现场总线控制系统FCS样本

第一章现场总线控制系统（FCS）

第一节概述

现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FCS）是继基地式气动

仪表控制系统、电动单元组合式模仿仪表控制系统、集中式数字控制系

统、集散控制系统（DCS）后新一代控制系统。由于它适应了工业控制

系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展方向，给自动化系统最后顾

客带来更大实惠和更多以便，并促使当前生产自动化仪表、集散控制系

统、可编程控制器（PLC）产品面临体系构造、功能等方面重大变革，导

致工业自动化产品又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪自

控新技术。

一、现场总线发展

随着控制、计算机、通信、网络等技术发展，信息互换领域正在迅速覆

盖从工厂现场设备层到控制、管理各个层次，从工段、车间、工厂、公

司乃至世界各地市场。信息技术飞速发展，引起了自动化系统构造变革,

逐渐形成以网络集成自动化系统为基本公司信息系统。现场总线

（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来新技术。

L什么是现场总线

现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向

串行多节点数字通信系统，也被称为开放式、数字化、多点通信底层控

制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面自动化系统中具备

广泛应用前景。

现场总线技术将专用微解决器置入老式测量控制仪表，使它们各自

都具备了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把各种测

量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范通信合同，在位于现场各

种微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现

数据传播与信息互换，形成各种适应实际需要自动控制系统。简而言之,

它把单个分散测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们

连接成可以互相沟通信息、共同完毕自控任务网络系统与控制系统。它

给自动化领域带来变化，正如众多分散计算机被网络连接在一起，使计

算机功能、作用发生变化。现场总线则使自控系统与设备具备了通信能

力，把它们连接成网络系统，加入到信息网络行列。因而把现场总线技

术说成是一种控制技术新时代开端并但是分。

现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来。随着微解决器

与计算机功能不断增强和价格急剧减少，计算机与计算机网络系统得到

迅速发展，而处在生产过程底层测控自动化系统，采用一对一连线，用

电压、电流模仿信号进行测量控制，或采用自封闭式集散系统，难以实

现设备之间以及系统与外界之间信息互换，使自动化系统成为“自动化

孤岛”。要实现整个公司信息集成，要实行综合自动化，就必要设计出一

种能在工业现场环境运营、性能可靠、造价低廉通信系统，形成工厂底

层网络，完毕现场自动化设备之间多点数字通信，实现底层现场设备之

间以及生产现场与外界信息互换。

现场总线就是在这种实际需求驱动下应运而生。它作为过程自动

化、制造自动化、楼宇、交通等领域现场智能设备之间互连通信网络，沟

通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间联系，

为彻底打破自动化系统信息孤岛创造了条件。

现场总线控制系统既是一种开放通信网络，又是一-种全分布控

制系统。它作为智能设备联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点智

能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补

偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化综合自动化

功能，这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为重要

内容综合技术。

由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展方

向，它一经产生便成为全球工业自动化技术热点，受到全世界普遍关注。

现场总线浮现，导致当前生产自动化仪表、集散控制系统、可编程控制

器在产品体系构造、功能构造方面较大变革，自动化设备制造厂家被迫

面临产品更新换代又一次挑战。老式模仿仪表将逐渐让位于智能化数字

仪表，并具备数字通信功能。浮现了一批集检测、运算、控制功能于一

体变送控制器；浮现了可集检测温度、压力、流量于一身多变量变送器;

