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DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要內(nèi)容提要

隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程的控制規(guī)模不斷擴大，復雜程度不斷增加，因而對工程控制和生產(chǎn)管理系統(tǒng)提出了越來越高的要求。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，也導致了自動化領(lǐng)域的深刻變革，并逐漸形成了自動化領(lǐng)域的開放系統(tǒng)互聯(lián)通信網(wǎng)絡，形成了全分布式網(wǎng)絡集成化自控系統(tǒng)。以微處理器為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，正是在這種背景下產(chǎn)生的。5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述5.3現(xiàn)場總線的國際標準及其制定過程5.4幾種主要的現(xiàn)場總線技術(shù)簡介5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）5.1.1集散控制系統(tǒng)概述集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）又稱為計算機分布式控制系統(tǒng)，其主要特點就是分散控制和集中管理。從概念上來講，集散控制系統(tǒng)是一種多機系統(tǒng)，由多臺計算機分別控制不同的對象或設備，各自構(gòu)成子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間有通信或網(wǎng)絡互聯(lián)關(guān)系。從1975年世界上第一套集散控制系統(tǒng)——美國霍尼韋爾公司出品的TDS2000發(fā)展到現(xiàn)在，集散控制系統(tǒng)大體可分為以下三個發(fā)展階段。第一階段：1975年~1980年。這一階段以實現(xiàn)分散控制為主；第二階段：1980年~1985年。這一階段以實現(xiàn)全系統(tǒng)信息的管理為目的；第三階段：1985年以后。這一階段以實現(xiàn)可移植性、可適宜性和互操作性的開放式系統(tǒng)（OpenSystem）為目標。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）經(jīng)過多年的不斷完善，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)，它以多層計算機網(wǎng)絡為依托，將地理上分散的各種控制設備和數(shù)據(jù)處理設備連接在一起，實現(xiàn)各部分的系統(tǒng)共享和協(xié)調(diào)工作，達到共同完成各種控制、管理及決策的目的。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要集散控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)分為四層，系統(tǒng)中所有設備分別處于4個不同層次，分別為：現(xiàn)場級、控制級、監(jiān)控級和管理級。5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）現(xiàn)場級：典型的現(xiàn)場級設備包括各類傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換為電信號或數(shù)字信號，送往控制站或數(shù)據(jù)采集站，或者將控制器輸出的控制信號進行轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）控制級：主要由過程控制站和數(shù)據(jù)采集站構(gòu)成。過程控制站接收由現(xiàn)場設備輸出的信號，按照一定控制策略計算控制量，并將其送回現(xiàn)場執(zhí)行器中。數(shù)據(jù)采集站主要是監(jiān)控主設備，它不直接完成控制功能，而是將接收的大量過程信息傳遞給運行人員。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）監(jiān)控級：該級的主要設備有運行員操作站、工程師工作站和計算站。運行員操作站是運行員與集散控制系統(tǒng)相互交換信息的人機接口設備，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制。工程師工作站用于實現(xiàn)工程師對集散控制系統(tǒng)的配置、組態(tài)、調(diào)試和維護，以及對各種設計文件的歸檔管理。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要計算站一般由對運算能力和速度有一定要求的超級微型機組成，通過完成復雜的數(shù)據(jù)處理和運算，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)督和控制。5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）管理級：主要設備是管理計算機，它采用實時操作系統(tǒng)，對大量數(shù)據(jù)進行高速處理與存儲，具有能夠連續(xù)運行可冗余的高可靠系統(tǒng)，能夠長期保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并具有優(yōu)良的、高性能、方便的人機接口和豐富的數(shù)據(jù)庫管理軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)整個工廠網(wǎng)絡化和計算機集成化的高層管理。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）由于集散控制系統(tǒng)的上述四級的結(jié)構(gòu)設計，充分考慮了功能分散、危險分散、提高系統(tǒng)可靠性、強化系統(tǒng)靈活性、便于維修及技術(shù)更新等多方面要求，使系統(tǒng)具有以下特點。硬件積木化：使得硬件設備的移除、更新不影響整體系統(tǒng)的正常運行，方便系統(tǒng)配置，并構(gòu)成多級控制系統(tǒng)。