现场总线与工厂底层自动化及信息集成技术探析

朱晏良+陈昌明+孟贺

摘要：随着我国改革开放和现代化建设的不断加深，我国各行各业都在发生翻天覆地的变化，各种新兴技术的不断推广应用，使得工厂自动化程度逐渐加深。笔者从现场总线与底层自动化的具体关系入手，深入的研究了工厂的现场总线与底层自动化的关系和现场总线和底层自动化本身的特点，细致的分析探索了现场总线技术和底层自动化系统关系的改变，笔者觉得我国自动化产业正在世界工厂产业结构化改革中面临新的出路。

关键词：现场总线；底层自动化；集成信息

一、现场总线技术

1.现场总线的概念

凭借全球电工委员会对工厂现场总线的定义，现场总线（Fieldbus）指的是“现场设备在生产安装过程中的/工厂总控室与现场的自动控制装置/系统之间的一种智能、多样化、多点通信的数据总线。”也可以这样讲，现场总线是以分散、多样化、数字化度量和遥控装置为联系点，通过总线进行联系，从而得到交流信息的目的，合作实现数控连接功能的系统。在这里面，“生产过程”是包括断续和连续生产两个方面。所以说，现场总线是连接底层自动化的智能化集成网络技术。所以这项技术被称为FCS（Fieldbus Control System）。

2.现场总线的主要特点

在以前工厂操作中，主控器与现场设备之间的连接方式是一对一所谓I/O连接，信号传递方式为4～20mA或者24VDC信号。应用现场总线这种智能化技术，可以通过电缆将工厂数控器与实地现场设备连接起来，从而实现智能化通信与基本设备的控制要求。应用总线技术可以实现基层设备的数字化，实际上总线技术需要配套的基层设备是携带有通信接口的数字化设备，所以现场总线技术能够实现工厂的智能化。现场总线技术能够满足工厂对设备的远程遥控及故障诊断的要求，现场总线技术通过采用电脑智能化技术实现智能化的现场设备，通过这种技术可以使总控制器获得大量的现场信息，实现对现场一手资料的第一时间掌握，从而完成远程遥控、智能化和事故修复工作。实际上现场总线技术是完成对底层信息采集的主要技术，要想成功的实施CIMS，计算机网络问题就必须得到彻底解决。现场总线技术是连接现场与车间信息采集的关键因素。

二、对工厂底层自动化技术及信息集成技术分析

CIMS体系及工业数据结构的层次划分

根据对基层的工厂管理、生产流程及具体功能的要求，简单的CIMS系统可以分为工厂级、车间级和现场级。前两个级别的自动化监测主要完成对基本设备单线控制、多线控制、互通联网的监测和实地设备生产对运行数据的收集，储备和运算等功能，从而保证实地设备高速度、高保证生产，同时将实地生产设备的生产和运行状况及时传达给工厂的高层并接收高层下达给实地现场生产设备的调度命令并运算其命令。

三、现场总线技术的发展对工厂自动化系统和实地信息集成的影响

1.传统的现场级和车间级监控系统

PLC分布式监控是依赖于传统的现场级和车间级监控系统基础上的一种新型监控系统。这种监控系统的优点主要是基层设备与高层控制器的连接是一对一的连线方式。

2.系统的主要缺点

这种系统的缺陷是信息集成能力不强，这种方式获取信息途径单一，获取的信息量有限，设备参数、设备故障等障碍很难得到解决，对信息合成的途径单一，CIMS系统对实地底层数据的要求不能满足。系统不开放，专业性不强。实地设备依靠24VDC连接，系统使用产品的途径单一。不同厂商之间的互相操控性、互换性、可合成能力较低。而且这种系统往往不留出接口，不让其他厂商将自己的系统集成到通用系统中去。可维护性不高。由于各种原因，导致对实地设备的信息记录不完整，实地设备对故障诊断处理、完善功能不是很完善。另一方面对实地器材的参数设定、完善的能力不足，大大影响了仪器的可操作性。

四、现场级与车间级自动化监控系统所面临的机会

1.自动化系统自主开发和应用推广的新机遇

对于国内的自动化产业来说，无论是PLC或是DCS来说，系统的硬件和软件都是联合销售的。而且还因为世界知名工厂自动化系统生产商在研发资本、生产力度、组织方面、品牌影响力等等地方都比国内的系统研发厂商有着压倒性的优势，导致国内自动化产业的大部分份额都被国外厂商所占据着。而且由于系统的不开放性，国内的商家很难在世界通用系统中做一些特定方向性的研究以达到系统升值的目的，国内大多数系统生产商所做的只是系统配套方面的技术性较低的方面。市场竞争在系统生产商主要体现在技术方面的因素，而且主要是在价格方面。

2.自动化系统现场总线的不断发展促使系统产生新的分化

随着实际现场总线技术的不断应用和新的工厂自动化系统的成熟应用，使系统逐渐向开放性，实用性方面发展，总而言之，工厂自动化监控系统为工厂提供了一个透明的、实用的软件和硬件平台。这种平台的诞生，为国内系统生产商家提供了一个打进世界软件市场的机遇。一方面对于工厂化合成类企业而言，可以充分利用企业在系统研发方面的优势，并利用企业在自动化方面某一专项技术的优势，在国际大平台上，研发出属于自己的，并且具有自己特殊优势的多功能软件系统，这种多功能通用的软件系统会比那些传统的系统能为厂商带来更高的收益。另一方面，国内大多数工厂自动化实地设备制造厂家如（驱送器、效应器、调节器、电机及电流保护装置、输配电保护装置、低压开关设备等等），尤其是那些具备能生产特殊产品的厂家，这些特殊的产品在改造之前就应具有实地总线接口，能让这些产品在中国市场上开拓更加广阔的市场。因为采用了进口控制器、进口调节器等等先进的领先国际的设备，同时兼顾了使用性、安全性、价格三个方面，必将受到用户喜爱而且将会具有更大市场份额的。

结束语：

从上文讨论的各个方面来看，实地现场总线不仅仅是一项单纯的用高科技芯片替换传统通信的技术，而是网络及其智能化通信技术向工厂底层的不断延伸。如同其他专业一样，现场总线技术是工厂内部通信技術的一次智能化创新。工厂底层自动化和信息集成技术是全面完成自动化和CIMS系统的基础。随着现场总线技术的不断推进，其必将促进传统产业化结构发生重大变化，并对工厂效益的提高提供重大帮助。

参考文献：

[1]王锦标.现场总线和现场总线控制系统.化工自动化及仪表，1997.24

[2]张消武.智能建筑.北京，清华大学出版社，1996