随着科学技术的快速发展,过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。150多年前出现的基于5-13psi的气动信号标准(PCS,neumatic Control System气动控制系统)标志着控制理论初步形成,但此时尚未有控制室的概念;20世纪50年代,随着基于0-10mA或4-20mA的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用,标志了电气自动控制时代的到来,三大控制论的确立奠定了现代控制的基础,设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今;20世纪70年代,随着数字计算机的介入,产生了“集中控制”的中央控制计算机系统,而信号传输系统大部分是依然沿用4-20mA的模拟信号,不久人们也发现了伴随着“集中控制”,该系统存在着易失控、可靠性低的缺点,并很快将其发展为分布式控制系统DCS;微处理器的普遍应用和计算机可靠性的提高,使分布式控制系统得到了广泛的应用,由多台计算机和一些智能仪表以及智能部件实现的分布式控制是其最主要的特征,而数字传输信号也在逐步取代模拟传输信号。随着微处理器的快速发展和广泛的应用,数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能,产生了以微处理器为核心,使用集成电路代替常规电子线路,实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。设备之间彼此通信、控制,在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。由此,导致了现场总线的产生。
由于各个国家各个公司的利益之争,虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)就着手开始制定现场总线的标准,至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术,但彼此的开放性和互操作性还难以统一。目前现场总线市场有着以下的特点:
多种现场总线并存
目前世界上存在着大约四十余种现场总线,如法国的FIP,英国的ERA,德国西门子公司Siemens的ProfiBus,挪威的FINT, Echelon公司的LONWorks,PhenixContact公司的InterBus,RoberBosch公司的CAN,Rosemounr公司的HART,CarloGarazzi公司的Dupline,丹麦ProcessData公司的P-net,PeterHans公司的F-Mux,以及 Asi(ActraturSensorInterface),MODBus,SDS,Arcnet,国际标准组织-基金会现场总线FF: FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美国的DeviceNet与ControlNet等等。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域,大概不到十种的总线占有80%左右的市场。
各种总线都有其应用的领域
每种总线大都有其应用的领域,比如FF、Profibus-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域;LonWrks、PROFIBUS- FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域;DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业,而这些划分也不是绝对的,每种现场总线都力图将其应用领域扩大,彼此渗透。
每种现场总线都有其国际组织和支持背景
大多数的现场总线都有一个或几个大型跨国公司为背景并成立相应的国际组织,力图扩大自己的影响、得到更多的市场份额。比如PROFIBUS以 Siemens公司为主要支持,并成立了PROFIBUS国际用户组织WorldFIP以ALStom公司为主要后台,成立了WorldFIP国际用户组织。
多种总线成为国家和地区标准
为了加强自己的竞争能力,很多总线都争取成为国家或者地区的标准,比如PROFIBUS已成为德国标准,WorldFIP已成为法国标准等。
设备制造商参与多个总线组织
为了扩大自己产品的使用范围,很多设备制造商往往参与不止一个甚至多个总线组织。
各个总线彼此协调共存
由于竞争激烈,而且还没有哪一种或几种总线能一统市场,很多重要企业都力图开发接口技术,使自己的总线能和其他总线相连,在国际标准中也出现了协调共存的局面。
就目前的情况看来,多种总线标准并存除了经济利益因素影响外,还有技术原因。工业自动化技术功能要求的特殊性导致对通讯技术的特殊性要求,想要使用一种通讯标准覆盖所有应用与多种总线标准并存其实质是一样的。中国PROFIBUS用户组织(CPO)主席唐济扬认为:网关和网桥是目前解决问题的必选方案,多种总线并存的趋势不可改变,那么网关和网桥就并不是一种过渡措施,而是未来的解决方案,将得到迅速发展。每一种现场总线都有自己的性能特点和适用场合,因此,也可以说,现场总线具有一定的行业特性。
尽管目前国内自主开发的总线设备有了一定的发展,在功能和传输速率上与国外产品没有什么差距,但在细节方面,国内产品往往在开始设计时就容易忽略,从而导致很多产品稳定性差,抗干扰能力低,无法应用于恶劣环境,因此在产品使用寿命方面与国外产品也存在差距。另外,光有现场总线是不够的,需要得到PLC、变频器等多种产品的支持,民营丰富的产品群,国内产品很难得到国外生产厂商的支持。随着国内自动化技术人员对国际成功经验的学习,消化技术细节,正与国际先进技术差距逐渐缩小,相信不久的将来,国内自主研发的产品也能在市场上占有一席之地。