軟件模塊化：系統(tǒng)的控制運算、圖形顯示、數(shù)據(jù)庫管理、歷史存儲等功能均通過成熟的軟件模塊予以實現(xiàn)，并且軟件系統(tǒng)的通用性強，適用于多種應用對象?？刂平M態(tài)化：通過對控制器進行組態(tài)方式完成順序控制、反饋控制、批量控制等算法模塊的適當連接和配置，實現(xiàn)所需控制功能要求。采用該方式可極大提高系統(tǒng)的設計效率，簡化用戶對編程技能的要求。通信網(wǎng)絡化：采用工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)進行通信，傳輸實時控制信息，進行全系統(tǒng)信息的綜合管理，并對分散的現(xiàn)場控制單元、人機接口進行控制和操作管理，構(gòu)成多級控制系統(tǒng)。高可靠性：采用冗余技術(shù)，實現(xiàn)智能化的故障自檢和自診斷。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）目前，集散控制系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程自動化領(lǐng)域的計算機控制系統(tǒng)，其發(fā)展方向主要表現(xiàn)為以下方面：向開放式系統(tǒng)發(fā)展

解決不同制造商生產(chǎn)的DCS的兼容問題。構(gòu)成高可靠性、易于維護、技術(shù)先進、價格合理的開放式系統(tǒng)?，F(xiàn)場測控功能的下移分散

隨微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種智能現(xiàn)場設備，使過程控制功能進一步分散下移。這些智能設備不僅具有控制精度高、可靠性好、操作方便等特點，還支持通信和自診斷功能，使得控制處理能力更接近于現(xiàn)場，可大大節(jié)省安裝和維護的工作量。DCS、PLC、FCS相互融合

三大系統(tǒng)相互滲透，形成數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡化的分布式控制系統(tǒng)。目前，PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)在DCS系統(tǒng)中的廣泛應用，克服了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)中封閉專用網(wǎng)絡系統(tǒng)產(chǎn)生的缺陷，同時把集中與分散相結(jié)合的DCS集散控制結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷臄?shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡化的全分布式結(jié)構(gòu)，將控制功能徹底下放到現(xiàn)場，依靠現(xiàn)場智能設備實現(xiàn)基本控制功能，極大發(fā)揮了DCS的高可靠性優(yōu)點。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）5.1.2集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)DCS的硬件系統(tǒng)通過網(wǎng)絡系統(tǒng)將不同數(shù)目的現(xiàn)場控制站和操作站連接起來，共同實現(xiàn)各種采集、控制、顯示、操作和管理等功能。1.DCS的現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站主要包括DCS控制級中的過程控制站和數(shù)據(jù)采集站，它們是DCS中直接與現(xiàn)場過程進行信息交互的IO處理系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)不同的應用要求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元構(gòu)成現(xiàn)場控制站?，F(xiàn)場控制站的主要任務是進行數(shù)據(jù)采集和處理、對被控單元實施閉環(huán)反饋控制、批量控制和順序控制?，F(xiàn)場控制站是一個可獨立運行的計算機監(jiān)測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測控制而設計的通用型設備，所以其機柜、電源、輸入輸出通道和控制計算機等與一般的計算機系統(tǒng)相比又有所不同，主要由以下部分組成。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）1）機柜現(xiàn)場控制站的機柜內(nèi)部均裝有多層機架，以供安裝電源及各種部件，其外殼采用金屬材料，活動部分之間有良好的電氣連接，使其為內(nèi)部的電子設備提供電磁屏蔽。另外為保證機柜中電子設備的散熱降溫及防塵，一般裝有風扇正壓送風、并提供強制風冷氣流。2）電源高效、無干擾、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)是現(xiàn)場控制站工作的重要保證?，F(xiàn)場控制站內(nèi)各功能模板所需直流電源一般有+5V、±12V、±15V、+24V等。對主機供電的電源一般均要求與對現(xiàn)場檢測儀表或執(zhí)行機構(gòu)供電的電源在電氣上相互隔離，以減少相互干擾。3）控制計算機一般由控制處理單元CPU、存儲器、輸入輸出接口等基本部分組成。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）2.DCS的操作站DCS操作站一般分為運行員操作站和工程師工作站兩種。其中工程師工作站主要是提供給技術(shù)人員生成控制系統(tǒng)的人機接口，或者對應用系統(tǒng)進行監(jiān)視。工程師工程站上配有一套組態(tài)軟件，為用戶提供一個靈活的功能齊全的工作平臺，通過它來實現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略。而運行員操作站的主要功能為過程顯示和控制、系統(tǒng)生成和診斷、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和恢復顯示等。為了實現(xiàn)以上兩種DCS操作站的上述功能，DCS操作站必須配置以下設備：1）操作臺，用于實現(xiàn)各種計算機和外部設備的固定和保護。