【摘 要】本文介绍了现场总线的概念及主要特点，对总线技术在水处理行业的应用进行了探讨。
【关键词】现场总线；可编程控制器；水处理行业
1、现场总线的概念
国际电工委员会IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义是：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通讯的数据总线称为现场总线。现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器、执行器和本地控制器之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
对现场总线的概念的理解和解释还存在一些不同的表述。例如，现场总线一般是指“一种用于连接现场设备，如传感器、执行器及像PLC、调节器、驱动控制器等现场控制的网络：现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备之间的联系：现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络：现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成；现场总线是从控制室连接到现场设备的双向全数字通信总线：在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络：现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术，是自动化领域的计算机局域网，是网络集成的测控系统。
2、现场总线的组成与体系结构
现场总线技术包括三个部分：1）物理层；2）通讯栈；3）用户层
和计算机系统一样，现场总线系统也是由硬件和软件两大部分组成。硬件包括通信线、连接在通信线上的设备。软件包括：组态工具软件、组态通信软件、控制器编程软件、用户程序软件、设备接口通信软件、设备功能软件、监控组态软件。
3、现场总线标准
现场总线是20世纪80年代开始发展起来的。由于现场总线所具有的本质技术特点和一系列优点及其所呈现的极为诱人的发展前景，也由于在现场总线的生产和发展过程中人们对现场总线的理解有所不同，现场总线出现了杂乱纷呈的局面。据不完全统计，目前国际上有40多种现场总线。目前国际通用标准IEC61158共有三个不同版本。此外还有IEC62026、ISO11898及ISO1519。
中国现场总线标准化工作的现状：对国际标准IEC61158的文本结构作适当调整，形成多种总线的标准文本，并根据中国用户应用和产品开发的需要建立相应的行业标准。2001年，中国将FF、PROFIBUS、HART等立项为行业标准，其中PROFIBUS标准已于2001年11月批准为中国的行业标准。
4、现场总线技术优点
1）节省硬件成本
现场总线使用标准功能块完全控制策略。功能块是标准的自动化函数。许多控制系统功能块，诸如模拟输入、模拟输出、PID控制等功能都可以通过使用功能块由现场设备完成。以模块为基础，设计一致的功能块，使来自不同厂家的设备可以无缝的集成在一起。
2）设计组态安装调试简便
现场总线允许多台设备挂接在一对电缆上。这样可以减少电缆、安全栅和安装盒。
3）系统的安全可靠性好，减少故障停机时间
在传统的自动化系统中，除了过程参数外没有更多的有用信息。在基金会现场总线中，由于采用了数字通讯，信息量大大增加。除此之外，现场总线提高了精度，减少了失真（不需A/D和D/A转换），使控制更为可靠。控制分布在现场设备中，提高控制质量。现场总线允许从变送器中传送多个变量到系统中来，进行诸如存档、趋势分析、过程优化、产生报表等。高精度、不失真的数字通讯特点可以提高控制能力，因而提高产量。带有微处理器的现场总线设备具有自诊断和通讯能力，因而减少了系统停车时间，提高了工厂安全。一旦发现不正常情况或设备需要预维护，操作工和维修人员会被通知，从而采取及时正确的行动。
4）系统维护设备更换和系统扩充方便
5）用户对系统配置设备选型有最大的自主权
现场总线是开放的协议，这意味着来自不同生产厂家的经过基金会认证的设备互可操作，在同一系统中，不依赖某一个厂商，而又可运行多种设备，同时没有任何功能丧失。
6）完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础。
5、现场总线在水行业中的应用
由于水资源的紧张及环保意识的提高，给水工程及污水处理工程已经成为新兴的重要行业。尤其是污水处理工程，目前国内外许多有实力的公司开始在国内投资建设污水处理厂。企业目的是为了少投入，多赢利，因此企业会根据不同地点、不同水质采用不同的水处理工艺。而先进的工艺都离不开先进的电气自动化设备，因此自动化的先进程度很大程度上决定了工艺能否顺利运行，也决定了水厂日后的运行费用，同时也决定了投资成本的回收期限。自控产品的快速发展使各种复杂的水处理工艺得以实现，根据污水处理的所采用的工艺不同，其自动化的复杂程度也不同现场总线促使现行的现场设备和仪表的产品结构将发生重大变革。现场总线把自动控制系统和设备带进了信息网络之中，形成为企业信息网络的底层从而为实现企业信息集成和企业综合自动化提供了可行的基础，传统的信号制将由4-20mA模拟信号制转换为双向数字通信的现场总线信号制。
在我院设计的“大庆市西城区污水处理厂”工程设计中，部分控制系统采用了现场总线。如污泥脱水系统及曝气系统的高速离心风机采用了现场总线的通讯方式，目前看来，无论是通讯速率，还是可靠性都充分显示了现场总线的优越性。
6、结束语
现场总线在水处理行业的应用，目前还处于尝试阶段，为形成主流。水处理中的主要设备有水泵、风机及阀门，电压等级为10KV和0.4KV。10KV设备保护主要采用综合保护器，目前的保护器均有自己的通讯协议，并且水厂内不同厂家提供的设备不能采用统一的总线标准。因此，整个控制系统不能完全做到兼容。但随着现场总线技术的发展，将会有更多的厂家采用标准的总线通讯协议，那时，现场总线会使水厂真正实现系统的智能化、分布化、数字化。
参考文献
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