現(xiàn)場總線技術(shù)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(shù)。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(yīng)每一個元件有一個I/O口，兩者之間需用兩根線進(jìn)行連接，作為控制和/或電源。當(dāng)PLC所控制的電器元件數(shù)量達(dá)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(fù)雜，容易搞錯，施工和維護(hù)都十分不便。為此，人們考慮怎樣把那么多的導(dǎo)線合并到一起，用一根導(dǎo)線來連接所有設(shè)備，所有的數(shù)據(jù)和信號都在這根線上流通，同時設(shè)備之間的控制和通信可任意設(shè)置。因而這根線自然而然地稱為了總線，就如計(jì)算機(jī)內(nèi)部的總線概念一樣。對計(jì)算機(jī)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(lǐng)域還要求響應(yīng)快，即實(shí)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(nèi)傳輸?shù)男畔⒁?，通常用波特率來衡量。這條要求與普通計(jì)算機(jī)通信是一致的。 

（二）響應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(yīng)用層與物理層之間的傳輸時間；

③等待網(wǎng)絡(luò)空閑的時間；避免信息在網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(dá)到很短，但它要求上限值是預(yù)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(diào)整。對那些單純靠優(yōu)先級解決實(shí)時性的搶先式通信系統(tǒng)，當(dāng)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(yīng)；對這類通信協(xié)議，巡回時間是隨機(jī)量，預(yù)先不可知。過程控制系統(tǒng)希望較長巡回時間是預(yù)先可知的，并小于一定值。

響應(yīng)時間和巡回時間反映了實(shí)時性，而實(shí)時性與通信協(xié)議有很密切的關(guān)系。現(xiàn)場總線采用兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時性：

（1）一種是簡化技術(shù)。將網(wǎng)絡(luò)形式簡化成線形（實(shí)際上已經(jīng)不成其為“網(wǎng)”了）；將通信模型簡化為只有一、二層；將節(jié)點(diǎn)的信息簡化到只有幾比特。經(jīng)過以上簡化，節(jié)點(diǎn)的訪問就非?？炝?。這也可以通過提高通信傳遞速度來縮短節(jié)點(diǎn)訪問時間，這時雖然理論上某些現(xiàn)場總線的節(jié)點(diǎn)訪問時間還有某種不確定性，但是反復(fù)發(fā)生不確定事件的概率很低，可以在一些非關(guān)鍵部位使用這種現(xiàn)場總線。節(jié)點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)輪詢的規(guī)模，就可以將響應(yīng)控制在指定的時間內(nèi)。采用這種技術(shù)可大大降低總線的成本，大多數(shù)位式開關(guān)量現(xiàn)場總線采用這種技術(shù)。

（2）另一種是采用網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)鏈路調(diào)度技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時性，這是一種很復(fù)雜的技術(shù)。一般認(rèn)為，分時式實(shí)時系統(tǒng)的響應(yīng)具有可預(yù)知性，但資源利用率低；搶先式實(shí)時系統(tǒng)資源利用率高，但往往響應(yīng)具有不可預(yù)知性。現(xiàn)在的現(xiàn)場總線往往采用兩者結(jié)合的方式進(jìn)行管理和調(diào)度，以達(dá)到某種平衡。

FCS是從DCS發(fā)展而來，有一個量變到質(zhì)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(jù)的傳輸從“點(diǎn)到點(diǎn)”采用“總線”方式。其實(shí)不然，當(dāng)時系統(tǒng)論的觀點(diǎn)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(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的通訊技術(shù)急劇發(fā)展；于是科技界充分認(rèn)識到在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展中起過重要作用的總線技術(shù)可以大大地推進(jìn)控制系統(tǒng)的發(fā)展。