摘要：本文在简介现场总线技术的基础上，重点论述了现场总线的十大特点，对比了现场总线控制系统与传统的控制的系统接线方式。
1.现场总线技术
基于现场总线的控制系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。
现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统，实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能。现场总线技术是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。
现场总线技术是控制、计算机、通信技术的交叉与集成，几乎涵盖了所有连续、离散工业领域，如过程自动化、制造加工自动化、楼宇自动化、家庭自动化等。它的出现和快速发展体现了控制领域对降低成本、提高可靠性、增强可维护性和提高数据采集的智能化的要求。现场总线技术的发展体现为两个方面：一个是低速现场总线领域的不断发展和完善；另一个是高速现场总线技术的发展。而目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。从实际应用状况看，大多数现场总线，都能较好地实现速率要求较低的过程控制。
2.现场总线的特点
现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。与传统的PLC点对点的控制方法相比，现场总线控制系统具有无可比拟的优势。一般的现场总线具有以下几个特点：
1）具有较高的性能价格比。布线简单是大多现场总线共有的特性，现场总线的最大是布线方式的，最小化的布线方式和最大化的网络拓扑使得系统的接线成本和维护成本大大降低。由于采用串行方式，所以大多数现场总线采用双绞线，还有直接在两根信号线上加载电源的总线形式。这样，采用现场总线类型的设备和系统给人明显的感觉就是简单直观。由于导线、连接附件的大幅度的减少，使原来的几百根，甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆，从而也使接线端子、电缆桥架等附件大幅度的减少，所以设计、安装、调试、维护的费用大幅度地减少。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插件快速、简便的安装，耗费的人力、物力大量减少；强大的故障诊断能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少。
2）系统性能大幅度提高。可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干扰能力，使控制系统的档次跨越了一个台阶。许多总线在通信介质、信息检验、信息纠错、重复地址检测等方面都有严格的规定，从而确保总线通信快速、完全可靠的进行。
3）一般总线都具备一定的抗干扰能力，同时，当系统发生故障是，具备一定的诊断能力，以最大限度的保护网络，总线故障诊断能力的大小是由总线所采用的传输的物理媒介和传输的软件协议决定的，所以不同的总线具有不同的诊断能力和处理能力。并具有强大的自动诊断、故障显示功能。诊断包括总线节点的通信故障、电源故障，以及现场装置和连接件的断路、短路故障，从而迅速地发现系统的各种故障位置和状态，可较快的更换故障节点。
4）采用数字信号通信，有效提高系统的测量和控制精度。各种开关量、模拟量信号就近转变为数字信号，避免了信号的衰减和变形。总线的实时性要求是为了适应现场控制和现场采集的特点，一般的现场总线都要求在保证数据可靠性和完整性的条件下具备较高的传输速率和传输效率。总线的传输速度要求越快越好，速度越快，表示系统的响应时间就越短，但是传输速度不能仅靠提高传输速率来解决，传输的效率也很重要。传输效率主要是有效用户数据在传输帧中的比率，还有成功传输帧在所有传输帧的比率。
5）总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、防尘、抗振动的特性。可以直接安装于工业设备上，大量减少了现场接线箱，使系统可靠性提高。
6）对现场环境的适应性。工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。更加适合直接安装于石油、化工等危险防爆场所，减少系统发生危险的可能性。
7）现场设备的智能化与功能自治性。现场总线将测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。由于可以将PID功能植入到变送器或执行器中去，使控制周期大为缩短。目前可以从DCS的每秒调节2～3次增加到每秒调节10～20次，从而改善了调节性能。
8）互操作性与互用性。互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。由于免除了主机入口处的瓶颈现象，既可以提高系统的安全性和可靠性，使主机有更多的时间来从事优化等工作以提高效益。
9）系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，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。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。总线必须具有开放性是指两个方面：一方面能与不同的控制系统相连接，也就是应用的开放性；另一方面就是通信规约的开放，也就是开发的开放性。只有具备了开放性，才能使得现场总线既具备传统总线的低成本，又能适合先进控制的网络化和系统化要求。
10）系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。
3.现场总线系统接线方式
应用现场总线技术，要求现场设备（传感器、驱动器、执行机构等设备）是带有串行通信接口的智能化（可编程或可参数化）设备。因此，现场总线技术以计算机大规模集成电路的发展为基础。集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体的现场总线技术，采用计算机数字化通信技术连接智能化现场设备，因此，可从现场设备获取大量丰富信息，可实现设备状态、故障、参数信息传送，可完成设备远程控制、参数化及故障诊断工作。
现场总线技术是实现工厂底层信息集成的关键技术，是实施CIMS各层次的信息集成及支撑技术，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
现场总线系统打破了传统模拟控制系统采用的一对一的设备连线模式，而采用了总线通信方式，因而控制功能可不依赖控制室计算机直接在现场完成，实现了彻底的分散控制，为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。现场总线控制系统与传统的控制系统接线的比较如图1所示。
现场总线的功能是：构造了网络集成式全分布系统；是底层控制网络。现场总线增强了现场级的信息采集能力，现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够很好地满足工厂自动化乃至CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化的通信网络，它不单纯取代4~20mA信号，还可实现设备状态、故障和参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。
不同厂家产品只要使用同一种总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其他厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺方法、配方等集成到通用控制系统中，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控制系统。