1.现场总线控制系统的技术特点

现场总线控制系统是当今3C[通信（Communication）、计算机（Computer）和控制（Control）]技术发展的结合点。

现场总线控制系统是过程控制技术、自动化仪表技术和计算机网络技术三大技术发展的交汇点。

现场总线控制系统是信息技术和网络技术的发展在控制领域的体现。

现场总线控制系统是信息技术和网络技术发展到现场的结果。现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，将给传统的工业自动化带来革命，从而开创工业自动化的新纪元。

现场总线控制系统必将逐步取代传统的独立控制系统、集中采集控制系统和集散控制系统，成为21世纪自动控制系统的主流。

与集散控制系统等传统的系统相比，现场总线控制系统有以下几个技术特点。

1）现场通信网络

现场总线控制系统将总线电缆延伸到工业现场（制造或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的。

现场总线控制系统完全适用于工业现场环境，因为它就是为此而设计的。

2）数字通信网络

现场底层的变送器/传感器、执行器和控制器之间的信号均为数字信号。

中/上层的控制器、监控/监视计算机等设备之间的数据传送均用数字信号；各层设备之间的信息交换均用数字信号。

传统集散控制系统的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪表与控制站中的输入/输出单元之间采用一对一的模拟信号传输方式。

3）开放互连网络

现场总线标准、协议/规范是公开的，所有制造商都必须遵守；现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层网络互连，而不管其制造商是哪一家；用户可共享网络资源。

4）现场设备互连网络

现场总线控制系统通过一根总线电缆将所需的各个现场设备（如变送器/传感器、执行器、控制器）互相连接起来，即用一根总线电缆直接互连N个现场设备，从而构成现场设备的互连网络。

5）结构与功能高度分散的系统

现场总线控制系统结构具有高度分散性，系统功能实现了高度分散，现场设备由分散的功能模块构成。

现场总线控制系统废弃了集散控制系统的控制站及输入/输出单元，从根本上改变了集中与分散相结合的集散控制系统体系，通过将控制功能高度分散到现场设备实现了彻底分散控制。

6）现场设备的互操作性与互换性

互操作性：不同厂商的现场设备可以互连，可以进行信息交换并可统一组态。

互换性：不同厂商的性能类似的现场设备可以互相替换。

现场总线控制系统中现场设备所具有的互操作性与互换性是集散控制系统所不具备的。

2.现场总线控制系统的优点

现场总线控制系统所具有的数字化、开放性、分散性、互操作性与互换性及对现场环境的适应性等特点决定和派生了其一系列优点。

（1）电缆和连接附件大量减少。

①一根总线电缆直接互接N台现场设备，电缆用量大大减少（集散控制系统几百根甚至几千根信号与控制电缆）。

②端子、槽盒、桥架、配线板等连接附件用量大大减少。

（2）仪表和输入/输出转换器（卡件）大量减少。

①采用人机界面、本身具有显示功能的现场设备或监视计算机代替显示仪表，使仪表的数量大大减少。

②输入/输出转换器（卡件）的数量大大减少。

在集散控制系统中，4～20mA线路只能获得一个测量参数，且与控制站中的输入/输出单元一对一地直接相连，因此，输入/输出单元数量多。

在现场总线控制系统中，一台现场设备可以测量多个参数，并将它们以所需的数字信号通过总线电缆进行传送，因此，对单独的输入/输出转换器（卡件）的需要少。(www.daowen.com)

（3）设计、安装和调试费用大大降低。

①集散控制系统烦琐的原理图设计在现场总线控制系统中变得简单易行。

②安装和校对的工作量大大减少。

③可根据需要将系统分为几个部分分别调试，使调试工作变得灵活方便。

④强大的故障诊断功能使调试工作变得轻松。

（4）维护开销大幅度下降。

①系统的高可靠性使系统出现故障的概率大大减小。

②强大的故障诊断功能使故障的早期发现、定位和排除变得快速而有效，系统正常运行时间更长，维护停工时间大大减少。

（5）系统可靠性提高。

①系统结构与功能的高度分散性决定了系统的高可靠性。

②现场总线协议/规范对通信可靠性方面（通信介质、报文检验、报文纠错、重复地址检测等）的严格规定保证了通信的高可靠性。

（6）系统测量与控制精度提高。

在现场总线控制系统中，各种开关量、模拟量就近转变为数字信号，所有总线设备间均采用数字信号进行通信，避免了信号的衰减和变形，减少了传送误差。换言之，现场总线控制系统的数字化特点从根本上提高了系统的测量与控制精度。

（7）系统具有优异的远程监控功能。

①可以在控制室远程监视现场设备和系统的各种运行状态。

②可以在控制室对现场设备及系统进行远程控制。

（8）系统具有强大的（远程）故障诊断功能。

①可以诊断和显示各种故障，如总线设备和连接器的断路、短路故障以及通信故障和电源故障等。

②可以将各种状态及故障信息传送到控制室中的监视/监控计算机，大大减少了使用和维护人员不必要的现场巡视。当现场总线控制系统安装在恶劣环境中时，这尤其具有重要意义。

（9）设备配置、网络组态和系统集成方便自由。

①用户可以通过同层网络或上层网络对现场设备进行参数设置，而不必到现场对每一个设备逐个进行配置。

②利用组态工具软件可以迅速而方便地组建现场总线网络，配置网络参数。

③现场总线控制系统中现场设备的开放性、互操作性与互换性使用户可以自由地集成不同厂商、不同品牌的产品和网络，从而构成所需的系统。

（10）现场设备更换和系统扩展更为方便。

①现场设备具有互操作性和互换性，损坏的设备可用功能类似的任何厂家的设备替换，实现“即插即用”。

②当需要增加现场设备时，无须增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上。

③系统扩展所需的组态时间大大减少。

④为企业信息系统的构建创造了重要条件。

⑤企业信息系统由现场控制层、过程监控层和企业经营管理层构成。

⑥现场总线控制系统或者构成了企业信息系统的现场控制层，或者构成了企业信息系统的基本框架。

⑦现场总线控制系统为总线设备及系统的各种运行状态和故障信息、各种控制信息进入（企业）公用数据网络创造了条件，使管理者能得到更多的决策依据，为管理者作出各种正确决策提供了有力的支持，从而可使企业获得较高的整体综合效益。

与传统的集散控制系统方案相比，美国阿拉斯加州的West SakARCO油田（自然环境十分恶劣）采用某现场总线控制系统所带来的节省情况如下：

减少接线端子84%；减少I/O卡件数量93%；减少控制仪表面板空间70%；减少室内接线数量98%；由于远程诊断而减少维护工作量50%～80%；扩展油田所需组态时间减少90%；节省电缆费用69%。