浮现了带控制模块和具备故障信息执行器；并由此大大变化了既有设备

维护管理办法。

2.现场总线发展

50年代此前，由于当时生产规模较小，检测控制仪表尚处在发展初

级阶段，所采用仅仅是安装在生产设备现场、只具备简朴测控功能基地

式气动仪表，其信号仅在本仪表内起作用，普通不能传送给别仪表或系

统，即各测控点只能成为封闭状态，无法与外界沟通信息，操作人员只

能通过生产现场巡视，理解生产过程状况。

随着生产规模扩大，操作人员需要综合掌握多点运营参数与信息，

需要同步按多点信息实行操作控制，于是浮现了气动、电动系列单元组

合式仪表，浮现了集中控制室。生产现场各处参数通过统一模仿信号，如

0.02〜0.IMPa气压信号，0〜10mA,4〜20nA直流电流信号，1〜5V直流

电压信号等，送往集中控制室。操作人员可以坐在控制室纵观生产流程

各处状况，可以把各单元仪表信号按需要组合成复杂控制系统。

由于模仿信号传递需要一对一物理连接，信号变化缓慢，提高计算

速度与精度开销、难度都较大，信号传播抗干扰能力也较差，人们开始

谋求用数字信号取代模仿信号，浮现了直接数字控制。由于当时数字计

算机技术尚不发达，价格昂贵，人们企图用一台计算机取代控制室几乎

所有仪表盘，浮现了集中式数字控制系统c但由于当时数字计算机可靠

性还较差，一旦计算机浮现某种故障，就会导致所有控制回路瘫痪、生

产停工严重局面，这种危险也集中系统构造很难为生产过程所接受。

随着计算机可靠性提高，价格大幅度下降，浮现了数字调节器、

可编程控制器以及由各种计算机递阶构成集中管理、分散控制相结合集

散控制系统。这就是今天正在被许多公司采用DCS系统。DCS系统中，测

量变送仪表普通为模仿仪表，因而它是一种模仿数字混合系统。这种系

统在功能、性能上较模仿仪表、集中式数字控制系统有了很大进步，可

在此基本上实现装置级、车间级优化控制。但是，在DCS系统形成过程

中，由于受计算机系统初期存在系统封闭这一缺陷影响，各厂家产品自

成系统，不同厂家设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，构成

更大范畴信息共享网络系统存在诸多困难。

新型现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用网络封闭系

统来实现所导致缺陷，把基于封闭、专用解决方案变成了基于公开化、

原则化解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一合同规范自动化设

备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化各种功能；同步把

DCS集中与分散相结合集散系统构造，变成了新型全分布式构造，把控制

功能彻底下放到现场，依托现场智能设备自身便可实现基本控制功能。

现场总线之因此具备较高测控能力指数，一是得益于仪表微机化，二

是得益于设备通信功能。把微解决器置入现场自控设备、使设备具备数

字计算和数字通信能力，一方面提高了信号测量、控制和传播精度，同

步为丰富控制信息内容，实现其远程传送创造了条件。在现场总线环境

下，借助设备计算、通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真

正分散在现场完整控制系统，提高控制系统运营可靠性。还可借助现场

总线网段以及与之有通信连接其她网段，实现异地远程自动控制，如操

作远在数百公里之外电气开关等。还可提供老式仪表所不能提供如阀门

开关动作次数、故障诊断等信息，便于操作管理人员更好、更进一步地

理解生产现场和自控设备运营状态。

1984年，美国仪表协会(ISA)下属原则与实行工作组中ISA/SP50

开始制定现场总线原则；1985年，国际电工委员会决定由ProwayWorking

Group负责现场总线体系构造与原则研究制定工作；1986年，德国开始

制定过程现场总线(ProcessFieldbus)原则，简称为PROFIBUS,由此

拉开了现场总线原则制定及其产品开发序幕。

1992年，由Siemens,Rosemount,ABB,Foxboro,Yokogawa等80

家公司联合，成立了ISP(InteroperableSystemProtocol)组织，着

手在PROFIBUS基本上制定现场总线原则。1993年，以Honeywell,Bailey

等公司为首，成立了WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol)

组织，有120各种公司加盟该组织，并以法国原则FIP为基本制定现场

总线原则。此时各大公司均已苏醒地结识到，现场总线应当有一种统一

国际原则，现场总线技术势在必行。但总线原则制定工作并非一帆风顺,

由于行业与地区发展历史等因素，加之各公司和公司集团受自身商业利

益驱使，致使总线原则化工作进展缓慢。

1994年，ISP和WorldFIP北美某些合并，成立了现场总线基

金会(FieldbusFoundation,简标FF),推动了现场总线原则制定和

产品开发，于1996年第一季度颁布了低速总线H1原则，安装了示范系

统，将不同厂商符合FF规范仪表互连为控制系统和通信网络，使H1低

速总线开始步入实用阶段。

与此同步，在不同行业还陆续派生出某些有影响总线原则。它们大

都在公司原则基本上逐渐形成，并得到其她公司、厂商、顾客以至于国

际组织支持。如德国Bosch公司推出CAN(ControlAreaNetwork),美

国Echelon公司推出LonWorks等。大千世界，众多行业，需求各异，加

上要考虑已有各种息线产品投资效益和各公司商业利益，预测在此后一

段时期内，会浮现几种现场总线原则共存、同毕生产现场有几种异构网

络互连通讯局面。但发展共同遵从统一原则规范，真正形成开放互连系

统，是大势所趋。

3.现场总线特点

⑴系统开放性：开放是指对有关原则一致性、公开性，强调对原则

共识与遵从。一种开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相似原

则其她设备或系统连接。通信合同一致公开，各不同厂家设备之间可实

现信息互换。现场总线开发者就是要致力于建立统一工厂底层网络开放

系统。顾客可按自己需要和考虑，把来自不同供应商产品构成大小随意

系统。通过现场总线构筑自动化领域开放互连系统。

⑵互可操作性与互用性：互可操作性，是指实现互连设备间、系统

间信息传送与沟通；而互用则意味着不同生产厂家性能类似设备可实现

互相替代。

⑶现场设备智能化与功能自治性：它将传感测量、补偿计算、工程

量解决与控制等功能分散到现场设备中完毕，仅靠现场设备即可完毕自

动控制基本功能，并可随时诊断设备运营状态。

（4）系统构造高度分散性：现场总线已构成一种新全分散性控制系统

体系构造。从主线上变化了既有DCS集中与分散相结合集散控制系统体

系，简化了系统构造，提高了可靠性。

⑸对现场环境适应性：工作在生产现场前端，作为工厂网络底层现

场总线，是专为现场环境而设计，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射

频、红外线、电力线等，具备较强抗干扰能力，能采用两线制实现供电

与通信，并可满足本质安全防爆规定等。

⑹节约硬件数量与投资：由于现场总线系统中分散在现场智能设备

能直接执行各种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器数量,

不再需要单独调节器、计算单元等，也不再需要DCS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PC机作为操作站，从而节

