機(jī)床尤其是數(shù)控機(jī)床作為工作母機(jī)，在各行各業(yè)中的作用眾所周知，在機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造中，設(shè)計(jì)師們一直在精益求精地提高機(jī)床的性能與產(chǎn)品外觀，機(jī)床的藝術(shù)造型作為設(shè)計(jì)師們的必修課，困擾機(jī)床設(shè)計(jì)師的一個(gè)難題是機(jī)床的接線接管，不管設(shè)計(jì)師怎樣精心設(shè)計(jì)機(jī)床外觀，一旦將管線接上之后，大家就會(huì)發(fā)現(xiàn)眼前的機(jī)器就像一個(gè)插滿了管子、牽滿了電線的“重病人”。還有一個(gè)難題就是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制線、動(dòng)力線及信號(hào)線等線路之間的抗干擾和連接松動(dòng)等情況，這更是令現(xiàn)場(chǎng)電氣工程師們頭疼的一個(gè)問題，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)為有效解決這些問題提供了福音。

現(xiàn)場(chǎng)總線的主要特點(diǎn)

1.系統(tǒng)的開放性

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是個(gè)自我封閉的系統(tǒng)，一般只能通過工作站的串口或并口對(duì)外通信。在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中，用戶可按自己的需要和對(duì)象，將來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。

2.可操作性與可靠性

現(xiàn)場(chǎng)總線在選用相同的通信協(xié)議情況下，只要選擇合適的總線網(wǎng)卡、插口與適配器即可實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳輸與溝通，大大減少接線與查線的工作量，有效提高控制的可靠性。

3.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性

傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的信號(hào)傳遞是模擬信號(hào)的單向傳遞，信號(hào)在傳遞過程中產(chǎn)生的誤差較大，系統(tǒng)難以迅速判斷故障而帶故障運(yùn)行。而現(xiàn)場(chǎng)總線中采用雙向數(shù)字通信，將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

4.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性

現(xiàn)場(chǎng)總線是作為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線及電力線等，其具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足安全及防爆要求等。

現(xiàn)場(chǎng)總線使系統(tǒng)更靈活

總之，在數(shù)控機(jī)床中，各種控制器、執(zhí)行器以及傳感器之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接，線纜少、易敷設(shè)、實(shí)現(xiàn)成本低，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，信號(hào)傳輸可靠性高且抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)控機(jī)床基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)將逐漸取代原有控制系統(tǒng)，復(fù)雜的線束將被現(xiàn)場(chǎng)總線所代替。據(jù)資料介紹，目前國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)出應(yīng)用于高檔數(shù)控機(jī)床的總線式數(shù)控系統(tǒng)，具備支持32軸6通道、768IN/512OUT開關(guān)量控制，且支持用戶二次開發(fā)。

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是現(xiàn)場(chǎng)儀表和數(shù)字控制系統(tǒng)輸入輸出之間的全數(shù)字化、雙向、多站通信的系統(tǒng)。它將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1.2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。

(1)減少硬件數(shù)量和投資：分散在現(xiàn)場(chǎng)的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、測(cè)量、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器，計(jì)算單元等，也不再需要一些信號(hào)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換等功能單元。

(2)節(jié)省安裝費(fèi)用：一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。

(3)節(jié)省維護(hù)開銷：現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力;通過數(shù)字通信將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行、診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除。

(4)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)：用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。

(5)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性：與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的精確度，減少了傳送誤差，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。 　　本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選取熱工生產(chǎn)過程中常見的溫度、壓力、流量和液位作為控制對(duì)象，采用基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)。下面分別介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和軟件組態(tài)。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)布置如圖1所示。它主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)、液位控制臺(tái)、流量控制臺(tái)、壓力控制臺(tái)、溫度控制臺(tái)、上位機(jī)系統(tǒng)和PLC，這是一個(gè)典型的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)。 　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開放性。它將原來封閉、專用的系統(tǒng)變成開放、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。使得不同制造商的產(chǎn)品可以互連，也使得第三方的軟件可以方便地在不同的硬件平臺(tái)上應(yīng)用，從而簡(jiǎn)化了用戶對(duì) 系統(tǒng)的開發(fā)。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控軟件就是用美國Wonderware公司的工控組態(tài)軟件InTouch7.1開發(fā)的，下面作簡(jiǎn)要介紹。

2.2軟件組態(tài)

該軟件設(shè)計(jì)要求能夠直觀地展現(xiàn)過程控制中的各個(gè)狀態(tài)和參數(shù)，并對(duì)一些參數(shù)建立適當(dāng)?shù)膱?bào)警機(jī)制。軟件設(shè)計(jì)的主要畫面有過程控制、報(bào)警監(jiān)控、趨勢(shì)畫面等。

其中，“過程控制”畫面如圖2所示。 　　現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)，給控制領(lǐng)域帶來了一次革命，將開創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)FCS將取代傳統(tǒng)的DCS。但就目前情況來看，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展還存在著一些問題，需要大家共同努力來解決。

3.1現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用狀況

隨著大量的現(xiàn)場(chǎng)總線的示范工程和示范工廠的建立，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)度過了啟蒙宣傳階段，進(jìn)入推廣應(yīng)用期，企業(yè)選用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的條件已逐漸成熟。

首先，不同現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)和廠商的競(jìng)爭(zhēng)為用戶選擇系統(tǒng)集成提供了條件;其次，一些現(xiàn)場(chǎng)總線，如基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，PROFIBUS等，已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用業(yè)績(jī)，并在特定領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)同。

3.2現(xiàn)場(chǎng)總線存在的問題

首先，多種標(biāo)準(zhǔn)并存，沒有一種標(biāo)準(zhǔn)能覆蓋所有的應(yīng)用面;其次，異種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線間缺乏互操作性;再次，現(xiàn)在的應(yīng)用主要是中小型系統(tǒng)，價(jià)格優(yōu)勢(shì)未能體現(xiàn)，顯得比傳統(tǒng)系統(tǒng)開銷還大;最后，還有安全性問題，當(dāng)總線切斷時(shí)，系統(tǒng)可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。? 　　從上面的介紹和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作可以看出，現(xiàn)場(chǎng)總線在系統(tǒng)控制和管理方面都有著優(yōu)越的性能。因此，可以預(yù)見，不久的將來現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將成為工業(yè)自動(dòng)化的主流，在這其中，熱工過程控制可以起著良好的示范作用。