现场总线控制系统集成框架优化方案

现场总线控制系统是以现场总线为通信介质的工业控制网络，是工业企业综合自动化的基础。根据计算机集成制造技术CIMS的观点，统一的集成现场总线控制系统结构可分为三个层次，如图10-2所示，由低到高依次是现场控制层、过程监控层和企业管理层。

图10-2 现场总线网络集成层次图

1.现场控制层

现场控制层是集成系统的底层设备，由现场控制设备作为网络节点构成整个系统的控制网段，主要实现对生产过程的检测和控制，包括传感变送、PID调节等功能的集成。可以包括FF的H1网段、PROFIBUS、HART、LonWorks等网段，同种通信协议的网段间可采用网桥、中继器连接；不同通信协议的网段间可采用网关连接，也可直接在操作站的计算机内交换信息；带有AI、AO、DI、DO和PID功能块的现场设备负责完成生产过程的参数测量、数据传输与过程控制，即由现场总线网络完成现场控制层的自动化任务。

在现场控制层的应用集成中，标准功能块（Function Block，FB）与设备描述（Device Description，DD）是应用集成的基础。现场装置使用FB完成控制策略；DD用来描述现场装置通信所需的所有信息，可以将不同供应商的设备添加到控制网络中，使现场装置实现真正的互操作性。

现场控制层对网络传输的数据吞吐量要求不高，但对通信响应的实时性和确定性要求较高。该层网络上传输的信息如果出现延时或丢失现象，就会降低控制系统的性能甚至使控制系统不稳定。

2.过程监控层(www.xing528.com)

过程监控层一般由担任监控任务的工作站、PC或控制器作为网络节点构成局域网段，主要用于完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监视、报警和维护，将采集到的现场信息置入实时数据库，进行优化计算和先进控制。该层网络可通过扩展槽网络接口板与现场总线相连，协调网络节点之间的数据通信；也可通过专门的现场总线接口实现现场总线网段与以太网段的连接。

过程监控层上传输的信息具有周期性、实时性的特点；如果该层网络上传输的实时信息出现较大延时或丢失时，就会导致多个设备不能协调工作。

3.企业管理层

企业管理层位于集成系统的最上层，由高性能计算机、工作站、PC等网络节点构成，是实现企业信息集成和管、控一体的重要组成部分，主要用于企业的计划、销售、生产、库存以及企业经营等方面信息的传输，从而在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。企业管理层还可通过Internet实现与企业内远程网点（如商业网点）的信息集成。

在企业管理层上传输的信息一般都是非实时性的，并且数据包较大，信息传输频率较低；数据通信的发起是随机的、无规则的，数据吞吐量较大，因此要求网络必须具有较大的带宽。

在现场总线网络集成中，现场控制层是整个系统的核心，只有确保总线设备之间可靠、准确、完整的数据传输，上一层网络才能获取正确的信息以及实现监控、优化等功能。总之，要使一个企业内部实现信息控制一体化，组成一个协调的网络整体，现场总线控制网络和信息网络的集成是要解决的问题。基于开放的现场总线协议标准，为控制网络与信息网络的连接提供了方便，通过现场总线与信息网络互联，并进一步接入Internet，从而实现企业内、外信息控制网络的全方位集成。