工業控制從早期的就地控制、集中控制，已經發展到現在的集散控制（DCS），在過去的20年中，過程工業對DCS系統及相關的儀表裝置進行了大量的投入，DCS系統的應用結果得到了用戶的肯定。4-20mA信號是DCS系統及現場設備相互連接的最本質特點，這是控制系統和儀表裝置發展的一大進步。

然而現在，數字化和網絡化成為當今控制網絡發展的主要方向。人們意識到傳統的模擬信號只能提供原始的測量和控制信息，而智能變送器在4-20mA信號之上附加信息的能力又受其低通信速率的制約，所以對整個過程控制系統的機制進行數字化和網絡化，應是其發展的必然趨勢。

現場總線在智能現場設備、自動化系統之間提供了一個全數字化的、雙向的、多節點的通信鏈接。現場總線的出現促進了現場設備的數字化和網絡化，并且使現場控制的功能更加強大。這一改進帶來了過程控制系統的開放性，使系統成為具有測量、控制、執行和—過程診斷的綜合能力的控制網絡。

1 現場總線對傳統DCS的沖擊 　　

現場總線對傳統DCS的沖擊來源于其本質上優越于DCS系統的技術特征。根據國際電工委員會IEC和現場總線基金會FF的定義，現場總線技術具有以下5個主要特點： 　　

①數字信號完全取代4-20mA模擬信號； 　　

②使基本過程控制、報警和計算功能等完全分布在現場完成； 　　

③使設備增加非控制信息，如自診斷信息、組態信息以及補償信息等； 　　

④實現現場管理和控制的統一； 　　

⑤真正實現系統開放性、互操作性。

現場總線技術不僅是一種通信技術，它實際上融人了智能化儀表、計算機網絡和開放系統互連（OSI）等技術的精粹。所有這些特點使得以現場總線技術為基礎的現場總線控制系統（FCS）相對于傳統DCS系統具有巨大的優越性： 　　

①系統結構大大簡化，成本顯著降低； 　　

②現場設備自治性加強，系統性能全面提高； 　　

③提高了信號傳輸的可靠性和精度； 　　

④真正實現全分散、全數字化的控制網絡； 　　

⑤用戶始終擁有系統集成權。

這些優越性可從DCS和現場總線系統的網絡結構比較后得到驗證。

2 現場總線集成于DCS系統是現階段控制網絡的發展趨勢 　　

盡管用戶對控制系統的結構改進表示歡迎，但他們并不希望對他們現有的儀表系統做大的改動。

目前在現場總線的發展初期，大多數用戶更傾向于對他們現有的儀表系統進行逐步的增添和替換；另一方面，DCS系統及其儀表的消失或完全被取代，對于費用或人力而言也都是不合理的。現階段最可行的方案是考慮如何使現場總線與傳統的DCS系統盡可能地協同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統組態，以適用于更廣泛的、富于實用價值的應用。

3 現場總線于DCS系統I/0總線上的集成 　　

在DCS的結構體系中，自上而下大體可分為3層：管理層，監控操作層和I/O測控層。在I/O測控層的I/O總線上，掛有DCS控制器和各種I/O卡件，I/O卡件用于連接現場4-20mA設備、離散量或PIC等現場信號，DCS控制器負責現場控制。

在DCS系統的I/O總線上集成現場總線的關鍵是通過一個現場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上，實現現場總線系統中的數據信息映射成原有DCS的I/O總線上相對應的數據信息，如基本測量值、報警值或工藝設定值等，使得在DCS控制器所看到的現場總線來的信息就如同來自一個傳統的DCS設備卡一樣。這樣便實現了在I/O總線上的現場總線技術集成。

這種方案主要可用于DCS系統已經安裝并穩定運行，而現場總線首次引入系統的、規模較小的應用場合；此方案也可應用于PLC系統。

這種方案的優點是結構比較簡單，缺點是集成規模受到現場總線接口卡的限制。

Fisher-Rosemount公司推出的DCS系統DeltaV采用的就是此種集成方案。DeltaV系統在它的I/O卡件中專門開發設計了此種功能的接口卡——現場總線H1通信模塊（31．25kbit／s），成功地將現場總線技術集成在DeltaV系統中，可實現與現場總線儀表相連，極大地節省了安裝、操作以及維護費用，同樣的控制器可兼容H1與傳統的I/O模塊，有利于從傳統的控制模．式向現場總線控制模式的過渡和轉變。

在DeltaV系統的現場總線H1通信模塊中具有特定的Driver，用以實現現場總線系統數據信息與I/O總線上對應信息的映射。

4 現場總線于DCS系統網絡層的集成 　　

除了在I/O總線上的集成方案，還可以在更高一層——DCS網絡層上集成現場總線系統。在這種方案中，現場總線接口卡不是掛在DCS的I/O總線上，而是在DCS的上層LAN上。

在這種方案中，現場總線控制執行信息、測量以及現場儀表的控制功能均可在DCS操作站進行瀏覽并修改。它的優點是原來必須由DCS主計算機完成的一些控制和計算功能，現在可下放到現場儀表實現，并且可以在DCS操作員界面上得到相關的參數或數據信息；它的另一個優點是不需要對DCS控制站進行改動，對原有系統影響較小。

這種集成方案在工程實際中也有應用。如Smar公司的302系列現場總線產品可以實現在DCS系統網絡層集成其現場總線功能。

5 現場總線通過網關與DCS系統并行集成 　　

若在一個工廠中并行運行著DCS系統和現場總線系統，則還可以通過一個網關來網接兩者，安裝網關以完成DCS系統與現場總線高速網絡之間的信息傳遞。

在這一結構中，DCS系統的信息能夠在新的操作員界面上得到并顯示。通過使用拋網橋可以安裝大量的H1低速總線。現場總線接口單元可提供控制協調、報警管理和短時趨勢收集等功能。

現場總線與DCS的并行集成，完成整個工廠的控制系統和信息系統的集成統一，并可以通過Web服務器實現Infranet與Inernet的互連。這種方案的優點是豐富了網絡的信息內容，便于發揮數據信息和控制信息的綜合優勢；另外，在這種集成方案中，現場總線系統與通過網關而集成在一起的DCS系統是相互獨立的。

6 結論 　　

綜上所述，我們相信現場總線系統將廣泛地應用到過程工業控制中，通過對過程控制系統進行一些必要的修改，將現場總線技術引入到DCS中，將會給用戶帶來大量的收益；另一方面，即使大多數的連續控制環路將由現場總線系統來完成，DCS系統仍將在許多諸如實時要求較高的控制場合扮演重要的角色。現階段現場總線與DCS系統的共存將使用戶擁有更多的選擇，以實現更合理的控制系統。