约了一大笔硬件投资，并可减少控制室占地面积。

⑺节约安装费用：现场总线系统接线十分简朴，一对双绞线或一条

电缆上普通可挂接各种设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架用量大大减

少，连线设计与接头校对工作量也大大减少。当需要增长现场控制设备

时，无需增设新电缆，可就近连接在原有电缆上，既节约了投资，也减

少了设计、安装工作量。据关于典型实验工程测算资料表白，可节约安

装费用60%以上。

⑻节约维护开销：由于现场控制设备具备自诊断与简朴故障解决能

力，并通过数字通讯将有关诊断维护信息送往控制室，顾客可以查询所

有设备运营，诊断维护信息，以便初期分析故障因素并迅速排除，缩短

了维护停工时间，同步由于系统构造简化，连线简朴而减少了维护工作

量。

⑼顾客具备高度系统集成积极权：顾客可以自由选取不同厂商所提

供设备来集成系统。避免因选取了某一品牌产品而被“框死”了使用设

备选取范畴，不会为系统集成中不兼容合同、接口而一筹莫展。使系统

集成过程中积极权牢牢掌握在顾客手中。

⑩提高了系统精确性与可靠性：由于现场总线设备智能化、数字化,

与模仿信号相比，它从主线上提高了测量与控制精准度，减少了传送误

差。同步，由于系统构造简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加

强，减少了信号来回传播，提高了系统工作可靠性。

4.几种有影响现场总线技术

(1)基金会现场总线

基金会现场总线(FF,FoundationFieldbus)是在过程自动化

领域得到广泛支持和具备良好发展前景技术。其前身是以美国

Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB.西门子等80家

公司制定ISP合同和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司

制定worldFIP合同。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线

基金会，致力于开发出国际上统一现场总线合同。它以ISO/OSI开放系

统互连模型为基本，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型相

应层次，并在应用层上增长了顾客层。顾客层重要针对自动化测控应用

需要，定义了信息存取统一规则，采用设备描述语言规定了通用功能块

集。由于这些公司是该领域自控设备重要供应商，对工业底层网络功能

需求理解透彻，也具备足以左右该领域现场自控设备发展方向能力，因

而由它们构成基金会所颁布现场总线规范具备一定权威性。

基金会现场总线分低速111和高速H2两种通信速率。111传播速

率为3L25kbps,通信距离可达1900m(可加中继器延长),可支持总线

供电，支持本质安全防爆环境，H2传播速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，

其通信距离分别为750m和500mo物理传播介质可支持双绞线、光缆和无

线发射，合同符合IEC1158-2原则。其物理媒介传播信号采用曼彻斯特

编码。

基金会现场总线重要技术内容涉及FF通信合同；用于完毕开放互连

模型中第2~7层通信合同通信栈(CommunicationStack)；用于描述设

备特性、参数、属性及操作接口DDL设备描述语言、设备描述字典；用

于实现测量、控制、工程量转换等应用功能功能块；实现系统组态、调

度、管理等功能系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统系统

集成技术。1996年在芝加哥举办ISA96展览会上，由现场总线基金会组

织实行，初次向世界展示了来自40多家厂商70各种符合FF合同产品，并

将这些分布在不同楼层展览大厅不同展台上FF展品，用醒目橙红色电缆,

互连为七段现场总线演示系统，各展台现场设备之间可实地进行现场互

操作，呈现了基金会现场总线基本概貌。

⑵LonWorks

LonWorks是又一具备强劲实力现场总线技术。它是由美国

Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正

式发布而形成。它采用了TSO/0SI模型所有七层通讯合同，采用了面向

对象设计办法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设立，其通信

速率从300bps至1.5Mbps不等，直接通信距离可达2700m(78kbps,双

绞线)；支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等各种通

信介质，并开发了相应本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。

LonWorks技术所采用LonTalk合同被封装在称之为Neuron神经

元芯片中而得以实现。集成芯片中有3个8位CPU,一种用于完毕开放互

连模型中第1和第2层功能，称为媒体访问控制解决器，实现介质访问

控制与解决；第二个用于完毕第3〜6层功能，称为网络解决器，进行网

络变量寻址、解决、背景诊断、途径选取、软件计时、网络管理，并负

责网络通信控制，收发数据包等。第三个是应用解决器，执行操作系统

服务与顾客代码。芯片中还具备存储信息缓冲区，以实现CPU之间信息

传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。

Echelon公司技术方略是勉励各OEM开发商运用LonWorks技术和神

经元芯片，开发自己应用产品，据称当前已有2600多家公司在不同限度

上卷入了LonWorks技术，1000多家公司已经推了LonWorks产品，并进

一步组织起LonMARK互操作协会，开发推广LonWorks技术与产品。它己

被广泛应用在楼字自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运

送、工业过程控制等行业。此外，在开发智能通信接口、智能传感器方

面，Lonworks神经元芯片也具备独特优势c

⑶PR0FIBUS

PROFIBUS是德国国标DIN19245和欧洲原则EN50170现场总线原

则。由PROFTBUS-DP,PROFTBUS-FMS,PROFTBUS-PA构成了PR0FIBUS系

列。DP型用于分散外设间高速数据传播，适合于加工自动化领域应用。

FMS意为现场信息规范，PROFIBUS-FMS合用于纺织、楼宇自动化、可编

程控制器、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化总线类型，它遵从

IECU58-2原则。该项技术是由西门子公司为主十几家德国公司、研究所

共同推出。它采用了0SI模型物理层、数据链路层。FMS还采用了应用层。

传播速率为9.6kbps〜12Mbps,最大传播距离在12Mbps时为100m,

1.5Mbps时为400m,可用中继器延长至10kmo其传播介质可以是双绞线,

也可以是光缆。最多可挂接127个站点。可实现总线供电与本质安全防