2）處理機系統(tǒng)。3）外部存儲設備。4）圖形顯示設備。5）操作站鍵盤。6）打印輸出設備。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）3.DCS的網(wǎng)絡通信DCS借助高速可靠的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，實時傳遞著過程變量、控制要求和有關(guān)報警報告等過程控制及企業(yè)管理所需的各種信息。集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡直接聯(lián)系著系統(tǒng)的過程控制站、數(shù)據(jù)采集站、運行員操作站、工程師工作站以及計算站等，實現(xiàn)對控制對象的集中監(jiān)視和操作管理，達到綜合信息全局管理的目的。一般情況下，集散控制系統(tǒng)包含以下幾種通信：1）過程控制站中基本控制單元之間的通信。2）中央控制室中的人機聯(lián)系設備與電子設備室設備之間的通信。3）現(xiàn)場設備和中央控制室設備之間的通信。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）4.DCS的冗余系統(tǒng)所謂冗余系統(tǒng)，是指具有將發(fā)生中斷的單元自動切換到備用設備的系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的不中斷工作。冗余系統(tǒng)在提升系統(tǒng)硬件穩(wěn)定性和可靠性方面應具有以下特點：1）平滑的主從切換，切換期間確保輸出，且無信息、報警或中斷丟失現(xiàn)象。2）自動事件同步。3）集成錯誤識別和錯誤定位功能。4）操作期間可對系統(tǒng)進行修改。5）系統(tǒng)運行過程中，設備部件可在線更換。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）下面以西門子公司的S7-400H冗余系統(tǒng)為例進行說明。該系統(tǒng)的所有重要設備均采用冗余配置，包括冗余中央處理單元CPU、電源模塊、數(shù)據(jù)輸入輸出接口和用于冗余CPU通信的同步模塊。此外，根據(jù)特定自動控制過程的需要，還可配置冗余客戶服務器、冗余通訊介質(zhì)等。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）對于DCS系統(tǒng)中重要設備——控制器，采用多重化自動備用設置，發(fā)生故障時，備用設備或部件將自動從備用狀態(tài)切入到運行狀態(tài)。目前，多重化自動備用可分為同步運轉(zhuǎn)方式、待機運轉(zhuǎn)方式、后退運轉(zhuǎn)方式三種。同步運轉(zhuǎn)方式令兩臺或兩臺以上的設備或部件同步運行，進行相同的處理，并將其輸出進行和對，兩臺設備同步運行，只有當輸出一致時，才作為正確處理結(jié)果進行輸出。這種方式具有很高的可靠性，但投入也相對較大。待機運轉(zhuǎn)方式使一臺設備處于待機狀態(tài)，在發(fā)生故障時，啟動待機設備來保證系統(tǒng)正常運行。在DCS系統(tǒng)中，一般對局部的設備采用1：1的備用方式，對整個系統(tǒng)則采用N：1備用方式。目前，待機運轉(zhuǎn)方式是DCS中主要采用的冗余技術(shù)。后退運轉(zhuǎn)方式使用多臺設備，在正常運行時，各自分擔各種功能進行運行，當其中之一發(fā)生故障時，其他設備將放棄一些不重要功能，進行相互備用。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）5.1.3集散控制系統(tǒng)的軟件體系計算機系統(tǒng)的軟件分為：系統(tǒng)軟件和應用軟件。在集散控制系統(tǒng)的軟件體系中，除了包括以上兩種軟件，由于其分布式結(jié)構(gòu)，又增加了諸如通信控制軟件、組態(tài)生成軟件及診斷軟件等。1.DCS的組態(tài)軟件集散控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件一般包含基本配置組態(tài)和應用軟件組態(tài)?；九渲媒M態(tài)是對系統(tǒng)的配置信息，而應用軟件組態(tài)則包含數(shù)據(jù)庫的生成、歷史庫的生成、圖形的生成、報表生成和控制組態(tài)等豐富的軟件組態(tài)內(nèi)容。其中生成的應用軟件一般包括如下功能：畫面組態(tài)

可用來生成系統(tǒng)的工藝流程畫面。數(shù)據(jù)組態(tài)

支持歷史數(shù)據(jù)存儲和趨勢顯示功能。報表生成

支持周期性的報表生成和打印，或觸發(fā)性的列表性能?；芈方M態(tài)

通過某種方式將需要用到的控制算法模塊依要求進行連接，構(gòu)成適當?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)，并對任務控制模塊進行參數(shù)初始化。操作級別設置

通過密鑰可控制系統(tǒng)訪問者的操作級別。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）2.DCS的操作軟件DCS的操作站可通過上述的組態(tài)軟件完成實時數(shù)據(jù)管理、歷史數(shù)據(jù)存儲和管理、控制回路調(diào)節(jié)和顯示、生產(chǎn)工藝流程畫面顯示、系統(tǒng)狀態(tài)、趨勢顯示以及生產(chǎn)記錄的打印和管理功能，而這些功能實現(xiàn)的關(guān)鍵則是實時多任務操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理。1）實時多任務操作系統(tǒng)實時多任務的操作系統(tǒng)是DCS操作站軟件系統(tǒng)的核心，它為計算機硬件和在其上運行的軟件提供邏輯接口以及任務調(diào)度、任務間通信、資源管理等功能。2）實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)是集散控制系統(tǒng)的最基本的資源，DCS的實時數(shù)據(jù)庫為全局數(shù)據(jù)庫，通常采用分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。對于現(xiàn)場控制站，存儲了該控制站的所有全紀錄信息，如輸入輸出接口的狀態(tài)、控制站的報警信息等。