現(xiàn)場總線技術對于傳輸有哪些要求？

通俗地講，現(xiàn)場總線是用在現(xiàn)場的總線技術。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的接線方式是一種并聯(lián)接線方式，從PLC控制各個電器元件，對應每一個元件有一個I/O口，兩者之間需用兩根線進行連接，作為控制和/或電源。當PLC所控制的電器元件數(shù)量達到數(shù)十個甚至數(shù)百個時，整個系統(tǒng)的接線就顯得十分復雜，容易搞錯，施工和維護都十分不便。為此，人們考慮怎樣把那么多的導線合并到一起，用一根導線來連接所有設備，所有的數(shù)據和信號都在這根線上流通，同時設備之間的控制和通信可任意設置。因而這根線自然而然地稱為了總線，就如計算機內部的總線概念一樣。對計算機通信的主要要求是快。對現(xiàn)場總線不僅要求傳輸速度快，在過程控制領域還要求響應快，即實時性要求。這樣“快”就有三種含義。 

（一）傳輸速度快

指單位時間內傳輸?shù)男畔⒁啵ǔＳ貌ㄌ芈蕘砗饬?。這條要求與普通計算機通信是一致的。 

（二）響應時間短

指突然發(fā)生意外事件時，儀表將該事件傳輸?shù)骄W絡上或執(zhí)行器接收到該信息馬上執(zhí)行所需的時間。這個時間是由4個方面決定的：

①儀表或執(zhí)行器控制中斷的能力；

②信息在通信協(xié)議的應用層與物理層之間的傳輸時間；

③等待網絡空閑的時間；避免信息在網絡上碰撞的時間。由于這個時間對大多數(shù)通信協(xié)議是一個隨機數(shù)，因此大部分通信協(xié)議不給這個參數(shù)。過程控制系統(tǒng)通常并不要求這個時間達到很短，但它要求上限值是預先可知的，并小于一定值。

（三）巡回時間短

指系統(tǒng)與所有通信對象都至少完成一次通信所需的時間。這個時間一般可由系統(tǒng)組態(tài)來調整。對那些單純靠優(yōu)先級解決實時性的搶先式通信系統(tǒng)，當高優(yōu)先事件發(fā)生比較頻繁時，低優(yōu)先事件會長時間得不到響應；對這類通信協(xié)議，巡回時間是隨機量，預先不可知。過程控制系統(tǒng)希望較長巡回時間是預先可知的，并小于一定值。

響應時間和巡回時間反映了實時性，而實時性與通信協(xié)議有很密切的關系?，F(xiàn)場總線采用兩種技術來實現(xiàn)實時性：

（1）一種是簡化技術。將網絡形式簡化成線形（實際上已經不成其為“網”了）；將通信模型簡化為只有一、二層；將節(jié)點的信息簡化到只有幾比特。經過以上簡化，節(jié)點的訪問就非?？炝恕＿@也可以通過提高通信傳遞速度來縮短節(jié)點訪問時間，這時雖然理論上某些現(xiàn)場總線的節(jié)點訪問時間還有某種不確定性，但是反復發(fā)生不確定事件的概率很低，可以在一些非關鍵部位使用這種現(xiàn)場總線。節(jié)點訪問快了，就可以簡化系統(tǒng)的管理；這時采用主-從方式輪詢訪問，只要限制網絡輪詢的規(guī)模，就可以將響應控制在指定的時間內。采用這種技術可大大降低總線的成本，大多數(shù)位式開關量現(xiàn)場總線采用這種技術。

（2）另一種是采用網絡管理和數(shù)據鏈路調度技術來實現(xiàn)實時性，這是一種很復雜的技術。一般認為，分時式實時系統(tǒng)的響應具有可預知性，但資源利用率低；搶先式實時系統(tǒng)資源利用率高，但往往響應具有不可預知性。現(xiàn)在的現(xiàn)場總線往往采用兩者結合的方式進行管理和調度，以達到某種平衡。

FCS是從DCS發(fā)展而來，有一個量變到質變的過程。從表面上來看，F(xiàn)CS與DCS區(qū)別僅僅在于從“分散控制”發(fā)展到“現(xiàn)場控制”；數(shù)據的傳輸從“點到點”采用“總線”方式。其實不然，當時系統(tǒng)論的觀點已被廣泛地接受，人們開始以大系統(tǒng)的概念來看待整個過程控制體系。系統(tǒng)的增大，導致了網絡的通訊技術急劇發(fā)展；于是科技界充分認識到在計算機系統(tǒng)的發(fā)展中起過重要作用的總線技術可以大大地推進控制系統(tǒng)的發(fā)展。