(4)CAN

CAN是控制局域网络(ControlAreaNetwork)简称，最早由德

国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间数据通信。其总

线规范现已被ISO国际原则组织制定为国际原则。由于得到了Motorola,

Intel,Philip,Siemence,NEC等公司支持，它广泛应用在离散控制领

域。CAN合同也是建立在国际原则组织开放系统互连模型基本上，但是,

其模型构造只有三层，即只取OST底层物理层、数据链路层和顶层应用

层。其信号传播介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps/40m,直接传

播距离最远可达10km/5kbpso可挂接设备数最多可达110个。

CAN信号传播采用短帧构造，每一•帧有效字节数为8个，因而传播时

间短，受干扰概率低。当节点严重错误时，具备自动关闭功能，以切断

该节点与总线联系，使总线上其她节点及其通信不受影响，具备较强抗

干扰能力。

⑸HART

HART是HighwayAddressableRemoteTransducer缩写，最早由

Rosemount公司开发并得到八十多家知名仪表公司支持，于1993年成立

了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感器高速通道开放通信合

同，其特点是在既有模仿信号传播线上实现数字信号通信，属于模仿系

统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前过渡时期具备较强市

场竞争能力，得到了较快发展。

它规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令，第一类称

为通用命令，这是所有设备都理解、执行命令；第二类称为普通行为命

令，所提供功能可以在许多现场设备中实现，此类命令涉及最惯用现场

设备功能库；第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功

能，此类命令既可以在基金会中开放使用，又可觉得开发此命令公司所

独有。在一种现场设备中普通可发现同步存在这三类命令。

HART采用统一设备描述语言DDLo现场设备开发商采用这种原则语

言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们

编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备特性参数而不

必为这些设备开发专用接口。但由于这种模仿数字混合信号制，导致难

以开发出一种能满足各公司规定通信接口芯片。

HART能运用总线供电，可满足本质安全防爆规定，并可构成由手持

编程器与管理系统主机作为主设备双主设备系统。

在背面章节中，将较为详细地简介基金会现场总线技术及应用实例。

二、基金会现场总线特性

基金会现场总线系统是为适应自动化系统、特别是过程自动化系

统在功能、环境与技术上需要而专门设计，它可以工作在工厂生产现场

环境下，能适应本质安全防爆规定，还可通过传播数据总线为现场设备

提供工作电源。

这种现场总线原则是由现场总线基金会(FieldbusFoundation)组

织开发。它得到了世界上重要自控设备供应商广泛支持，在北美、亚太、

欧洲等地区具备较强影响力。现场总线基金会目的是致力于开发出统一

原则现场总线，并已于1996年一季度颁布了低速总线H1原则，安装了

示范系统，将不同厂商符合FF规范仪表互连为控制系统和通信网络。使

H1低速总线步入实用阶段。

基金会现场总线系统是开放，可由来自不同制造商测量、控制设备构

成。这些制造商所设计开发设备遵循相似合同规范。在产品开发期间，通

过一致性测试，保证产品与合同规范一致性。当把不同制造商产品连接

于同一网络系统时，作为网络节点各设备间应可实现互操作。同步还容

许不同厂商生产相似功能设备之间进行互相替代。

基金会现场总线最大特色就在于它不但仅是一种总线，并且是

一种系统。是网络系统，也是自动化系统c它作为新型自动化系统，区

别于此前各种自动化系统特性就在于它所具备开放型数字通信能力，它

使自动化系统具备了网络化特性。而它作为一种通信网络，有别于其她

网络系统特性则在于它位于工业生产现场，其网络通信是环绕完毕各种

自动化任务进行。

基金会现场总线系统作为全分布式自动化系统，要完毕重要功能是对工

业生产过程各个参数进行测量、信号变送、控制、显示、计算等，实现

对生产过程自动检测、监视、自动调节、顺序控制和自动保护，保障工

业生产处在安全、稳定、经济运营状态。这里全分布式自动化系统是相

对DCS而言o

当前在工业生产中广为采用DCSo它打破了计算机控制系统发展初期由单

台计算机统管整个车间甚至工厂集中控制模式，把整个生产过程分解为

各种子系统，由多台计算机共同协作完毕自控系统功能，每台计算机或

微解决器独立承担其中某一某些功能，这种系统长处是针对集中控制模

式中危险也集中弊端，但在其系统物理构造上，依然为数字控制器与模

仿变送器构成模仿一数字混合系统。模仿变送器位于工艺设备生产现场,

而控制器普通位于集中控制室。从构成控制系统信号流角度来看，在现

场把被控参数转换为测量信号后，被送往位于集中控制室控制器，经控

制运算后，再把所得到操作信号由控制室送往位于生产现场调节阀或控

制电机，这样，虽然是一种简朴回路控制系统，其信号必经途径也将会

较长，因而会引起许多弊端和隐患。例如在控制室与现场之间连线浮现

断线或短路故障时，控制室计算机或控制器将对生产现场失去控制，而

单凭现场仪表又不能实现控制功能，会给生产导致影响。

现场总线全分布式自动化系统则把控制功能完全下放到现场。仅由

现场仪表即可构成完整控制功能。由于基金会现场总线现场变送、执行

仪表（如下也称之为现场设备）内部都具备微解决器，现场设备内部可

以装人控制计算模块，只需通过都处在现场变送、执行器之间连接，便

可构成控制系统。这个意义上全分布无疑将增强系统可靠性和系统组织

灵活性。固然，这种控制系统还可以与别系统或控制室计算机进行信息

互换，构成各种高性能控制系统。

基金会现场总线系统作为低带宽通信网络，把具备通信能力、同步

具备控制、测量等功能现场自控设备作为网络节点，由现场总线把它们

互连为网络。通过网络上各节点间操作参数与数据调用，实现信息共享

与系统各项自动化功能。各网络节点现场设备内具备通信接受、发送与

通信控制能力。它们各项自动化功能是通过网络节点间信息传播、连接、

各某些功能集成而共同完毕，因而称之为网络集成自动化系统。网络集

成自动化系统目是实现人与人、机器与机器、人与机器、生产现场运营

控制信息与办公室管理指挥信息沟通和一体化。借助网络信息传播与数

据共享，构成各种复杂测量、控制、计算功能，更有效、以便地实现生

产过程安全、稳定、经济运营，并进一步实现管控一体化。

基金会现场总线作为工厂底层网络，相对普通广域网、局域网而言,

它是低速网段，其传播速率典型值为31.25kbps,1Mbps和2.5Mbps。它

可以由单一总线段或多总线段构成，也可以由网桥把不同传播速率、不

同传播介质总线段互连而构成。网桥在不同总线段之间透明地转换传送

