要求，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的引入大大增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)總線的功能，成為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)

12、。在分散型控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程中，較早地在站間通信中采用了局域網(wǎng)技術(shù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多站的功能已經(jīng)可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，因此通信也逐漸延伸到現(xiàn)場(chǎng)。在過(guò)程控制領(lǐng)域，曾經(jīng)采用過(guò)許多通信協(xié)議。隨著商用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的局域通信逐步被以太網(wǎng)壟斷，過(guò)程控制領(lǐng)域中上層的通信也逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)。由于因特網(wǎng)的快速發(fā)展，人們通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)控制系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和服務(wù)的愿望越來(lái)越強(qiáng)烈，因此TCPIP協(xié)議也進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域。實(shí)際上我們現(xiàn)在就可以看到通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的事例。這里我們看到了兩種趨勢(shì)，第一是現(xiàn)場(chǎng)有越來(lái)越多的信息需要往上送，第二是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)越來(lái)越向下延伸。人們不禁要問(wèn)：包括Intern

13、et技術(shù)內(nèi)的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信技術(shù)是否會(huì)最終延伸到現(xiàn)場(chǎng)，并取代現(xiàn)場(chǎng)總線?我們認(rèn)為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通信技術(shù)有能力延伸到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中也會(huì)不斷地融入計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，但是計(jì)算機(jī)通信技術(shù)不會(huì)取代現(xiàn)場(chǎng)總線。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線與一般計(jì)算機(jī)通信在功能、要求和結(jié)構(gòu)上有所不同。1、功能計(jì)算機(jī)通信的基本功能是可靠地傳遞信息。現(xiàn)場(chǎng)總線的功能是：經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳遞信息；正確使用所傳信息；及時(shí)處理所傳信息。經(jīng)濟(jì)性要求現(xiàn)場(chǎng)總線在傳遞信息的同時(shí)，解決現(xiàn)場(chǎng)裝置的供電問(wèn)題，并要求傳輸介質(zhì)較廉價(jià)。安全性要求現(xiàn)場(chǎng)總線解決防爆問(wèn)題?？煽啃砸蟋F(xiàn)場(chǎng)總線解決環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，包括電磁環(huán)境適應(yīng)性（傳輸時(shí)不要干擾別人，也不要被別人干擾）、氣候環(huán)境適

14、應(yīng)性（要耐溫、防水、防塵）、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（要耐沖擊、耐振動(dòng)）。正確使用信息要求不同制造商生產(chǎn)的裝置能相互理解所傳信息，這就是現(xiàn)場(chǎng)總線的可互操作性要求。及時(shí)處理信息要求現(xiàn)場(chǎng)裝置不要將信息過(guò)多地在網(wǎng)絡(luò)上往返傳遞，要盡可能地就地處理信息。及時(shí)處理信息的要求主要是針對(duì)高層次現(xiàn)場(chǎng)總線和智能儀表的，但是這條要求最集中地體現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)-信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。2、要求對(duì)計(jì)算機(jī)通信的主要要求是快。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線不僅要求傳輸速度快，在過(guò)程控制領(lǐng)域還要求響應(yīng)快，即實(shí)時(shí)性要求。這樣“快”就有三種含義。（1）傳輸速度快：指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒁?，通常用波特率?lái)衡量。這條要求與普通計(jì)算機(jī)通信是一致的。（2）響應(yīng)時(shí)間

15、短：指突然發(fā)生意外事件時(shí)，儀表將該事件傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上或執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間是由4個(gè)方面決定的：儀表或執(zhí)行器控制中斷的能力；信息在通信協(xié)議的應(yīng)用層與物理層之間的傳輸時(shí)間；等待網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)間；避免信息在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的時(shí)間。由于這個(gè)時(shí)間對(duì)大多數(shù)通信協(xié)議是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，因此大部分通信協(xié)議不給這個(gè)參數(shù)。過(guò)程控制系統(tǒng)通常并不要求這個(gè)時(shí)間達(dá)到最短，但它要求最大值是預(yù)先可知的，并小于一定值。（3）巡回時(shí)間短：指系統(tǒng)與所有通信對(duì)象都至少完成一次通信所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間一般可由系統(tǒng)組態(tài)來(lái)調(diào)整。對(duì)那些單純靠?jī)?yōu)先級(jí)解決實(shí)時(shí)性的搶先式通信系統(tǒng)，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)事件發(fā)生比較頻繁時(shí)，低優(yōu)先級(jí)事件會(huì)長(zhǎng)時(shí)間得不到

