现场总线的结构特点分析

现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。图7-1为现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比。在传统模拟控制系统中采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，位于现场的测量变送器与控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、电动机之间均为一对一的物理连接；而在现场总线中，由于通信能力的提高，现场总线系统可以将它们简单地串行在一起。

图7-1　传统控制系统与现场总线控制系统结构

（a）传统控制系统；（b）现场总线控制系统

现场总线控制系统的全分布特点为系统的大量信息集成提供了基础，全数字特点消除了4～20 mA信号传输的瓶颈现象，全开放、互操作特性使用户可以按自己的需要，考虑将不同品牌的产品组成大小随意的系统。除此之外，工业现场总线在结构上还具有以下特点。

1.现场设备具有智能和自治的特点

现场总线系统中，现场设备已经不仅仅是测量单元或执行单元，而是将传感测量、补偿计算、过程量处理与控制等功能集中到一台现场设备中，不但可以实现自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态，和其他设备进行信息交换。另外，现场总线设备具有较强的抗干扰能力，能实现总线供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。

2.提高了系统的精度和自诊断功能(www.xing528.com)

现场总线设备可以不依赖其他设备独立地实现调节功能，控制周期大大缩短，可以从目前DCS的每秒调节2～5次增加到每秒10～20次，从而改善了调节性能；系统使用数字信号传输，使控制精度可以从DCS的±0.5%提高到±0.1%。以上两点对提高产品质量无疑是有效的。

现场总线系统设备具有诊断数据、操作情况统计和自动故障通告等功能，满足了远程诊断和故障定位的需要。

3.降低了费用支出

现场总线系统的接线具有串行的优点，一对双绞线或一条电缆通常可以挂接多个设备，可以减少1／2～1／3的隔离器、端子柜、I／O终端和I／O卡架等，连线设计与接头校对的工作量也大大减小。更重要的是，智能设备能直接执行多种传感控制报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要过多的调节器、计算单元等，也不再需要集散式控制系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接线，还可以用工控计算机作为操作员站，从而节省了一大笔硬件的投资，减小了控制室的占地面积，并缩短了安装调试时间。据有关典型试验工程的测算资料表明，可降低安装费用60%以上。

由于现场控制设备具有诊断与简单故障处理能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行、诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简单化，并具有互换和互操作的特点，减少了维护工作量。

4.组态和修改容易

在组态过程中，可以根据实际需要采用总线式、树形等多种拓扑结构，当需要增加现场控制设备时，无须增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减小了设计、安装的工作量，便于系统扩充和修改。由于它的设备标准化、功能模块化，在系统重构时也很容易。