信息。还可以通过网关或计算机接口板，将其与工厂管理层网段挂接，彻

底打破了近年来未曾解决自动化信息孤岛格局，形成了完整工厂信息网

络。

基金会现场总线环绕工厂底层网络和全分布自动化系统这两个方面

形成了它技术特色。其重要技术内容有：

(1)基金会现场总线通信技术。它涉及基金会现场总线通信模型、通

信合同、通信控制器芯片、通信网络与系统管理等内容。它涉及一系列

与网络有关硬、软件，如通信栈软件，被称之为圆卡仪表用通信接口卡,

FF与计算机接口卡，各种网关、网桥、中继器等。它是现场总线核心基

本技术之一，无论定于现场总线设备开发制造单位，还是系统设计单位、

系统集成商以至顾客，都具备重要作用。

(2)原则化功能块(FB,FunctionBlock)与功能块应用进程(FBAP,

FunctionBlockApplicationProcess)o它提供一种通用构造，把实

现控制系统所需各种功能划分为功能模块，使其公共特性原则化，规定

它们各自输入、输出、算法、事件、参数与块控制图，并把它们构成为

可在某个现场设备中执行应用进程。便于实现不同制造商产品混合组态

与调用。功能块通用构造是实现开放系统构架基本，也是实现各种网络

功能与自动化功能基本。

(3)设备描述(DD：DeviceDescription)与设备描述语言(DDL,Device

DescriptionLanguage)o为实现现场总线设备互操作性，支持原则功能

块操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述为控制系统理

解来自现场设备数据意义提供必须信息，因而也可以看作控制系统或主

机对某个设备驱动程序，即设备描述是设备驱动基本。设备描述语言是

一种用以进行设备描述原则编程语言。采用设备描述编译器，把DDL编

写设备描述源程序转化为机器可读输出文献。控制系统正是凭借这些机

器可读输出文献来理解各制造商设备数据意义。现场总线基金会把基金

会原则DD和经基金会注册过制造商附加DD写成CD-ROM,提供应顾客。

(4)现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间接口技

术。在现场总线产品开发中，常采用OEM集成办法构成新产品，已有多

家供应商向市场提供FF集成通信控制芯片、通信栈软件、圆卡等。把这

些部件与其她供应商开发、或自行开发、完毕测量控制功能部件集成起

来，构成现场智能设备新产品。要将总线通信圆卡与实现变送、执行功

能部件构成一种有机整体，要通过FFPC接口卡将总线上数据信息与上位

各种(即人机接口)软件、高档控制算法融为一体，尚有许多智能仪

表自身及其与通信软硬件接口开发工作要做。如与MMI软件连接中OPC

技术。OPC技术是指用于过程控制对象链接嵌入(OLE,ObjectLinkingand

Embedding）技术。OLE是Microsoft公司在PC机中采用PC组件（PC

Component）技术。把这一技术引入到过程控制系统，使现场总线控制

系统较容易地与既有计算机平台结合起来，使工厂网络各个层次可以在

网络上共享数据与信息。可以以为，OPC技术是实现数据开放式传播基本。

（5）系统集成技术。它涉及通信系统与控制系统集成，如网络通信系

统组态、网络拓扑、配线、网络系统管理、控制系统组态、人机接口、

系统管理维护等。这是一项集控制、通信、计算机、网络等多方面知识，集

软硬件于一体综合性技术。它在现场总线技术开发初期，在技术规范、通

信软硬件尚不十提成熟之时，具备其特殊意义。对系统设计单位、顾客、

系统集成商更是具备重要作用。

（6）系统测试技术。涉及通信系统一致性与互可操作性测试技术、总

线监听分析技术、系统功能和性能测试技术。一致性与互可操作性测试

是为保证系统开放性而采用重要办法。普通要经授权过第三方认证机构

作专门测试，验证符合统一技术规范后，将测试成果交基金会登记注册，

授予FF标志。只有具备了FF标志现场总线产品，才是真正FF产品，其

通信一致性与系统开放性才有相应保障。有时，对由具备FF标志现场设

备所构成实际系统，还需进一步进行互可操作性测试和功能性能测试，

以保证系统正常运转，并达到所规定性能指标。总线监听分析用于测试判

断总线上通信信号流通状态，以便于通信系统调试、诊断与评价。对由现

场总线设备构成自动化系统，功能、性能测试技术还涉及对其实现各种控

制系统功能能力、指标参数测试。并可在测试基本上进一步开展对通信

系统、自动化系统综合指标评价。

第二节FCS硬件构成

和老式DCS控制系统不同，FCS是总线网络，所有现场表都是一种网

络节点，并挂接在总线上，每一种节点都是一种智能设备，因而FCS中

已经不存在现场控制站，只需要工业PC即可。在现场总线控制系统中，以

微解决器为基本现场仪表已不再是老式意义上变送或执行单元，而是同

步起着数据采集、控制、计算、报警、诊断、执行和通信作用。每台仪

表均有自己地址与同一通道上其他仪表进行区别。所有现场表均可采用

总线供电方式，即电源线和信号线共用一对双绞线。在本质安全状况下

使用时，必要使用现场总线安全栅SB302。

Smar公司是生产FCS最早生产厂家，下面以此为例简介FCS硬件构成。

一、接口设备

接口设备重要指各种计算机和计算机与现场总线之间接口卡件。

1、PC机

2、普通工业PC,带有大屏幕显示屏、打印机、工业键盘和鼠标。另

配有净化电源、UPS电源、操作台、操作椅等，置于操作室内。

3、过程控制接口卡(PCT)

PCI(ProcessControlInterface)是一种高性能接口卡，把先进

过程控制与多通道通信、管理融为一体。该接口卡插在PC底板上，一台

PC最多可插8卡。重要构成如下：

⑴CPU:采用32位超级RISC解决器，完毕PCI卡执行所有通信与

控制功能。

(2)Dual-PortRAM,双口RAM:使PC机与本卡CPU共享16位数据

存储器，为两者提供一种有效通信通路。

⑶ControlLogic,控制逻辑：为PCI卡CPU访问所有器件(NVRAM,

FLASH,DP,TIMER,MODEM等)鉴别部件。

(4)PCBus,PC总线：16位ISA或32位EISA总线。在总线上插入

PCI卡，通过总线访问PCI卡，同步向PCI卡提供电源。

⑸LocalBus,就地总线：是PCI卡内部32位总线，它把CPU连接

到各迅速器件上(NVRAM,FLASH,DP)。

(6)PeripheralBus,外围总线：它是8位外围总线,把CPU与低速

器件相连接(TIMER,MODEM)。

⑺TIMER0-5,定期器：8/16位3通道通用定期器，用做多任务切换

及现场总线通信定期时间基准。

4、(8)MODEMO-3,FieldbusCommunicationController；调制解调

器和现场总线通信控制器：Smar现场总线芯片以31.25Kbps串行

数字通信，它符合ISA-SP50现场总线物理层规范，将士10mA电流

信号送给一种50Q等效负载，产生一种调制在直流电源上IV峰-

峰值电压信号。

5>(9)MAUO-3,FieldbusMediumAttachmentUnit；现场总线附属

单元：属于信号调理及隔离电路。

6、(10)PCT尚有一整套软件，以适应各硬件运营。

7、串行接口(BC1)

