现场总线控制系统的架构

现场总线具有高可靠性、系统稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全符合环境保护要求、造价低廉和系统维护成本低等特点。现场总线控制系统(Fieldbus Control System，FCS)利用现场总线技术，构成了一个开放式、全分布式、可扩展的网络控制系统。其控制过程直接面向现场，现场各智能节点相互独立，又可相互组态。
传统的集散控制系统在现场控制站这一级仍然是一个集中式结构。应用现场总线技术，必将打破原有“控制器”的概念，带来集散控制系统体系结构上的变化，使之进一步分散化。在具有集中结构的现场控制站这一层，采用现场总线技术，将智能I/O模块、智能传感器、智能执行器以及各种智能化电子设备连接起来，构成延伸到现场仪表这一级的分布式控制站，即把原有的集中式现场控制站变成分布式现场控制站，也就是在传统集散控制系统网络的底层再引入一层现场总线网络，其结构示意图如图1所示。
一种在原有集散控制系统上采用LonWorks现场总线的建筑设备自动化系统未来发展的示意图如图2所示。图中标准为原有的分散系统，使用BACnet协议，以利于实现多种供应商有不同类型的子系统之间的通信并交换信息把具有控制功能的各个“岛”连成一个整体。新增的现场总线技术使用LonTalk协议，把控制功能分散到现场仪表级，标准LAN与现场总线之间以路由器相联。这样，BACnet和LonMark两项标准互相补充、互为依托，构成一个完全分散的、真正开放的建筑设备自动化系统。
完全分散化的效果是十分明显的，智能控制单元嵌入到设备内部，控制范围缩小到某一检测点或某一回路，一个智能单元出现故障如同过去一只变送器出现故障一样，加之取代传统仪表的智能单元随时处于自诊断状态下，能够及时发现故障并报警在事态未扩大之前就能得到及时处理，可以把事故消灭在萌芽状态。退一步说，即使上位机出现了故障，由于智能单元本身具有独立的控制功能和通信功能。不依赖于上位机，仍可照常执行预定功能，并通过现场总线传送信息，完成必要的协调功能。因此，不是像传统集散控制系统那样，只能依靠双机热备份的冗余措施来提高可靠性，而是通过控制功能的极度分散，最大限度地消除了故障根源。可见，控制功能的进一步分散化，不仅带来了更低的成本，更大的灵活性，更好的实用性，而且具有更高的可靠性。

图1 应用现场总线的集散控制系统结构示意图

图2 建筑设备自动化系统的未来发展的示意图