现场总线技术

1-1 什么是现场总线？现场总线出现的历史背景是怎样的？

定义：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。它广泛应用于制造业、流程工业、楼宇、交通等领域的自动化系统中。

背景：从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是4一2OmA的模拟信号标准。20世纪70年代，数字式计算机引人到测控系统中，而此时的计算机提供的是集中式控制处理。20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌人到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。

随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。与此同时，基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。另外，从实际应用的角度出发，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产生。

1-2 与DCS相比，FCS在结构上有哪些特点？试画出其结构图。

特点：形成了新型的网络集成式全分布控制系统，现场总线控制系统由于采用了现场总线设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、输入输出模块置入现场总线设备，加上现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行器直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。由于采用数字信号代替模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号（包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息），同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要A/D、D/A转换部件。

结构图：

1-3 FCS相对于DCS具有哪些优越性？试述FCS的技术特点。

优越性：1.FCS实现全数字化通信。2.FCS实现彻底的全分散式控制。3.FCS实现不同厂商产品互连、互操作。4.FCS增强系统的可靠性、可维护性。5.FCS降低系统工程成本。

技术特点：1.系统的开放性。2.互可操作性与互用性。3.现场设备的智能化与功能自治性。

4.系统结构的高度分散性。

5.对现场环境的适应性。

1-4 试展望FCS发展前景。目前有哪些因素妨碍FCS在工业的推广应用？

前景：现场总线控制系统FCS采用了现代计算机技术的网络技术、微处理器技术及软件技术，实现了现场仪表之间的数字连接及现场仪表的数字化，给工业生产带来了巨大的效益，降低了现场仪表的初始安装费用，节省了电缆、施工费，增强了现场控制的灵活性，提高了信号传递精度，减少了系统运行维护的工作量。现场总线技术的发展，促使工厂底层自动化系统及信息集成技术产生变革，新一代基于现场总线的自动化监控系统已初露端倪。可以预言，尽管目前是FCS与DCS并存，最终FCS将逐步代替DCS和PLC。

因素：1.总线系统繁简不一，最简单的总线好像就是大约用了约100年的电话线。2.载波控制系统的使用。复杂的总线比方如以汽车系统使用的总线CAN技术，每个节点都是需要一套CPU。一切的一切都是在于能够达到成功控制所需的成本。为了成本的问题才出现不同层次的总线系统的存在。

2-1 什么是总线主设备、从设备？总线操作过程的内容是什么？寻址方式有几种？

定义：可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”。也就是说，主设备具备在总线上主动发起通信的能力，又称命令者。

不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为“总线从设备”，也称基本设备。

内容：总线上命令者与响应者之间的“连结→数据传送→脱开”这一操作序列称为一次总线“交易”（Transaction），或者叫做一次总线操作。

方式：1.物理寻址。2.逻辑寻址。3.广播寻址。

2-2 网络通信系统是由哪几部分组成的？各自作用是什么？

组成部分：通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。

作用：1.信息源和接收者是信息的产生者和使用者。

2.发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。

3.接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。

4.传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是无线的，也可以是有线的(包括光纤)。有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。

2-3 在数据传输中有几种常用的数据表示方法？

种类： 1.基带传输中数据的表示方法

（1）平衡与非平衡传输

（2）归零与不归零传输

（3）单极性与双极性传输：（1）平衡、归零、双极性（2）平衡、归零、单极性（3）平衡、不归零、单极性（4）非平衡、归零、双极性（5）非平衡、归零、单极性（6）非平衡、不归零、单极性

2.载带传输中的数据表示方法

（1）调幅方式（2）调频方式（3）调相方式

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