BC1是Smar入口级现场总线网络与PC机之间智能接口，具备一种Master

特点，它直接把PC机串行口（RS232）接口到现场总线H1通道，由PC

为其供电。用做便携式现场总线组态器及小工厂监控。软件为Windows

平台。

二、现场总线仪表

Smar公司共有五种现场总线仪表，三种输入仪表：双通道温度变送器

TT3022.差压变送器LD302和三通道输入电流变换器IF302；二种输出

仪表：三通道输出电流变换器FT302；输出气压信号变换器FP302,下

面逐个简介。

1.双通道温度变送器TT302

它将两路温度信号引入现场总线，在现场完毕两路温度信号到现场总线

转换。具备冷端温度补偿，TC及RTD线性化，对特殊传感器有常规线性

化模仿输入。

输入电路析

图2.3.2-1TT302框图

其输入信号有四种类型，七种连接方式：

①热电阻(RTD):二线制、三线制、四线制、温差。

②热电偶(TC):单偶、双偶、温差。

③Q信号：0~100Q；0~400Q；0~/

④mV信号:-6~-2mV；-2〜22mV；-10^100mV；-50~500mV。

硬件构成有：输入板、主板、显示板和液晶显示屏。

⑴输入板

①MUX(Multiplexer),多路调制器:把四种类型，七种接法传感

器信号多路传播到信号调理某些。其内部带有环境温度测量元件，实现

冷端自动温度补偿。

②SignalConditioner,信号调理器：给输入信号加以增益，使之

适合于A/D转换规范。

③A/D,模数转换器：把模仿输入信号转换为数字信号，使之适合

CPU工作。

④PowerIsolation,电源隔离：输入板与主板之间输入信号与控制

信号必要隔开，以保证系统安全工作；总线不与现场直接关联；通过

DC-AC-DC为输入板提供电源。

⑵主板

①CPU,中央解次器：变送器智能某些，进行测量控制、模块执行、

自诊断与通信控制。

②PROM,可编程只读存储器：用于存储操作系统等固定程序。

③EEPROM,电可擦除可编程只读存储器：存储微调、标定、模块组

态及辨认数据。

④RAM,随机存储器：存储暂时数据，掉电时数据丢失。

⑤CommunicationControtter,通信控制器：监视总线动态，调制

与解调通信信号，插入及删除起始与结束分割符。

⑥PowerSupply/SignalShaping,电源/信号整形：电源（9—32VDC）

取自现场总线，为变送器各板供电。同步实现信号整形并连接到现场总

线。

⑦LocalAdjust,就地调节：它有二个磁性开关，可以用磁性工具

触发，不必机械或电接触，用于现场就地编程使用。

⑶显示板

①DisplayController,显示控制器：接受CPU发出数据，使LCD

各字段相应接通。

②显示屏：4位半数字、5字符字母LCD显示屏。

从现场总线角度看，现场总线仪表只是网络节点，只与其功能块互换

信息。

TT302有如下功能块：

①一种物理模块：监视设备工作，设备系列号及出厂信息；

②一种显示传感器模块：相应显示及就地调节；

③二个输入传感器模块：实现冷端温度补偿、引线补偿及微调各种

感测信号，信号类型和连接调节，其输出一定是接到AI功能块输入端（内

部已接好）；

④二个模仿输入AI功能块：实现温度测量，阻尼时间，工程单位

转换等;

⑤一种比例积分微分PID功能块：提供现场PID控制功能；

⑥一种输入信号选取1SS功能块：完毕三入选一选取功能；

⑦一种信号特性化CHAR功能块：用于X-Y坐标转换，使输出特性变

化；

⑥一种通用算术运算ARTII功能块：提供一种标量值输出，实现五入

四出函数运算功能。

2.差压变送器LD302

它将一路压力或差压信号引入现场总线，在现场完毕压力信号到现场总

线转换。用于测量液体、气体或蒸汽表压（Ml-M6）、差压（DI-D4）或

绝压A2f5）；或用于流量（孔板）、液位（L2-L4）测量。其测量某些

运用是电容式差压变送器原理。

硬件构成有：输入板、.主板、显示板和液晶显示屏。其输入板稍有不同,

主板上PROM中操作程序不同，其他某些构造与TT302相似。

从现场总线角度看，现场总线仪表只是网络节点，只与其功能块互换

信息。

LD302有如下功能块：

①一种物理模块；

②一种显示传感器模块；

③一种输入传感器模块：完毕零点微调、量程偏移、温度补偿等功

能;

④一种模仿输入A1功能块：完毕定标、滤波、线性化、平方根等

解决；

⑤一种比例积分微分PID功能块；

⑥一种输入信号选取ISS功能块；

⑦一种信号特性化CHAR功能块；

⑧一种通用算术运算ARTH功能块；

⑨一种累加INTG功能块：完毕积分或累加功能。

3.三通道输入电流变换器IF302

它将三路电流（4-20mA或0-20mA）信号引入现场总线，用于将某些电III

型仪表信号或其他原则信号引入现场总线网络。

硬件构成有：输入板、主板、显示板和液晶显示屏。

主电路板输入电路板

信

号

隔

2

离

器

3

4

图2.3.2-3IF302框图

从现场总线角度看，现场总线仪表只是网络节点，只与其功能块互换

信息。

注意要外接电源。配线简图如图2.3.2-4所示:

图2.3.2-4IF302外部配线图

IF302有如下功能块:

①一种物理模块；

②一种显示传感器模块；

③三个输入传感器模块；

④三个模仿输入AT功能块；

⑤一种比例积分微分PID功能块；

⑥一种输入信号选取ISS功能块；

⑦一种信号特性化CHAR功能块；

⑧一种通用算术运算ARTH功能块；

⑨一种累加INTG功能块。

8、三通道输出电流变换器FI302

它将现场总线数字信号转换成三路电流(4-20mA)信号，用于现场总线

系统对电动调节阀、电气转换器或其他执行器(如：变频调速器)控制。

注意要外接电源，连接方式与上图类似。

硬件构成有：主板、输出板、显示板和液晶显示屏。其中输出板完毕信

号转换、信号隔离、数模转换(D/A),最后输出三路原则4-20曲信号。

主电路板输出电路板

显示

0000控制器

图2.3.2-5FI302框图

从现场总线角度看，现场总线仪表只是网络节点，只与其功能块互换

信息。

FI302有如下功能块：

①一种物理模块；

②一种显示传感器模块；

③三个输出传感器模块；

④三个模仿输出A0功能块；

⑤一种比例积分微分PID功能块；

⑥一种输出信号选取SPLT功能块；

⑦一种输入信号选取ISS功能块；

⑧--种通用算术运算ARTH功能块；

9、输出气压信号变换器FP302

它将现场总线数字信号转换成一路原则气压信号(0.02—O.IMpa),用

于现场总线系统对气动调节阀或气动执行器控制。注意要外接0.14Mpa

(20PSI)气源。

硬件构成有：主板、输出板、显示板和液晶显示屏。其中输出板完毕信

号转换、信号隔离、数模转换(D/A)成模仿电量，通过喷咀挡板机构转

换成气压信号，经功率放大后，一路通过动传感器形成负反馈，另一路

输出原则气压信号0.02—O.IMpa(3-15PSI)到气动执行器。

图2.3.2-6FP302框图

从现场总线角度看，现场总线仪表只是网络节点，只与其功能块互换

信息O

FP302有如下功能块：

①一种物理模决；

②•种显示传感器模块;

