現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)于傳輸有哪些要求？

通俗地講，現(xiàn)場(chǎng)總線是用在現(xiàn)場(chǎng)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(gè)電器元件，對(duì)應(yīng)每一個(gè)元件有一個(gè)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(gè)甚至數(shù)百個(gè)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的接線就顯得十分復(fù)雜，容易搞錯(cuò)，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(lái)連接所有設(shè)備，所有的數(shù)據(jù)和信號(hào)都在這根線上流通，同時(shí)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(duì)計(jì)算機(jī)通信的主要要求是快。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線不僅要求傳輸速度快，在過(guò)程控制領(lǐng)域還要求響應(yīng)快，即實(shí)時(shí)性要求。這樣“快”就有三種含義。 

（一）傳輸速度快

指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒁啵ǔＳ貌ㄌ芈蕘?lái)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(shí)間短

指突然發(fā)生意外事件時(shí)，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(shí)間。這個(gè)時(shí)間是由4個(gè)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(shí)間；

③等待網(wǎng)絡(luò)空閑的時(shí)間；避免信息在網(wǎng)絡(luò)上碰撞的時(shí)間。由于這個(gè)時(shí)間對(duì)大多數(shù)通信協(xié)議是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，因此大部分通信協(xié)議不給這個(gè)參數(shù)。過(guò)程控制系統(tǒng)通常并不要求這個(gè)時(shí)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(shí)間短

指系統(tǒng)與所有通信對(duì)象都至少完成一次通信所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間一般可由系統(tǒng)組態(tài)來(lái)調(diào)整。對(duì)那些單純靠?jī)?yōu)先級(jí)解決實(shí)時(shí)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(shí)，低優(yōu)先事件會(huì)長(zhǎng)時(shí)間得不到響應(yīng)；對(duì)這類通信協(xié)議，巡回時(shí)間是隨機(jī)量，預(yù)先不可知。過(guò)程控制系統(tǒng)希望較長(zhǎng)巡回時(shí)間是預(yù)先可知的，并小于一定值。

響應(yīng)時(shí)間和巡回時(shí)間反映了實(shí)時(shí)性，而實(shí)時(shí)性與通信協(xié)議有很密切的關(guān)系?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用兩種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性：

（1）一種是簡(jiǎn)化技術(shù)。將網(wǎng)絡(luò)形式簡(jiǎn)化成線形（實(shí)際上已經(jīng)不成其為“網(wǎng)”了）；將通信模型簡(jiǎn)化為只有一、二層；將節(jié)點(diǎn)的信息簡(jiǎn)化到只有幾比特。經(jīng)過(guò)以上簡(jiǎn)化，節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)就非?？炝恕＿@也可以通過(guò)提高通信傳遞速度來(lái)縮短節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)間，這時(shí)雖然理論上某些現(xiàn)場(chǎng)總線的節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)時(shí)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(chǎng)總線。節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)快了，就可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的管理；這時(shí)采用主-從方式輪詢?cè)L問(wèn)，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(shí)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(kāi)關(guān)量現(xiàn)場(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，這是一種很復(fù)雜的技術(shù)。一般認(rèn)為，分時(shí)式實(shí)時(shí)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(shí)系統(tǒng)資源利用率高，但往往響應(yīng)具有不可預(yù)知性?，F(xiàn)在的現(xiàn)場(chǎng)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(lái)，有一個(gè)量變到質(zhì)變的過(guò)程。從表面上來(lái)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(chǎng)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(shí)系統(tǒng)論的觀點(diǎn)已被廣泛地接受，人們開(kāi)始以大系統(tǒng)的概念來(lái)看待整個(gè)過(guò)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(shí)到在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展中起過(guò)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。