传统计算机控制系统中，现场仪表和控制器之间均采用一对一的物理连接。这种传输方式一方面要给现场安装、调试及维护带来困难，另一方面难以实现现场仪表的在线参数整定和故障诊断，无法实时掌握现场仪表的实际情况，使得处于最底层的模拟变送器和执行机构成了计算机控制系统中最薄弱的环节。

如图4.1，现场总线采用数字信号传输，允许在一条通信线缆上挂接多个现场设备，而不再需要A/D、D/A等I/O组件。当需要增加现场控制设备时，现场仪表可就近连接在原有的通信线上，无需增设其它任何组件。

从结构上看，DCS实际上是"半分散"、"半数字"的系统，而FCS采用的是一个"全分散"、"全数字"的系统架构。FCS的技术特征可以归纳为以下几个方面:①全数字化通信――现场信号都保持着数字特性，现场控制设备采用全数字化通信。②开放型的互联网络――可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。③互可操作性与互用性――互操作性的含义是指来自不同制造厂的现场设备可以互相通信、统一组态;而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。④现场设备的智能化――总线仪表除了能实现基本功能之外，往往还具有很强的数据处理、状态分析及故障自诊断功能，系统可以随时诊断设备的运行状态。⑤系统架构的高度分散性――它可以把传统控制站的功能块分散地分配给现场仪表，构成一种全分布式控制系统的体系结构。

现场总线标准经历了十多年的纷争，1999年8月形成了一个由8个类型组成的IEC61158现场总线国际标准，分别是:TS61158、ControlNet、PROFIBUS、P-Net、FF-HSE、SwiftNet、WorldFIP和Interbus。IEC 61158国际标准只是一种模式，它不改变各组织专有的行规，各种类型都是平等的，其中Type2~Type8需要对Type1提供接口，而标准本身不要求Type2~Type8之间提供接口，目的就是为了保护各自的利益。2001年8月制定出由10种类型现场总线组成的第三版现场总线标准，在原来8种现场总线基础上增加FF H1和PROFInet。

归纳起来，P-Net和SwiftNe 是用于有限领域的专用现场总线，ControlNet、PROFIBUS、WorldFIP和Interbus是由PLC为基础的控制系统发展起来的现场总线，FF H1和HSE是由传统DCS发展起来的现场总线，总线功能较为复杂和全面，它们是IEC推荐的国际现场总线标准。目前在楼宇自控领域，Lonworks和CAN总线具有一定的优势;在过程自动化领域，过渡型的HART协议也将是近期内智能化仪表主要的过渡通信协议。相比较而言，FF和PROFIBUS是过程自动化领域中最具竞争力的现场总线，它们得到了众多著名自动化仪表设备厂商的支持，也具有相当广泛的应用基础。

现场总线是顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术，其发展的初衷是用数字通信代替一对一的I/O连接方式，把数字通信网络延伸到工业过程现场。根据IEC和美国仪表协会ISA的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。

随着现场总线技术与智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录)的发展，这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统，即现场总线控制系统(简称FCS)。FCS作为新一代控制系统，采用了基于开放式、标准化的通信技术，突破了DCS采用专用通信网络的局限;同时还进一步变革了DCS中"集散"系统结构，形成了全分布式系统架构，把控制功能彻底下放到现场。

简而言之，现场总线将把控制系统最基础的现场设备变成网络节点连接起来，实现自下而上的全数字化通信，可以认为是通信总线在现场设备中的延伸，把企业信息沟通的覆盖范围延伸到了工业现场。

《现场总线控制系统及其应用》为火电机组控制工程应用技术丛书之一，主要论述了现场总线控制系统基本概念、工作原理及其工程应用。全书共分9章，讨论了现场总线概论、现场总线通信系统、现场总线没备、现场总线控制系统功能块、现场总线控制系统的工程设计、现场总线控制系统的工程实施、现场总线控制系统的可靠性与安全性、现场总线控制系统的调试以及现场总线控制系统的应用实例。其中前四章为基础部分，后五章为应用部分。《现场总线控制系统及其应用》适用于从事现场总线控制系统工作的技术人员、设计人员、管理人员，以及自动化、测控技术与仪器等专业的本科生或研究生。由于该书提供了大量的图表、数据和设计规范，也可作为工具书使用。

第1章概述

1.1总线

1.1.1总线

1.1.2总线的特点

1.1.3现场总线的发展

1.1.4现场总线的展望

1.2现场总线选用准则

1.2.1选用现场总线的准则

1.2.2典型现场总线技术

1.3现场总线控制系统的构成

1.3.1现场总线控制系统的基本构成

1.3.2现场总线控制系统构成示例

1.3.3几个容易混淆的概念

1.3.4现场总线控制系统体系框架

第2章数据通信基础2

2.1计算机网络及其拓扑结构

2.1.1计算机网络及局域网

2.1.2网络拓扑

2.1.3开放系统互连参考模型

2.2现场总线基本概念

2.2.1现场总线的基本术语

2.2.2现场总线的基本操作

2.3数据通信基础

2.3.1数据通信的信号

2.3.2编码技术

2.3.3数字数据的传输

2.3.4通信传输媒体

2.3.5通信媒体共享技术

2.4差错控制和流量控制

2.4.1产生差错的原因

2.4.2错误检测

2.4.3差错控制和纠正

2.4.4流量控制

2.5数据交换技术

2.5.1电路交换

2.5.2报文交换

2.5.3分组交换

2.5.4快速分组交换

2.6通信媒体存取控制技术

2.6.1IEEE802.3协议

2.6.2IEEE802.4通信协议

2.6.3IEEE802.5通信协议

2.6.4IEEE802.2通信协议

2.6.5基金会现场总线的通信媒体访问协议

2.7网络互连

2.7.1TCP/IP

2.7.2现场总线的高层协议

2.7.3网络管理协议

2.8现场总线控制系统中的模块及其属性

2.8.1现场总线设备的模块

2.8.2常用功能模块

2.8.3功能模块组态示例

第3章现场总线模型

3.1开放系统互连参考模型

3.1.1开放系统互连参考模型的结构

3.1.2开放系统互连模型的分层和功能

3.2现场总线通信模型

3.2.1现场总线通信模型的特点

3.2.2现场总线通信模型

3.3OPC技术

3.3.1OPC技术

3.3.2OPC技术的应用

第4章现场总线技术

4.1典型现场总线和性能比较

4.1.1典型现场总线

4.1.2现场总线的比较

4.2基金会现场总线

4.2.1基金会现场总线的通信

4.2.2基金会现场总线的功能

4.3PROFIbus

4.3.1过程现场总线的分类和通信

4.3.2过程现场总线的功能实现

4.3.3过程现场总线的实现

……

第5章现场总线设备

第6章现场总线控制系统

附录一部分现场总线压力变送器所带功能块

附录二部分现场总线流量仪表所带功能块

附录三部分现场总线产品的性能

附录四功能模块允许的操作模式

附录五已在FF注册现场总线设备

参考文献

DCS与现场总线作为目前自控领域广泛使用的技术，具有许多优势。《DCS与现场总线控制系统》力图通过对DCS与现场总线基本原理、通信协议、系统结构以及应用案例等方面的阐述和分析，展现DCS与现场总线技术的基本概貌、工程应用和实施细节。

《DCS与现场总线控制系统》可供控制工程领域、仪器仪表工程领域的硕士研究生以及高校自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化等专业的学生作教材或参考书使用，也可供从事工业自动化和仪器仪表领域的工程技术人员参考使用。