對于工程師工作站和運行員操作站，為了實現(xiàn)集中顯示的快速刷新，一般只將現(xiàn)場控制站的部分信息存放在數(shù)據(jù)庫中，當工程師或運行員需要現(xiàn)場控制站某段時間或某一事件的運行信息，可向本站數(shù)據(jù)庫或全局數(shù)據(jù)庫發(fā)出全紀錄調(diào)用。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）3）歷史數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)庫是用于便于運行員或工程師對系統(tǒng)各部分的變化趨勢進行分析以及管理人員對系統(tǒng)的綜合分析。4）網(wǎng)絡通信管理集散控制系統(tǒng)集中管理和分散控制的基礎(chǔ)是系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信，對其主要有高可靠性、實時性和靈活性的要求。DCS操作軟件的網(wǎng)絡通信管理就是要周期性地接收網(wǎng)絡上的實時數(shù)據(jù)，并將其存入實時數(shù)據(jù)庫，并可及時響應數(shù)據(jù)庫管理任務發(fā)送的任務請求。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）3.DCS的控制軟件DCS的控制軟件主要指現(xiàn)場控制站中的軟件系統(tǒng)。從整體上可分為執(zhí)行代碼部分和數(shù)據(jù)部分。1）執(zhí)行代碼部分執(zhí)行代碼主要有周期執(zhí)行部分和隨機執(zhí)行部分。前者一般由硬件時鐘定時觸發(fā)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、控制算法運算、系統(tǒng)狀態(tài)檢測、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信等周期性工作。而后者一般由中斷觸發(fā)，主要完成系統(tǒng)的故障信號處理等一些發(fā)生時間不定、但需及時處理的情況。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要2）數(shù)據(jù)部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)信息構(gòu)成的實時數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)場控制站軟件系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，主要起到信息傳遞和數(shù)據(jù)共享等重要作用。5.1集散控制系統(tǒng)（DCS）5.1.4集散控制系統(tǒng)的操作和顯示集散控制系統(tǒng)中的操作是指通過操作站的CRT、觸摸屏、鼠標和鍵盤等設備或語音等輸入設備，對生產(chǎn)過程的操作以及對系統(tǒng)、控制組態(tài)的操作和維護。這種操作方式具有信息量大、顯示方式多樣化、操作方便、透明度高等特點。在集散控制系統(tǒng)中，CRT的顯示畫面可以完成對系統(tǒng)的有效管理和操作，其主要指操作員站、工程師站的顯示畫面。另外管理站和上位機的顯示畫面還可包括一些統(tǒng)計畫面以及電子表格。1）概貌顯示畫面2）過程顯示畫面3）儀表面板顯示畫面4）趨勢顯示畫面5）報警顯示畫面6）系統(tǒng)顯示畫面5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述5.2.1現(xiàn)場總線的產(chǎn)生背景隨著微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，具有微處理器的智能型過程控制裝置、變送器、調(diào)節(jié)閥等儀器儀表中的應用不斷增加。通信技術(shù)的發(fā)展，使得傳送數(shù)字化信息的網(wǎng)絡技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應用成為可能。這種現(xiàn)場數(shù)字信號傳輸網(wǎng)絡技術(shù)就是所謂的現(xiàn)場總線技術(shù)?，F(xiàn)場總線的實質(zhì)是解決了數(shù)字信號的兼容性問題，所以它一經(jīng)出現(xiàn)便展示了強大的生命力和發(fā)展?jié)撃堋，F(xiàn)場總線解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中存在的許多根本性難題，它基本上奠定了未來計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，所以今天我們說現(xiàn)場總線技術(shù)給工業(yè)自動化控制領(lǐng)域帶來的沖擊是“革命性的”一點兒也不為過。近20年來，國際上出現(xiàn)了200多種現(xiàn)場總線，其中有影響的也有幾十種。國際電工委員會IEC從1985年就開始著手制定現(xiàn)場總線的國際標準，耗時16年，而最終以妥協(xié)的方式通過。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述5.2.2現(xiàn)場總線及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的定義國際電工委員會在IEC61158中給現(xiàn)場總線下了一個定義，可以認為是關(guān)于現(xiàn)場總線的標準定義，該標準定義的描述是：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。在該定義中，首先說出了它的主要使用場合，即制造業(yè)自動化、批量流程控制、過程控制等領(lǐng)域，當然樓宇自動化等領(lǐng)域也是它得心應手的應用場合；其次說出了系統(tǒng)中的主要角色是誰，即現(xiàn)場的自動裝置和控制室內(nèi)的自動控制裝置，這里的現(xiàn)場設備或裝置肯定是智能化的，不然就完不成這么復雜的通信和控制任務，而控制室中的自動控制裝置，更要完成對所有分散站點的管理和控制任務；第三點說它是一種數(shù)據(jù)總線技術(shù)，即一種通信協(xié)議，而且該通信是數(shù)字式的、串行的、多點的（真正的分散控制）。這三點一起描述了現(xiàn)場總線技術(shù)中最實質(zhì)性的內(nèi)容。