隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的開放和標(biāo)準(zhǔn)化，智能儀表和設(shè)備共同組成新型結(jié)構(gòu)的FCS出現(xiàn)，標(biāo)志著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用達(dá)到了新的歷史階段。由于以PLC、PC為主控設(shè)備的控制系統(tǒng)廣泛采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，以至幾乎找不到不采用現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化PLC和PC控制系統(tǒng)。

  隨著硬件技術(shù)的成熟，軟件在控制系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。通信協(xié)議棧、分布控制功能塊都是以軟件為核心的技術(shù)?；谕ㄓ霉I(yè) PC的軟PLC和軟 DCS 也同樣表明了軟件的重要性?？刂坪蛢?yōu)化算法的性能也都體現(xiàn)為軟件能力。工業(yè)PC采用硬件平臺，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，開發(fā)工具更為完備。由它們構(gòu)成的系統(tǒng)，更容易擴充，運行于其上的軟PLC和軟 DCS，具有成本低廉、性能可靠、易于擴充等特點，已經(jīng)取得越來越廣泛的應(yīng)用。

  盡管多種總線在市場上取得了很大的成功，但FF和Profibus-PA是公認(rèn)的過程控制總線的代表和技術(shù)領(lǐng)先者。過程控制級絕大部分采用FF或Profibus-PA總線標(biāo)準(zhǔn)，因此，基金會現(xiàn)場總線FF和Profibus-PA是過程控制總線的主流?，F(xiàn)在我國的許多工業(yè)部門已先后引進(jìn)了多種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和智能儀表，其中FF和Profibus占主流，傳統(tǒng)DCS和PLC系統(tǒng)將自然發(fā)展為FCS。

  1.現(xiàn)場總線對現(xiàn)代控制系統(tǒng)的影響

  1)節(jié)省硬件數(shù)量與成本由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能單元能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算任務(wù)，因而可以減少變送器數(shù)量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要 DCS中的信號調(diào)整、轉(zhuǎn)換、隔離等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控 PC作為操作站，從而節(jié)省硬件成本。

  2)節(jié)省安裝費用由于一條雙絞線或電纜上可以掛接多個設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大為減少，連線設(shè)計與接頭校對的工作量也大大降低。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時，無須增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計、安裝的工作量。

  3)節(jié)約維護(hù)開銷由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理能力，并通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運行和診斷維護(hù)信息，能夠及時分析故障原因并快速排除，縮短了維護(hù)停工時間。另外，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、連線簡單，也減少了維護(hù)工作量。

  4)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)由于通信協(xié)議完全公開，任何人、任何單位均可采用，不同廠商的設(shè)備遵守相同的技術(shù)規(guī)范，用戶可以自由選擇不同廠商提供的設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成，從而避免因前期選擇了某一品牌的產(chǎn)品而被限制了后續(xù)設(shè)備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，可統(tǒng)一組態(tài)，無須專用的驅(qū)動程序，為系統(tǒng)集成的自主性提供了保障，使系統(tǒng)集成過程中的主動權(quán)完全掌握在用戶手中。

  5)提高了系統(tǒng)的可靠性與自動化水平由于現(xiàn)場總線設(shè)備實現(xiàn)了高度智能化和數(shù)字化，與模擬信號相比，現(xiàn)場總線降低了傳輸過程中的噪聲干擾，從根本上提高了測量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時，由于簡潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)備與連線的減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能的加強，減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。另外，現(xiàn)場總線儀表可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線組態(tài)、運行時的故障自診斷和預(yù)測性維護(hù)。由于通過現(xiàn)場總線可以從現(xiàn)場儀表獲得更多的非控制信息，如現(xiàn)場儀表的位號、診斷狀態(tài)、資源狀況等，可以構(gòu)建全程質(zhì)量跟蹤體系，一旦故障發(fā)生，能夠快速定位并能縮短排除故障的停車時間，同時通過跟蹤維護(hù)記錄，也有利于明確操作人員的責(zé)任，使用戶能通過設(shè)備管理維護(hù)系統(tǒng)實現(xiàn)對全廠設(shè)備的在線管理、預(yù)測性維護(hù)等功能，提高了工廠自動化水平。

  6)系統(tǒng)設(shè)計的改變由于已實現(xiàn)了設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)還具有設(shè)計簡單、易于重構(gòu)的優(yōu)點。可以利用現(xiàn)場儀表的處理能力，將底層控制、累計、報警監(jiān)視等功能轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場儀表中實現(xiàn)，簡化控制室儀表的設(shè)計。由于現(xiàn)場儀表的智能化和底層控制功能(如PID)下放到現(xiàn)場級去實現(xiàn)，分布式的高級算法將發(fā)揮作用。現(xiàn)場儀表由于防爆、功耗限制等原因，處理信息的能力有限，而通過現(xiàn)場儀表組成自治的回路，可以進(jìn)一步分散控制，采用分布式的控制算法，實現(xiàn)在上位機平臺上執(zhí)行集中式的尋優(yōu)和高級控制運算，現(xiàn)場儀表組合執(zhí)行底層控制運算.

  7)通信線供電通信線供電是指允許現(xiàn)場儀表直接從通信線上攝取能量，對于要求本質(zhì)安全的低功耗現(xiàn)場儀表，可采用這種供電方式。例如，化工、煉油等企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場有可燃性物質(zhì)，所有現(xiàn)場設(shè)備都必須嚴(yán)格遵循安全防爆標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場總線設(shè)備也不例外。

  8)雙向通信相對于4～20mA模擬信號通信的單向傳輸，現(xiàn)場總線可以進(jìn)行雙向的信息傳輸。

  9)現(xiàn)場控制傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用4~20mA模擬信號進(jìn)行傳輸，只能進(jìn)行控制室和現(xiàn)場儀表之間的點對點通信，而采用現(xiàn)場總線通信，現(xiàn)場儀表、控制室儀表采用總線式連接，現(xiàn)場儀表相互之間直接聯(lián)系組成就地控制回路，建立真正的現(xiàn)場控制?？刂普居布⒅匦略O(shè)計，不再需要A-D與D-A轉(zhuǎn)換接口，控制站只需執(zhí)行高級控制功能，調(diào)度通信已不是控制站必須完成的工作。

  10)軟件功能增強對于控制軟件來說，現(xiàn)場總線能提供更多的信息。例如，現(xiàn)場儀表不僅能提供過程變量的測量值，還能夠提供對該測量值真實性的評價及儀表工作狀態(tài)的信息?？刂栖浖枰M織這些信息，以適當(dāng)?shù)男问较蛴脩籼峁?，使用戶對生產(chǎn)過程有更全面的了解。連接在現(xiàn)場總線上的儀表還提供各類報警，監(jiān)控軟件須考慮如何最優(yōu)地處理這些信息?？偩€與智能儀表的結(jié)合，也給用戶控制自動控制系統(tǒng)的運行提供了更多、更靈活的選擇，例如，在遠(yuǎn)程監(jiān)控和PID控制算法之間的切換等。