基金会现场总线协议软件及网络控制器

现场总线（Fieldbus）是用于连接生产现场的仪表、控制器等自动化装置的双向、串行、全数字通讯网络，它是20世纪90年代在国际上刚刚兴起的新一代全分布式控制系统的核心技术。伴随着数字化时代的来临，现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）必将取代传统的分散控制系统（简称DCS），而成为工业自动化的主流。

“基金会现场总线协议软件及风格控制器”开发完成了基金会现场总线网络控制器（即我们通常所说的网卡）及其上运行的现场总线协议软件。本成果是现场总线的核心技术，是开发现场总线控制产品的基础，本成果的现场总线协议软件已经在国内首家通过了国际性认证测试，使我国成为世界上少数几个掌握现场总线核心技术的国家之一，填补了国内空白。

现场总线技术
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自动控制系统技术的发展极大地提高了现代工业生产的效率和质量。回顾20世纪30年代以来，过程工业的发展历程，不难发现生产系统由气动、电动、单元控制、到计算机控制的发展过程中，自动控制系统技术构成了过程工业发展和技术进步的主旋律。
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20世纪80年代以来，分散控制系统一直是过程工业主控系统的主导产品。进入80年代中后期，由于微电子技术、软件技术的长足发展，现代通信技术逐步向工业控制系统渗透，导致了现场总线逐步取代了4～20mA的模拟信号传输线，并由此引发了控制系统领域的技术革命。主要表现为：
（1）现场仪表智能化——具有本地控制和总线通信的能力；
（2）控制系统结构彻底分散。

现场总线技术泛指一种连接传感器、变送器和执行器等现场设备的双向、串行、全数字通信网络，是一种面向工业控制的底层设备网络。国际上有8种关于现场总线技术标准，如FF、Profibus、CAN、Lonwork、WorldFIP、P-NET等。但在过程自动化领域，主要是称为FF的基金会现场总线和Profibus-PA现场总线。两者在技术上有基本相似的体系结构，但在市场上则是竞争对手。FF是惟一致力于世界统一现场总线标准的国际组织，对过程控制系统的发展影响最大。

基于现场总线的分布式控制系统与DCS相比有诸多优点。主要表现为：
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1全数字化
将企业管理与生产自动化有机结合一直是工业界梦寐以求的理想，但只有在现场总线控制系统出现以后这种理想才有可能高效、低成本的实现。在采用现场总线控制系统的企业中，用于生产管理的局域网能够与用于自动控制的现场总线网络紧密衔接。此外，数字化信号固有的高精度、抗干扰特性也能提高控制系统的可靠性。

2全分布
在FCS中各现场设备有足够的自主性，它们彼此之间相互通信，完全可以把各种控制功能分散到各种设备中，而不再需要一个中央控制计算机，实现真正的分布式控制。

3双向传输
传统的DCS控制系统通常采用4～20mA电流信号，一条线只能传递一路信号。现场总线设备则在一条线上即可以向上传递传感器信号，也可以向下传递控制信息。
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4自诊断
现场总线仪表本身具有自诊断功能，而且这种诊断信息可以送到中央控制室，以便于维护，而这在只能传递一路信号的传统仪表中是做不到的。
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5节省布线及控制室空间
传统的DCS系统每个仪表都需要一条线连到中央控制室，在中央控制室装备一个大配线架。而在现场总线控制系统中多台现场设备可串行连接在一条总线上，这样只需极少的线进入中央控制室，大量节省了布线费用，同时也降低了中央控制室的造价。

6多功能仪表
数字、双向传输方式使得现场总线仪表可以摆脱传统仪表功能单一的制约，可以在一个仪表中集成多种功能，做成多变量变送器，甚至集检测、运算、控制与一体的变送控制器。
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7开放性
1999年底现场总线协议已被IEC批准正式成为国际标准，从而使现场总线成为一种开放的技。

8互操作性
现场总线标准保证不同厂家的产品可以互操作，这样就可以在一个企业中由用户根据产品的性能、价格选用不同厂商的产品，集成在一起，避免了传统DCS系统中必须选用同一厂家的产品限制，促进了有效的竞争，降低了控制系统的成本。

9智能化与自治性
现场总线设备能处理各种参数、运行状态信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至网络故障的情况下独立工作，大大提高了整个控制系统的可靠性和容错能力。

近年来，现场总线技术的研究与开发已成为国际性的热点，国外众多著名大公司纷纷投入大量人力、资金，并已开始推出部分产品。我国政府也对现场总线技术给予了高度重视，将其列为“九五”国家重点科技攻关项目。本成果就是在沈阳自动化研究所承担的国家攻关任务的基础上完成的。