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述基于現(xiàn)場總線的全數(shù)字式的控制系統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。FCS是工業(yè)自動控制中的一種計算機局域網(wǎng)絡，它以具有高度智能化的現(xiàn)場儀表和設備為基礎(chǔ)，在現(xiàn)場實現(xiàn)徹底的分散（全分布式控制系統(tǒng)），并以這些現(xiàn)場分散的測量點、控制設備點作為網(wǎng)絡節(jié)點，將這些點以總線的形式連接起來，形成一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。一般來說FCS由控制部分（主站）、測量部分（從站）、軟件（組態(tài)、管理等）以及網(wǎng)絡的連接及集成設備組成。其實，不管是說現(xiàn)場總線，還是說現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，在大的方面，它們都是指應用于工業(yè)通信網(wǎng)絡中的新的技術(shù)，在某種程度上，可能FCS更具體一些，范圍更小一些。因為現(xiàn)場總線的標準有多種，每一種之間的通信協(xié)議和實現(xiàn)方法也有所差異，所以只要說到FCS，其實它已和某種現(xiàn)場總線技術(shù)連到了一起。因此，在我們說現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時，很多時候也只說現(xiàn)場總線。IEC61158中也沒有對FCS做一個明確的定義。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述5.2.3現(xiàn)場總線的特點現(xiàn)場總線的特點主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在體系結(jié)構(gòu)上成功地實現(xiàn)了串行連接，它一舉克服了并行連接的許多不足；二是在技術(shù)上成功地解決了開放競爭和設備兼容兩大難題，實現(xiàn)了現(xiàn)場設備的高度智能化、互換性和控制功能的徹底分散化。1.現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點1）基礎(chǔ)性作為工業(yè)通信網(wǎng)絡中最低層的現(xiàn)場總線是一種能在現(xiàn)場環(huán)境下運行的、可靠的、廉價的和靈活的通信系統(tǒng)，往下可到達現(xiàn)場儀器儀表所處的裝置、設備級，往上可集成到Internet或Ethernet中，構(gòu)成了工業(yè)企業(yè)網(wǎng)絡中最基礎(chǔ)的控制和通信環(huán)節(jié)。2）靈活性傳統(tǒng)的過程自動控制系統(tǒng)采用一對一的設備連線。硬件成本高，施工、維護困難，柔性差。在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，由于使用了高度智能化的現(xiàn)場設備和通信技術(shù)，在一條電纜上就能實現(xiàn)所有網(wǎng)絡中信號的傳遞，系統(tǒng)設計完成或施工完成后，如果去掉或增加一些現(xiàn)場設備非常容易。所以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的徹底改變使得整個系統(tǒng)具有了極大的靈活性。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述3）分散性由于在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中采用了智能化的現(xiàn)場設備，原先傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的某些控制功能、信號處理等功能都下放到了現(xiàn)場的儀器儀表中，再加上這些設備的網(wǎng)絡通信功能，所以在多數(shù)情況下，控制系統(tǒng)的功能可以不依賴控制室的計算機而直接在現(xiàn)場完成，這樣就實現(xiàn)了徹底的分散控制。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述2.現(xiàn)場總線的技術(shù)特點1）開放性開放性包括幾個方面，一是指系統(tǒng)通信協(xié)議和標準的一致性和公開性，這樣可以保證不同廠家的設備之間的互連和替換；二是系統(tǒng)集成的透明性和開放性，用戶可自主進行系統(tǒng)設計、集成和重構(gòu)；三是產(chǎn)品競爭的公開性和公正性，用戶可以按照自己的需要，選擇不同廠家的質(zhì)量最好、而價格又合適的任何符合系統(tǒng)要求的設備，來組成自己的控制系統(tǒng)。2）交互性交互性指互操作性和互換性，這里也包含幾層意思：一是指上層網(wǎng)絡與現(xiàn)場設備之間具有相互溝通的能力；二是指設備之間具有相互溝通的能力，即具有互操作性；三是指不同廠家的同類產(chǎn)品可以相互替換，即具有互換性。3）自治性現(xiàn)場設備的智能化，不僅具有獨立的測控功能，還能隨時診斷自身的運行狀態(tài)，預測潛在的故障，實現(xiàn)高度的自治性。4）適應性工業(yè)現(xiàn)場總線是專為在工業(yè)現(xiàn)場使用而設計的，所以具有較強的抗干擾能力和極高的可靠性。在特定條件下，它還可以滿足安全防爆的要求。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.2現(xiàn)場總線技術(shù)概述5.2.4現(xiàn)場總線的優(yōu)點由于現(xiàn)場總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的根本改變，以及技術(shù)上的特點，使得現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，在系統(tǒng)的設計、安裝、投運到正常運行、系統(tǒng)維護等方面，都顯示出巨大的優(yōu)越性。體現(xiàn)在以下幾點：節(jié)約硬件數(shù)量與投資；節(jié)省安裝費用；節(jié)省維護費用；提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性；提高了用戶的自主選擇權(quán)。