16、響應(yīng)；對(duì)這類(lèi)通信協(xié)議，巡回時(shí)間是隨機(jī)量，預(yù)先不可知。過(guò)程控制系統(tǒng)希望最長(zhǎng)巡回時(shí)間是預(yù)先可知的，并小于一定值。響應(yīng)時(shí)間和巡回時(shí)間反映了實(shí)時(shí)性，而實(shí)時(shí)性與通信協(xié)議有很密切的關(guān)系?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用兩種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性。一種是簡(jiǎn)化技術(shù)。將網(wǎng)絡(luò)形式簡(jiǎn)化成線形（實(shí)際上已經(jīng)不成其為“網(wǎng)”了）；將通信模型簡(jiǎn)化為只有一、二層；將節(jié)點(diǎn)的信息簡(jiǎn)化到只有幾比特。經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)化，節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)就非?？炝?。這也可以通過(guò)極大地提高通信傳遞速度來(lái)縮短節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)間，這時(shí)雖然理論上某些現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)間還有某種不確定性，但是反復(fù)發(fā)生不確定事件的概率很低，可以在一些非關(guān)鍵部位使用這種現(xiàn)場(chǎng)總線。節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)快了，就可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的管理；這時(shí)采用

17、主-從方式輪詢(xún)?cè)L問(wèn)，只要限制網(wǎng)絡(luò)輪詢(xún)的規(guī)模，就可以將響應(yīng)控制在指定的時(shí)間內(nèi)。采用這種技術(shù)可大大降低總線的成本，大多數(shù)位式開(kāi)關(guān)量現(xiàn)場(chǎng)總線采用這種技術(shù)。另一種是采用網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)鏈路調(diào)度技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，這是一種很復(fù)雜的技術(shù)。一般認(rèn)為，分時(shí)式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)具有可預(yù)知性，但資源利用率低；搶先式實(shí)時(shí)系統(tǒng)資源利用率高，但往往響應(yīng)具有不可預(yù)知性?，F(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)總線往往采用兩者結(jié)合的方式進(jìn)行管理和調(diào)度，以達(dá)到某種平衡。隨著多媒體計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，語(yǔ)音和圖象的實(shí)時(shí)傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間提出了新的要求。多媒體傳輸對(duì)實(shí)時(shí)性的要求是幾十ms，過(guò)程控制對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求是幾ms到十ms。多媒體對(duì)實(shí)時(shí)性的要求是“軟”

18、的，即只要大部分時(shí)間滿(mǎn)足要求就行了，偶然幾次不及時(shí)響應(yīng)是沒(méi)關(guān)系的。過(guò)程控制對(duì)實(shí)時(shí)性的要求是“硬”的，因?yàn)樗婕鞍踩仨氃谌魏螘r(shí)間都及時(shí)響應(yīng)，不允許有不確定性。改善現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)時(shí)性，減少響應(yīng)時(shí)間的不確定性是現(xiàn)場(chǎng)總線的重要發(fā)展趨勢(shì)。3、結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)狀的，從一點(diǎn)到另外一點(diǎn)的通信路徑可以是不固定的。大部分現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)是線狀的，雖然現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、環(huán)行、回路型等；但在大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線中，從一點(diǎn)到另外一點(diǎn)的通信路徑是比較固定的。線狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：解決網(wǎng)絡(luò)供電比較容易；解決本安防爆比較容易；使通信協(xié)議中可以舍去與路徑有關(guān)的幾層，有利于改善實(shí)時(shí)性。很顯然，在線狀結(jié)

19、構(gòu)時(shí)一條現(xiàn)場(chǎng)總線支路的電源負(fù)載是確定的，沿總線電源電壓的變化也是可以預(yù)料的。在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中一定會(huì)出現(xiàn)多電源供電情況，各電源的負(fù)載平衡，以及網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)處的電壓下降，都比較難以預(yù)料。我們目前的本安防爆主導(dǎo)理論還是認(rèn)為，電纜的分布電感、電容是隨著電纜的長(zhǎng)度增加的，因此由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的火花能量，也是隨著電纜的長(zhǎng)度而增加。在這種情況下，要解決網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的本安防爆問(wèn)題是很難的。本安防爆理論的現(xiàn)狀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣應(yīng)用限制極大。因?yàn)樗拗齐娎|的長(zhǎng)度和總線上負(fù)載的數(shù)量?，F(xiàn)場(chǎng)總線的主要優(yōu)點(diǎn)在這些限制下，大部分都消失了。因此現(xiàn)場(chǎng)總線要求本安防爆理論要有所發(fā)展，目前各國(guó)都在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線本質(zhì)安全概念理論加強(qiáng)研究，爭(zhēng)取有所

