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现场总线控制系统(FCS)

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、

电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）后的新

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、智能化发展的方

向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、

集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致

工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。

一、现场总线的发展

随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂

的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。

信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为

基础的企业信息系统。现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。

1、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

信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、

交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。

现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各

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自都具有了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表

连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个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，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际

需要的自动控制系统。简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总

线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。

它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、

作用发生的变化。现场总线则使自控系统与设备具有了通信能力，把它们连接成网络系统，

加入到信息网络的行列。因此把现场总线技术说成是一个控制技术新时代的开端并不过分。

现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。随着微处理器与计算机功能的

不断增强和价格的急剧降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展，而处于生产过程底

层的测控自动化系统，采用一对一连线，用电压、电流的模拟信号进行测量控制，或采用

自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统

成为“自动化孤岛”。要实现整个企业的信息集成，要实施综合自动化，就必须设计出一

种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价低廉的通信系统，形成工厂底层网络，完成

现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息

交换。

现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。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的互连通信网络，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的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。

现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系

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统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为

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、优化及控管一体化的综合自动化功能，这是一项以智能传感器、控制、计算机、数

字通信、网络为主要内容的综合技术。

由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，它一经产

生便成为全球工业自动化技术的热点，受到全世界的普遍关注。现场总线的出现，导致目

前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器在产品的体系结构、功能结构方面的

较大变革，自动化设备的制造厂家被迫面临产品更新换代的又一次挑战。传统的模拟仪表

将逐步让位于智能化数字仪表，并具备数字通信功能。出现了一批集检测、运算、控制功

能于一体的变送控制器；出现了可集检测温度、压力、流量于一身的多变量变送器；出现

了带控制模块和具有故障信息的执行器；并由此大大改变了现有的设备维护管理方法。

2、现场总线的发展

50年代以前，由于当时的生产规模较小，检测控制仪表尚处于发展