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.3現(xiàn)場總線的國際標準5.3.1現(xiàn)場總線國際標準制定過程現(xiàn)場總線代表了工業(yè)自動化的未來，誰占領(lǐng)了這個制高點誰就能在即將到來的工控革命中取勝，所以現(xiàn)場總線標準的競爭達到了白熱化的地步。近20年來，國際上出現(xiàn)了200多種現(xiàn)場總線，其中有影響的也有幾十種。在20世紀90年代，圍繞著現(xiàn)場總線標準展開了激烈的競爭，被稱為“現(xiàn)場總線戰(zhàn)爭”。其實，現(xiàn)場總線的標準化工作早在1985年就已經(jīng)開始著手進行，該標準由國際電工委員會IEC與美國儀表學會ISA共同制訂。該標準號為IEC61158，其標題是“用于測量和控制的數(shù)字數(shù)據(jù)通信——用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線”。與此同時，各大公司以及現(xiàn)場總線國際組織也在制訂自己的標準。雖然各大公司清醒地認識到，現(xiàn)場總線應該有一個統(tǒng)一的國際標準，現(xiàn)場總線技術(shù)勢在必行。但由于行業(yè)與地域發(fā)展歷史等原因，加之各公司和企業(yè)集團受自身商業(yè)利益的驅(qū)使，致使總線的國際標準化工作進展緩慢。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.3現(xiàn)場總線的國際標準1993年經(jīng)過8年的努力，物理層標準IEC61158.2成為國際標準；1998年2月，鏈路層服務定義IEC61158.3和鏈路層協(xié)議規(guī)范IEC61158.4成為最終國際標準草案（FDIS）標準；1997年10月應用層服務定義IEC61158.5和協(xié)議規(guī)范IEC61158.6成為FDIS標準。作為IEC61158的技術(shù)報告，F(xiàn)DIS草案以基金會現(xiàn)場總線（FF）的H1現(xiàn)場總線為模型制訂；1998年9月，在對IEC61158技術(shù)報告FDIS草案進行投票時，沒有達成最后協(xié)議，結(jié)果以流產(chǎn)告終；1999年7月，SC65C/WG6在加拿大渥太華召開現(xiàn)場總線標準的制訂會議，共有8個總線組織的代表參加了會議。會議決定保留原IEC技術(shù)報告作為類型1，而其它總線將按照IEC原技術(shù)報告的格式作為類型2至類型8進入IEC61158；1999年12月，經(jīng)過再次投票后，通過了一個妥協(xié)性的方案，技術(shù)報告和其余7種現(xiàn)場總線一起成為IEC61158中的標準，并于2000年1月公布。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.3現(xiàn)場總線的國際標準5.3.2現(xiàn)場總線國際標準IEC在2000年1月公布的IEC61158中現(xiàn)場總線類型是：Type1：IEC技術(shù)報告（即FF的H1）；Type2：ControlNet（美國羅克韋爾公司支持）；Type3：PROFIBUS（德國西門子公司支持）；Type4：P-Net（丹麥processdata公司支持）；Type5：FF-HSE（美國費希爾-羅斯蒙特公司支持）；Type6：SwiftNet（美國波音公司支持）；Type7：WorldFIP（法國阿爾斯通公司支持）；Type8：Interbus（德國菲尼克斯公司支持）。在2000年底又對IEC61158作了補充，增加了2種類型作為IEC61158的標準，即Type9的FFFMS以及Type10的PROFINET。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.3現(xiàn)場總線的國際標準IEC61158現(xiàn)場總線標準是迄今為止制訂時間最長，國際上投票次數(shù)最多，意見分歧最大的國際標準之一。從制訂到通過，歷時達16年之久，最終現(xiàn)場總線國際標準成為了一個包含多種協(xié)議的框架。IEC61158是一個妥協(xié)和倉促的產(chǎn)物。在這一點上，它沒有體現(xiàn)出IEC的嚴肅性和權(quán)威性。另外，根據(jù)不同行業(yè)特點及地域，出現(xiàn)了其它一些標準。如IEC61784、IEC62026系列以及歐洲標準等。除了上述的現(xiàn)場總線標準外，還有其它一些非常重要的現(xiàn)場總線。如CAN屬于ISO11898標準，其它有實力的控制網(wǎng)絡有LonWorks、HART、藍牙無線、Modbus、CC-Link等。它們或是屬于其它國際標準，或是得到了廣泛的應用。相反，一些進入IEC61158標準的現(xiàn)場總線應用得并不理想。預計在今后一段時期內(nèi)，仍然會出現(xiàn)多種現(xiàn)場總線標準共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡互連通信的局面。但發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標準規(guī)范，真正形成開放互連系統(tǒng)，是必然趨勢。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介5.4.1基金會現(xiàn)場總線FF總線是一種全數(shù)字的、串行的、雙向傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，是一種能連接現(xiàn)場各種傳感器、控制器、執(zhí)行單元的信號傳輸系統(tǒng)。FF現(xiàn)場總線最根本的特點是專門針對工業(yè)過程自動化而開發(fā)的。FF采用了標準功能塊和DDL設備描述技術(shù)，確保不同廠家的產(chǎn)品有良好的互換性和互操作性。最初的FF協(xié)議標準中，F(xiàn)F分為低速H1總線和高速H2總線。低速總線協(xié)議H1主要用于過程自動化。高速總線協(xié)議H2主要用于制造自動化。目前，H2高速總線標準現(xiàn)已被基于EtherNet的高速總線技術(shù)規(guī)范HSE代替，因而本節(jié)僅以低速H1總線為重點進行介紹。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介5.4.1.1FF總線的通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層，并在其上增加了用戶層。