现场总线技术产生的背景

    现场总线技术自20世纪80年代产生以来，一直备受人们的关注，现场总线技术是自动化控制领域一项新的重要进展。在以后的10年中，出现了很多现场总线技术标准，每一种标准都有其自身的特点和应用的范围。    现场总线技术的产生是由多方面因素促成的，首先，现场总线技术的产生是当时自动化装置自身发展的需要，同时也是用户对工厂自动化、信息化应用的更高要求；另一方面由于计算机技术、通信技术和控制技术的迅速发展，为实现上述要求提供了技术基础。因此，用户的需要是产生现场总线技术的动力，而计算机、网络通信和自动控制3种技术的发展则为研究开发现场总线提供了技术基础。    此前，传统控制系统有诸多不足：控制器与现场设备之间的信号传输（包括模拟量信号和开关量信号）主要依靠I/O连线连接，并以此监控现场设备。这样，控制器能够获取的信息量有限，大量的数据如设备参数、故障信息及过程值等数据很难得到。另外，底层数据不全，信息集成能力不强，不能完全满足自动化系统对底层数据的要求，而且系统其他软、硬件通常只能使用一家产品。不同厂家产品之间无法实现互操作性和互换性。这种系统很少留出接口允许接入其他厂商的设备。因此，面向行业的监控系统很少，对于大范围的分布式系统，如果使用大量的I/O电缆，现场的敷设施工不仅增加成本，也增加系统的不可靠性，由于现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能不强，也很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性等。    由于大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备实现了智能化，即内置CPU控制器，完成诸如线性化、量程转换、数字滤波甚至回路调节等功能。为了使上位的监控装置能采集到这些智能传感器、控制器的过程变量和参数，制造商对这些智能现场设备增加了一个串行数据接口（如RS-232/485），有了这样的接口，控制器就可以按其规定的协议，通过串行通信方式（而不是I/O方式）完成对现场设备的监控。如果设想全部或大部分现场设备都具有串行通信接口，并具有统一的通信协议，控制器只需一根通信电缆就可与分散的现场设备连接，采用数字通信方式，完成对所有现场设备的监控和信息集成，这就是现场总线技术的初始想法。但是，串行数据接口（如RS-232/485）存在通信速率、网络拓扑结构和通信协议的限制，要实现从工厂的现场设备层到控制、管理各个层次的高速信息交换，还有不少技术上的问题要解决。为了解决自动化系统结构上的变革，形成以网络集成自动化系统为基础的信息控制系统，需要对现场设备的通信作进一步的改造，现场总线技术就是顺应这一要求发展起来的新技术。随着计算机功能的不断增强，价格的急剧降低，计算机与计算机网络系统的迅速发展，特别是一些通信集成电路专用芯片( ASIC)的出现，使得一些复杂的软件通信协议能够实现固件化，并使计算机集成制造系统的实施具备了良好的物质基础。但处于企业生产过程底层的自动化装置，要与外界交换信息，要实现整个生产过程的信息集成，要实现综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境下运行、性能可靠、造价低廉的通信系统，以实现现场自动化设备之间的多点数字通信，形成工厂底层网络系统，实现底层现场设备之间以及生产现场与上位的信息交换。现场总线技术就是在这种背景下产生的。