③一种输出传感器模块；

④一种模仿输出A0功能块；

⑤一种比例积分微分PID功能块；

⑥一种输出信号选取SPLT功能块；

⑦一种输入信号选取ISS功能块；

⑧一种通用算术运算ARTH功能块；

三、外围设备

如果要构成一种现场总线控制系统，除了接口设备和现场总线仪

表之外，还需要有某些辅助部件，例如：电缆、电源、阻抗匹配器、

端子、接线盒、安全栅及重发器等。

1.专用电源PS302

PS302是一种开关电源，非本安型，具备短路及过流保护，可冗余配

备。

输入电压：90—260VAC,47—440Hz或127—367VDC。

输出：电压：+24V±1%,20mVp-p；电流：0—L5A。

2.电源阻抗匹配器PSI302

PST302为非隔离有源阻抗匹配器，在31.25kHz附近使阻抗呈阻性，防

止信号失真。

3.端子BT302

BT302为总线信号阻抗匹配器，重要抑制反射效应引起失真，它由一

种100Q电阻和1UF电容串联而成。端子必要成对浮现。

4.本质安全栅及重发器SB302

在危险场合使用现场总线必要使用安全栅SB302,它与常规模仿仪表

安全栅不同，既要起隔离作用，又要完毕通信，同步要提供电源，它是

网络一某些。重要参数如下：

・保险丝：安全区250mA,危险区lOOmAo

•隔离：安全区250V,安全区与危险区之间1500V。

・输入电压：24-35VDC,Tmax=120mAo

•输出：在最大电流条件下，栅末端可运用电压11VDC,Im=60mAo

第三节FCS软件构成

现场总线系统最具特色是它通信某些硬软件。但当现场信号传入计

算机后，还要进行一系列解决。它作为一种完整控制系统，依然需要具备

类似于DCS或其她计算机控制系统那样控制软件、人机接口软件，固然,

现场总线控制系统软件有继承DCS等控制软件某些，也有在它们基本上

迈进发展和具备自己特色某些。现场总线控制系统软件是现场总线控制

系统集成、运营重要构成某些。

FCS软件体系重要有组态软件、监控软件、设备管理软件构成。

一、现场总线组态软件SYSCON

组态软件涉及通信组态与控制系统组态。生成各种控制回路，通

信关系。明确系统要完毕控制功能，各控制回路构成构造，各回路采用控

制方式与方略；明确节点与节点间通信关系。以便实现各现场仪表之间、

现场仪表与监控计算机之间以及计算机与计算机之间数据通信。

Smar公司现场总线组态软件SYSCON是一种强有力对顾客非常和谐软

件工具，安装在控制站工控机中，支持Windows95/98,通过一台PC可

以对基于FieldBus系统及现场总线仪表进行组态、维护和操作。即可以

在线组态，也可以离线组态。

组态环节是：一方面进行系统组态、分派地址和指定位号；然后进行

现场总线仪表中功能块组态、连接和参数设立；最后通过安装在工控机

中PCI卡，按照预先设定地址，下装到挂接在每个通道上现场总线仪表

中。下装完毕同步，现场总线仪表便可在Master调度下实现网络通信并

进行控制。

二、惯用功能块

在PCI卡和每台现场总线仪表中均内置有许多功能模块，每个功能块

依照专门算法及内部设立控制参数解决输入，产生输出便于其他功能块

应用。这些模块涉及AI（模仿输入）、A0（模仿输出）、PID（PID运算）、

ISS（输入选取）、ARTH（算术）、INTG（累积）、CHAR（特性化）和SPLT

（输出选取）功能块等17种。顾客可以通过方略组态软件SYSCON对这

些功能模块进行灵活连接来实现自己控制方略。

1、模仿输入（AI）功能块

图2.3.3-1AI功能块

2、AI功能块接受传感器模块数据，可以完毕工艺参数定标、线性化

解决、输入信号滤波、报警、工作方式选取等工作，经解决信号转

换成其他模块可以接受输出。

3、比例积分微分(PID)功能块

BKCAL.OUT

OUT

图2.3.3-2P1D功能块

P1D功能块是控制模块，能完毕P、PI、P1D.前馈和跟踪等功能，即

可以完毕常规调节，又可以完毕串级调节。可以进行工作方式选取、手/

自动切换、滤波时间、报警限、速率限制和无扰切换设立。其给定值和

正、反作用是依照工程规定设立，其增益、积分时间、微分时间是依照

综合应用经验设立。

4、模仿输出(A0)功能块

图2.3.3-3AO功能块

A0功能块从其他功能块接受信号，可以实现工作方式选取、速率限

制、高/低限报警、风开/风关选取和阀位保持等功能。在控制回路中用

作输出单元，其输出一定接到输出传感器模块，并同硬件兼容。

5、通用算术运算(ARTII)功能块

3OUT

图2.3.3-4ARTH功能块

ARTH功能块有IN.IN-1.IN-2.IN-3.IN-4共5个输入端，重要完毕加、

减、乘、除、求和、开方、乘方、超前、清后等运算。它可以完毕8种

运算公式一种运算，每个公式有口.形.1(3*4&5.1(6共6个系数。通过

选取公式和设立系数，可以完毕不同计算任务。

6、输入信号选取(TSS)功能块

图2.3.3-5ISS功能块

7、1SS功能块从多达三个输入中进行选取，并依照组态作用产生一种

输出，例如：高选、低选、选中间值，若需要从二个输入中选取一

种输出是通过IN-D状态是‘0'还是‘1'来控制，它还可以把可

疑值作为好值解决。

8、信号特性化(CHAR)功能块

图2.3.3-6CHAR功能块

CHAR功能块具备二个输入和二个输出，输出是输入非线形函数，由二十

个点X-Y坐标查找表拟定函数关系。IN-1相应OUT-1；IN-2相应OUT-2。

X相应输入，Y相应输出。当BYPASS=1时，IN-1=OUT-1；IN-2=0LT-2o

当REVERSED时，IN-2=Y；OUT-2二X。

9、累加（INTO功能块

RESET_CNT

OUT

OUT.PTRIP

OUT_TRIP

图2.3.3-7INTG功能块