數(shù)據(jù)鏈路層DLL用于規(guī)定設備間的網(wǎng)絡共享和通信調(diào)度，可通過鏈路活動調(diào)度器LAS來管理現(xiàn)場總線的訪問。應用層規(guī)定了在設備間交換數(shù)據(jù)以及請求應答中的信息格式。H1把應用層劃分為兩個子層——總線訪問子層FAS與總線報文規(guī)范子層FMS。用戶層則用于組成用戶所需要的應用程序。在相應軟硬件開發(fā)的過程中，往往把數(shù)據(jù)鏈路層和應用層看作一個整體，統(tǒng)稱為通信棧。這時，F(xiàn)F現(xiàn)場總線的通信參考模型可簡單地看為三層。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介5.4.1.2FF總線協(xié)議1.物理層H1總線的物理層采用了IEC61158-2的協(xié)議規(guī)范。同步傳輸，曼側(cè)斯特編碼。其傳輸速率為31.25kbps，傳輸距離可達1900m，可采用中繼器延長傳輸距離。并可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介2.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的作用數(shù)據(jù)鏈路層DLL位于物理層與總線訪問子層之間，為系統(tǒng)管理內(nèi)核和總線訪問子層訪問總線媒體提供服務?？偩€通信中的鏈路活動調(diào)度、數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送、活動狀態(tài)的探測與響應、總線上各設備間的鏈路時間同步都是通過數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的。每個總線段上有一個媒體訪問控制中心，稱為鏈路活動調(diào)度器LAS。LAS具備鏈路活動調(diào)度能力。LAS擁有總線上所有設備的清單，由它來掌管總線上各設備對總線的操作。LAS中存儲有一份鏈路活動調(diào)度表，并按照調(diào)度表的內(nèi)容形成各類鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)。鏈路活動調(diào)度是數(shù)據(jù)鏈路層的重要任務。對沒有鏈路活動調(diào)度能力的設備來說，其數(shù)據(jù)鏈路層要對來自總線的鏈路數(shù)據(jù)做出響應，控制本設備對總線的活動。此外在DLL層還要對所傳輸?shù)男畔嵭袔ｒ灐?DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介通信設備類型。并非所有總線設備都可成為鏈路活動調(diào)度器。按照設備的通信能力，基金會現(xiàn)場總線把通信設備分為三類。鏈路主設備：是指那些有能力成為鏈路活動調(diào)度器的設備；基本設備：不具備這一能力的設備?；驹O備只能接收令牌并做出響應，即只具備基本的通信功能。網(wǎng)橋：當網(wǎng)絡中幾個總線進行擴展連接時，用于兩個總線段之間的連接設備就稱之為網(wǎng)橋。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介一個總線段上可以連接多種通信設備，也可以掛接多個鏈路主設備，但一個總線上某個時刻只能由一個鏈路主設備成為鏈路活動調(diào)度器LAS，沒有成為LAS的鏈路主設備起著后備LAS的作用。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要任何時刻每個總線段上都只有一個LAS處于工作狀態(tài)，總線段上的設備只有得到鏈路活動調(diào)度器LAS的許可，才能向總線上傳輸數(shù)據(jù)。因此LAS是總線的通信活動中心。5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介通信類型。H1總線的通信分為受調(diào)度/周期性通信和非調(diào)度/非周期性通信兩類。受調(diào)度通信：由鏈路活動調(diào)度器按預定的時間表周期性依次發(fā)起的通信活動。非調(diào)度通信：在預定調(diào)度時間表之外的時間，通過得到令牌的機會發(fā)送信息的通信方式。所有總線上的設備都有機會通過這一方式發(fā)送調(diào)度之外的信息。由此可以看到，F(xiàn)F通信采用的是令牌總線工作方式。均由LAS掌管。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介對于受調(diào)度通信，LAS中有一張預定的調(diào)度時刻表，這張時刻表對所有需要周期性傳輸?shù)脑O備中的所有數(shù)據(jù)緩沖器起作用，LAS按預定時刻表周期性依次發(fā)起通信活動。當設備發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的時刻到來時，LAS向該設備發(fā)出一個強制性數(shù)據(jù)CD。一旦接收到CD，該設備將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)布到現(xiàn)場總線上的所有設備，這批數(shù)據(jù)被所有組態(tài)為“接收方”的設備接收。這種受調(diào)度通信一般用于在設備間周期性地傳送測量和控制數(shù)據(jù)，這也是LAS執(zhí)行的最高優(yōu)先級的活動。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介所有設備都有機會在調(diào)度報文傳送之間發(fā)送“非調(diào)度”報文。非調(diào)度通信在預定調(diào)度時間表之外的時間進行。LAS按活動表發(fā)布一個傳輸令牌PT給一個設備，得到這個令牌的設備就被允許發(fā)送信息，直到它發(fā)送完畢或到“最大令牌持有時間”為止。LAS活動表記錄了所有響應傳輸令牌PT的設備清單。報文可以發(fā)給單個或多個目標。非調(diào)度通信通常用來傳輸組態(tài)信息、診斷、維護信息、報警事件等內(nèi)容。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介除了CD的調(diào)度和令牌傳遞之外，LAS還負責活動表的維護和數(shù)據(jù)鏈路的時間同步。LAS周期性地在總線上發(fā)布節(jié)點探測報文，若探測到新的通信設備，LAS就把新設備加到活動表中，因此各種新的通信設備可以隨時加到現(xiàn)場總線上。