20、突破?？朔景卜辣瑢?duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的限制是現(xiàn)場(chǎng)總線在應(yīng)用理論上的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線的線狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在前面說(shuō)明了，它的主要缺點(diǎn)是當(dāng)一條總線支路的電纜斷了，這條支路就癱瘓了。對(duì)于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，斷了一、二條支路，信息還能夠通過(guò)其它路徑傳遞；系統(tǒng)的性能會(huì)下降，但不會(huì)癱瘓。這個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)場(chǎng)總線至今未被用在最關(guān)鍵場(chǎng)合的主要原因之一，也是現(xiàn)場(chǎng)總線制造商們近期要研究解決的問(wèn)題之一。上述情況說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)總線并不只是一項(xiàng)通信技術(shù)，它是通信技術(shù)、儀表智能化技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物。雖然并不是所有的現(xiàn)場(chǎng)總線都滿(mǎn)足了上述要求，但這些要求是用于過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線所追求的目標(biāo)。雖然我們已經(jīng)看到一些直接通過(guò)因特網(wǎng)訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)儀表的例子，但這

21、都是一些對(duì)控制和實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴(yán)格要求的檢測(cè)系統(tǒng)。我們認(rèn)為計(jì)算機(jī)通信技術(shù)不會(huì)取代現(xiàn)場(chǎng)總線。、國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)是：多種現(xiàn)場(chǎng)總線在國(guó)內(nèi)展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)是應(yīng)用工程；國(guó)內(nèi)自己開(kāi)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品開(kāi)始投入市場(chǎng)；國(guó)內(nèi)各行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用工程迅速發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)傳入中國(guó)已經(jīng)好幾年了，前幾年我們主要是了解學(xué)習(xí)和宣傳，然后開(kāi)始開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于起飛階段，市場(chǎng)潛力巨大，各種現(xiàn)場(chǎng)總線的主要支撐企業(yè)都看好中國(guó)市場(chǎng)，他們?cè)谥袊?guó)展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。競(jìng)爭(zhēng)的集中體現(xiàn)是在國(guó)內(nèi)引起現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的爭(zhēng)論。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是哪種現(xiàn)場(chǎng)總線更好。我們認(rèn)為，這種爭(zhēng)論在初期對(duì)宣傳現(xiàn)場(chǎng)總線是有好處的，它促使更

22、多的人了解現(xiàn)場(chǎng)總線，為今后現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣做了很好的準(zhǔn)備。但是要想通過(guò)這種爭(zhēng)論來(lái)搞清楚到底哪種現(xiàn)場(chǎng)總線更好，那是不可能的。對(duì)于目前的爭(zhēng)論，我們的看法是：從國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的角度講，我們應(yīng)該緊跟國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的潮流，加大對(duì)IEC標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)、宣傳力度，使更多的人了解國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的趨勢(shì)。從現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)角度講，應(yīng)把有限的資金集中在有限的目標(biāo)上，不宜搞太多的現(xiàn)場(chǎng)總線。對(duì)一個(gè)企業(yè)來(lái)講，已經(jīng)投資在哪種總線上，應(yīng)堅(jiān)持做下去；不宜過(guò)多地變換目標(biāo)。從現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用角度講，我們支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線在我國(guó)的推廣應(yīng)用。多種總線的競(jìng)爭(zhēng)，有利于降低產(chǎn)品價(jià)格，有利于加快現(xiàn)場(chǎng)總線在我國(guó)的推廣。筆者認(rèn)為，每種現(xiàn)場(chǎng)總線有自己的適用范圍，