INTG功能块准时间函数对输入变量进行积分或对输入脉冲计数进行

累加。常惯用作流量累积得到一定期间内息质量流量或总体积流量，也

可以累加能量得到总能量。记数可以是正向，也可以是反向。可以使用

坏值。可以设定记数值，时间到通过OUT-TRIP进行控制。

10、输出信号选取(SPLT)功能块

SPLT功能块是控制模块，用作分程控制、顺序控制和输出选取器。当

A-TYPE=1时,SPLT作为输出选取器使用,若IN-D=0,OUT-1输出；若

IN-D=1,OUT-2输出；当A-TYPE=2或3时，，SPLT作为分程器使用,只是

功能不同。

其他九个功能块是AALM、CIAD、CIDD、COAD、CODD、SPG、ABR、DBR、DENS,

若要详细理解，可参照有关参照资料。

三、监控软件

监控软件是必备直接用于生产操作和监视控制软件包，其功能十分

丰富,流行有：FIX、INTOUCH、AIMAX、VISCON等。该系统选用AIMAX,要

完毕重要任务有：

（1）实时数据采集。将现场实时数据送入计算机，并置入实时数据

库相应位置。

（2）常规控制计算与数据解决。如原则PTD,积分分离，超前滞后,

比例，一阶、二阶惯性滤波，高选、低选，输出限位等。

（3）优化控制。在数学模型支持下，完毕监控层各种先进控制功能,

如卡边控制、专家系统、预测控制、人工神经网络控制、模糊控制等。

（4）逻辑控制。完毕如开、停车等顺序启停过程。

（5）报警监视。监视生产过程参数变化，并对信号越限进行相应

解决，如声光报警等。

（6）运营参数画面显示。带有实时数据流程图、棒图显示，历史

趋势显示等。

（7）报表输出。完毕生产报表打印输出。

（8）操作与参数修改。实现操作人员对生产过程人工干预，修改给

定值、控制参数和报警限等。

四、设备管理

自动化仪表设备管理是现场总线仪表发展引出新概念。由于模仿仪表只

能提供过程参数测量信号，不能提供任何别信息，因而设备管理无从谈

起。随着工厂越来越严格质量原则及法规规定，人们对现场测量和控制设

备规定随之提高，不但规定现场设备能提供过程参数测量信息，还要能

提供涉及设备自身及过程某些诊断信息，管理信息等。而由于现场总线仪

表内部各种专用集成电路技术、以及现场总线其她软硬件技术发展，有条

件赋予现场设备更多，更强智能化功能。在现场总线设备通过现场总线传

送数字信号中，除了过程变量测量值以外，还具有设备运营状态信息以

及设备制造商提供设备制造信息等。现场总线设备管理系统目就是充分

发挥智能设备各种功能与信息作用，让它们为提高过程控制和管理水平

服务。这里设备管理涉及对现场总线系统中现场智能仪表管理、操作和

维护。充分运用现场总线仪表所赋予丰富管理信息，直观、全面地反映现

场设备状态，以便把老式经验型，被动维护管理模式，变化成可预测性设

备管理与维护模式。例如Fisher-Rosemount公司推出设备管理系统

(AMS)o

第四节应用实例一炼油厂现场总线控制系统

胜华炼油厂50万吨/年常减压蒸储-氧化沥青联合装置涉及：电

脱盐、三注、初储塔、常压塔、减压塔、氧化沥青、减粘、电精制，加

热炉、减一中蒸汽发生器和公用工程某些，工艺过程复杂，产品数量多，

产品质量规定高。

为了提高生产过程自动化水平，使该装置“安、稳、长、满、优”

运营；为了适应校办工厂必要满足“生产、教学、科研”规定，该装

置采用了三冗余数字化控制系统一现场总线控制系统FCS、工业控制

计算机、Sniar公司302系列现场总线仪表、电HI型仪表和施耐得公司

PLCo

FCS控制系统上位机采用工业PC机作为硬件平台，以WINDOWS95为

操作平台。计算机操作站上人机界面组态是通过美国TA公司AIMAX

组态软件完毕。AIMAX通过驱动程序与FCS和PLC接口。FCS控制方略

组态由SMAR公司开发现场总线组态软件SYSCON来完毕。PLC系统组

态是通过施耐得公司组态软件Modsoft实现。

一、系统硬件配备

1、在进行FCS设计之前，必要做出某些初始考虑，重要有：打算用

什么现场总线仪表，要用到哪些功能块，各需要多少台；需要多少

个通道，需要几块PCI卡等。这一方面要做出控制方案，还要懂得

FCS中有哪些容量限制。

2、FCS中容量限制与规定

⑴每台PC机最多可以插8块PCI卡；

⑵每块PCI卡有4个通道（即4条现场总线）；

⑶每个通道可以挂接16台现场总线仪表；

（4）若是有防爆规定，还要接安全栅。由于每个安全栅只能带4台现

场总线仪表，因而每个通道需要4个安全栅;

⑸每条现场总线两端必要接BT302（成对浮现）；

（6）为了完毕管理现场总线设备之间通信，每个通道必要有一种

'Master'。

2.系统配备

该系统由三台工控机构成互为冗余计算机操作站，每个操作站通过双

屏卡挂接两台显示屏，整个系统可以同步显示6个不同画面，以便满足

同步设4个操作岗位和2个教学岗位规定。每台工控机内插4块过程控

制接口卡（PCI）,每卡有4个通道，每个通道可挂接16块302系列现

场总线仪表，理论上讲4块PCI卡可挂接256块现场总线仪表，依照实

际状况该系统安装了152块现场总线仪表，分挂在所有16条通道上，解

决控制回路63个。为了将现场仪表和控制室间进行隔离，每个通道可挂

接4个总线安全栅SB302,每个安全栅可挂接4块现场总线仪表，使全系

统具备本质安全特性。

考虑到当前现场总线仪表价格仍偏高，不参加控制而只用于显示121

个模仿量和所有53个开关量通过PLC进机。该系统共使用三台PLC,通

过SA85网络适配器和ModiconModbusPlus分支器与系统三台工控机构

成ModbusPlus通讯网络，通信介质采用同轴电缆或屏蔽双绞线，传播

速率可达IMbpso

系统硬件配备图如图2.3.4-1所示:

图2.3.4-1FCS系统硬件配备图

二、