這樣，無論在活動表中加入或撤除一個通信設備，LAS都會向所有設備廣播該活動表的改變，使每一臺設備可保存一個當前活動表的改變。此外，LAS還周期性的在總線上廣播一個時間發(fā)布報文，使所有設備正確的擁有相同的數(shù)據(jù)鏈路時間。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介3.現(xiàn)場總線訪問子層現(xiàn)場總線訪問子層FAS屬于FF應用層的一部分，它處于現(xiàn)場總線報文規(guī)范FMS和數(shù)據(jù)鏈路層DLL之間，現(xiàn)場總線訪問子層的作用是使用數(shù)據(jù)鏈路層的調(diào)度和非調(diào)度特點，為FMS和應用進程提供報文傳遞服務。FAS的協(xié)議機制可以劃為三層：FAS服務協(xié)議機制、應用關(guān)系協(xié)議機制、DLL映射協(xié)議機制，它們之間及其與相鄰層的關(guān)系如圖5-7所示。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介1）FAS服務協(xié)議機制

是FMS和應用關(guān)系端點之間的接口。負責把用戶發(fā)來的信息轉(zhuǎn)換為FAS的內(nèi)部協(xié)議格式，并根據(jù)應用關(guān)系端點參數(shù)，為該服務選擇一個合適的應用關(guān)系。反之，根據(jù)應用關(guān)系端點的特征參數(shù)，把FAS的內(nèi)部協(xié)議格式轉(zhuǎn)換成用戶可接受的格式，并傳送給上層。2）DLL映射協(xié)議機制

它將來自應用關(guān)系協(xié)議機制的FAS內(nèi)部協(xié)議格式轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)鏈路層DLL可接受的服務格式，并送給DLL。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介3）應用關(guān)系協(xié)議機制應用關(guān)系協(xié)議機制是FAS層的中心，它包括三種由虛擬通信關(guān)系VCR來描述的服務類型：客戶/服務器、報告分發(fā)和發(fā)布/接收三種VCR服務類型，它們的區(qū)別主要在于FAS如何應用數(shù)據(jù)鏈路層進行報文傳輸。客戶/服務器VCR服務：是實現(xiàn)現(xiàn)場總線設備間排隊的、非調(diào)度的、用戶觸發(fā)的、一對一的通信，主要用于諸如設定值改變、整定參數(shù)的上載/下載等操作員請求。報告分發(fā)VCR服務：是排隊的、非調(diào)度的、用戶觸發(fā)的、一對多的通信，主要用于將現(xiàn)場總線設備發(fā)送的報警信息、趨勢報告給操作站。發(fā)布方/接收VCR服務：是緩沖式的、一對多的通信。主要用于周期性的、受調(diào)度的輸入/輸出信號，如過程變量的測量值、控制結(jié)果的輸出值等。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介4.現(xiàn)場總線報文規(guī)范（FMS）子層現(xiàn)場總線報文規(guī)范(FMS)為用戶應用服務，它以標準的報文格式集，在現(xiàn)場總線上相互發(fā)送報文。FMS描述通信服務、報文格式和用戶應用建立報文所必需的協(xié)議行為。FMS所包含的服務虛擬現(xiàn)場設備(VFD)通信服務上下文管理服務對象字典服務變量訪問服務事件服務上載/下載服務程序調(diào)用服務5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介5.用戶層用戶層，它定義了標準的基于模塊的用戶應用，從而使得設備與系統(tǒng)的集成與互操作更加易于實現(xiàn)。用戶層由功能塊和設備描述語言兩個重要的部分組成。（1）功能塊與功能塊應用進程FF提供一種通用結(jié)構(gòu)，把分散在控制系統(tǒng)或現(xiàn)場的各種功能封裝為相應的功能塊FB，使其公共特征標準化，規(guī)定它們各自的輸入、輸出、算法條件、參數(shù)與塊控制圖，并把它們組成為可在某個現(xiàn)場設備中執(zhí)行的功能塊應用進程FBAP。功能塊的通用結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)開放系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)。簡單一致的功能塊配置，可使功能塊分散在不同制造商產(chǎn)品中，經(jīng)集成、無縫的方式執(zhí)行。定義一致的信息可通過通信自由傳遞，避免了復雜的映射和接口。功能塊應用進程作為用戶層的重要組成部分，用于完成FF總線中的自動化系統(tǒng)功能，它們使得不同制造商產(chǎn)品的混合組態(tài)和調(diào)用更加容易方便。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介FF中定義了模擬量輸入AI、模擬量輸出AO、離散輸入DI、離散輸出DO、比例積分微分PID等10個標準功能塊和19個標準附加功能塊。（2）設備描述設備描述DD是FF總線為實現(xiàn)設備間的可互操作性、支持標準的功能塊操作而采用的一項重要內(nèi)容。它為虛擬現(xiàn)場設備VFD的每一個對象提供了擴展描述，包括參數(shù)標簽、工程單位、要顯示的十進制數(shù)、參數(shù)關(guān)系、量程與診斷菜單等。DD類似于PC機中用來與操作打印機聯(lián)系得驅(qū)動程序，由設備描述語言DDL實現(xiàn)。5DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)概要5.4幾種主要的現(xiàn)場總線簡介5.4.1.3FF網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及主要設備一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡是由一個或者多個網(wǎng)段組成，每個網(wǎng)段一般包含幾個運行儀表、連接件、接口設備、電纜、安全柵，另外還需要一個電源和設在每個網(wǎng)段末端的終端器。FF現(xiàn)場總線的拓撲結(jié)構(gòu)較靈活。通常包括點到點型、帶分支的總線型、菊花鏈型和樹型。同時，這幾種結(jié)構(gòu)還可組合在一起構(gòu)成混合