23、在它自己的適用范圍內(nèi)，它是最好的，出了這個(gè)范圍它就不是最好的。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種正在發(fā)展中的技術(shù)，迄今尚未有一種現(xiàn)場(chǎng)總線可稱(chēng)是完美的。每一種現(xiàn)場(chǎng)總線都處在不斷地完善過(guò)程中，今天存在的問(wèn)題明天可能就克服了。從“九五”起，我國(guó)政府開(kāi)始投資支持現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)發(fā)。這期間國(guó)家機(jī)械工業(yè)局、教育部和中科院組織力量對(duì)HART、FF等現(xiàn)場(chǎng)總線展開(kāi)研究和開(kāi)發(fā)。到現(xiàn)在已經(jīng)取得了階段性成果，HART儀表已經(jīng)開(kāi)始批量試用，F(xiàn)F儀表也即將投入試用。此外還有一些企業(yè)自籌資金開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線。但是總的來(lái)說(shuō)暫時(shí)還不能滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的要求。國(guó)內(nèi)企業(yè)要推廣現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，目前的主要困難是：產(chǎn)品尚不成熟；擴(kuò)充和配齊品種規(guī)格所需的開(kāi)發(fā)力量（資

24、金和人才）不足；市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的投入不足。因此國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)歡迎國(guó)外企業(yè)在我國(guó)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)和推廣應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線的市場(chǎng)打開(kāi)后，國(guó)內(nèi)企業(yè)銷(xiāo)售產(chǎn)品會(huì)輕松得多?，F(xiàn)在要使用現(xiàn)場(chǎng)總線，客觀地說(shuō)不得不用外國(guó)的產(chǎn)品。但是關(guān)于總線的無(wú)休止?fàn)幷撌褂脩?hù)無(wú)法判斷到底應(yīng)該用哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線。因此現(xiàn)在這種爭(zhēng)論已經(jīng)開(kāi)始阻礙現(xiàn)場(chǎng)總線在我國(guó)的發(fā)展。我們認(rèn)為推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的捷徑是，供助外國(guó)公司的力量，大力推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。對(duì)于選哪種現(xiàn)場(chǎng)總線，我們建議選確實(shí)降低系統(tǒng)成本的現(xiàn)場(chǎng)總線。因?yàn)槭欠翊_實(shí)能降低系統(tǒng)成本是一種現(xiàn)場(chǎng)總線是否成熟、是否適合所針對(duì)對(duì)象的一個(gè)明顯標(biāo)志。由于現(xiàn)在尚無(wú)全能的現(xiàn)場(chǎng)總線，因此我們建議在系統(tǒng)的不同部分選不同的現(xiàn)場(chǎng)總線，即

25、在系統(tǒng)的每個(gè)部分都選最適合的現(xiàn)場(chǎng)總線。前面已經(jīng)談到，位式現(xiàn)場(chǎng)總線相當(dāng)便宜，非常適合傳遞開(kāi)關(guān)量信息。因此當(dāng)過(guò)程控制系統(tǒng)中有較多的開(kāi)關(guān)量時(shí)，應(yīng)該在系統(tǒng)中增加一條位式現(xiàn)場(chǎng)總線。現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用工程的發(fā)展趨勢(shì)1、通過(guò)應(yīng)用技術(shù)發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的優(yōu)越性很多，主要突出它的哪一種優(yōu)點(diǎn)：我們認(rèn)為首先要突出現(xiàn)場(chǎng)總線降低系統(tǒng)投資成本和減少運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)很重要，有了這一基本思想，在進(jìn)行總線類(lèi)型的選擇和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)有明確的方向。但是，現(xiàn)場(chǎng)總線的這項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)能否發(fā)揮，與應(yīng)用者是否合理地使用現(xiàn)場(chǎng)總線、充分發(fā)揮它的潛能有關(guān)。2、不同類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線組合更有利于降低成本位式總線的能力很有限，用位式總線作為大型系統(tǒng)的信息傳輸主體是不可能的。但是它在成本，速度等方面的優(yōu)勢(shì)又是其它高層次總線無(wú)法替代的。因此它常常與其它總線混合使用。用戶(hù)可能會(huì)擔(dān)心，用了多種現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的操作、管理變得復(fù)雜。實(shí)際現(xiàn)在一些通用的人-機(jī)界面軟件，都支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線，因此到人-機(jī)界面這一層，不同總線的區(qū)別對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是不大的。3、現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化一個(gè)控制系統(tǒng)，無(wú)論是采用DCS還是采用