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现场总线的定义

IEC对现场总线(Fieldbus)的定义是“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。它是当前工业自动化的热点之一。现场总线以开放的、独立的、全数字化的双向多变量通信代替0～10 mA或4～20 mA的现场电动仪表信号。现场总线I/O集检测、数据处理、通信为一体，可以代替变送器、调节器、记录仪等模拟仪表，它不需要框架、机柜，可以直接安装在现场导轨槽上。现场总线I/O的接线极为简单，只需一根电缆，从主机开始，沿数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线I/O。使用现场总线后，自动系统的配线、安装、调试和维护等方面的费用可以节约2/3左右，现场总线I/O与PLC可以组成廉价的DCS系统。

现场总线控制系统将DCS的控制站功能分散给现场控制设备，仅靠现场总线设备就可以实现自动控制的基本功能。例如，将电动调节阀及其驱动电路、输出特性补偿、PID控制和运算、阀门自校验和自诊断功能集成在一起，再配上文档变送器就可以组成一个闭环温度控制系统，有的传感器中也植入了PID控制功能。

使用现场总线后，操作员可以在*控制室实现远程监控，对现场设备进行参数调整，还可以通过现场设备的自诊断功能预测故障和寻找故障点。

 现代工业网络系统不再是一个孤立的系统，而是与企业管理信息系统(MIS)、地理信息系统(GIS)、闭路监视系统(CCTV)和Internet等有机结合形成的一个综合的企业自动化系统，可以在一个企业范围内将信号检测、数据传输、处理、存储、计算、控制等设备或系统连接在一起，以实现企业内部的资源共享、信息管理、过程控制、经营决策，并能够访问企业外部资源和提供有限的外部访问，使得企业的生产经营能够高效率地协调工作，从而实现企业集成管理和控制的一种网络环境。

    工业网络是一种应用，也是一种技术，它涉及广域网、局域网、现场总线以及网络互联等技术，是计算机技术、信息技术和控制技术在企业管理和控制中的有机统一，典型的系统配置如图10-11所示。

    图10-11    工业网络系统结构图

    整个系统分为现场控制层、*控制层和经营管理层。各层间通过网络实现信息共享，从而构成完整的企业信息网络。现场控制层由HART、PROFIBUS等现场总线网段组成，是企业信息网的底层，它把现场的参数送到*控制室实时数据库，进行数据的分析、计算和显示。经营管理层由办公自动化、财务、人事和生产等数据库组成，它连同*控制室数据库构成企业网络顶层。

 如果没有一套通用的计算机网络通信标准，要实现不同厂家生产的智能设备之间的通信，将会付出昂贵的代价。标准化组织ISO提出了开放系统互连模型OSI，作为通信网络标准化的参考模型，它详细描述了软件功能的7个层次(见图10-6)。

    图10-6    开放系统互连模型

    1．物理层

    物理层的下面是物理介质，如双绞线、同轴电缆等。物理层为用户提供建立、保持和断开物理连接的功能，RS-232C、RS-422A/RS-485等就是物理层标准的例子。

    2．数据链路层

    数据以帧为单位传送，每一帧包含一定数量的数据和必要的控制信息，如同步信息、地址信息、差错控制和流量控制信息。数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上实现差错控制、数据成帧、同步控制等。

    3．网络层

    网络层的主要功能是报文包的分段、报文包阻塞的处理和通信子网中路径的选择。

    4．传输层

    传输层的信息传送单位是报文(Message)，它的主要功能是流量控制、差错控制、连接支持。传输层向上一层提供一个可靠的端到端(end-to-end)的数据传送服务。

    5．会话层

    会话层的功能是支持通信管理和实现终用户应用进程之间的同步，按正确的顺序收发数据，进行各种对话。

    6．表示层

    表示层用于应用层信息内容的形式变换，如数据加密/解密、信息压缩/解压和数据兼容，把应用层提供的信息变成能够共同理解的形式。

    7．应用层

    应用层作为OSI的高层，为用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。

    其中1、2、3层称为低层组，是计算机和网络共同执行的功能；4、5、6层称为高层组，是通信用户与计算机之间执行的通信控制功能。人们感兴趣的是低层组。在实际中，低层组的3层并不是严格分开的，故不一定要受此限制。PLC网很少*使用这些协议，一只采用其中的一部分。

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