现场总线控制系统(FCS)

FCS标准
FCS标准是指现场总线控制系统（Fieldbus Control System）的标准，是一种基于现场总线技术的分布式控制系统，将现场设备高度智能化，并通过一条总线连接所有的设备，实现控制功能的下放和集成1。

FCS标准的目的是为了提高控制系统的性能、可靠性、灵活性和可维护性，降低控制系统的成本和复杂度，以及满足不同工业领域的控制需求和规范。

FCS标准的制定和实施涉及多个国际组织和机构，其中最主要的是国际电工委员会（IEC）、国际标准化组织（ISO）、仪器仪表协会（ISA）和现场总线基金会（FF）等2。

这些组织和机构分别负责不同类型和层次的FCS标准的标准化工作，同时也与其他相关的组织和机构进行协调和合作，以保证标准的一致性和兼容性。

FCS标准的内容和范围非常广泛，涵盖了从基础的现场总线技术、协议、接口、网络、设备等方面，到高级的现场总线控制系统的设计、评价、应用、管理等方面。

FCS标准不仅反映了现场总线技术的科技进步和创新，也体现了现场总线控制系统的社会责任和环境友好性。

FCS标准的应用和推广对于提升现场总线控制系统的国际竞争力，促进现场总线控制系统的国际贸易，保障现场总线控制系统的质量和安全，提高现场总线控制系统的可持续性和循环利用性，以及满足不
同工业领域的控制需求和规范，都具有重要的意义。

FCS标准也为现场总线控制系统的生产者、消费者、监管者、研究者、教育者等提供了一个共同的语言和平台，有利于现场总线控制系统的交流和合作。

FCS标准的制定和实施也需要各方的参与和支持，以保证标准的科学性、公正性、适用性和有效性。

FCS摘要FCS（Fidlebus Control System）即现场总线控制系统，它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。

因此，FCS实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。

基本介绍FCS的前身是DCS与PLC，FCS不仅具备两者的特点，而且跨出了革命性的一步。

而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。

新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。

DCS系统的关键是通信。

也可以说数据公路是分散控制系统DCS 的脊柱。

由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。

数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。

通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。

为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。

为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。

所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。

目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。

关键要点FCS的关键要点有三点：1、FCS系统的核心是总线协议，即总线标准2、FCS系统的基础是数字智能现场装置3、FCS系统的本质是信息处理现场化实现方式通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。

传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。

现场总线控制系统（FCS）发展前景展望现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是工业自动化领域中的一种重要技术，其发展前景广阔，正日益受到人们的关注。

以下是对FCS发展前景的展望。

一、背景介绍现场总线控制系统是一种用于工业过程控制的开放型、全数字化网络通信系统。

它将位于现场的各种自动化设备、仪器仪表、传感器等通过一根总线连接起来，实现设备间的信息交互和数据共享。

它具有现场设备分散、信息传输速度快、可扩展性强、可靠性高等优点，因此在石油、化工、电力、制药等许多行业得到了广泛应用。

二、概览随着科学技术的不断进步和工业自动化需求的不断增长，FCS在功能和性能上也不断得到提升。

未来的FCS将朝着更加高效、可靠、安全和智能化的方向发展。

同时，随着工业互联网的普及和发展，FCS将更好地与云计算、大数据、人工智能等先进技术进行融合，实现更加精准、高效、智能的工业过程控制。

三、价值分析FCS的价值不仅在于其技术优势，更在于其能够带来的经济效益和社会效益。

首先，FCS能够提高工业过程控制的精度和效率，减少能源浪费，降低生产成本。

其次，FCS能够提高产品质量和生产效率，增强企业的竞争力。

此外，FCS还能减少人员劳动强度，提高生产安全性和可靠性，改善企业的工作环境。

四、发展趋势1.技术创新未来，FCS将继续在技术创新方面进行探索和实践。

例如，采用更加先进的信号处理技术、通信协议和网络安全技术等，提高FCS的性能和可靠性；同时，探索适应不同工业过程的FCS解决方案，满足个性化的需求。

2.与工业互联网的融合工业互联网的普及和发展为FCS提供了更广阔的发展空间。

未来，FCS将更好地与工业互联网融合，实现各种数据的无缝集成和共享，优化生产流程，提高生产效率和质量。

同时，借助工业互联网平台，FCS可以实现远程监控和维护，提高系统的安全性和可靠性。

3.人工智能的应用人工智能技术的不断进步为FCS带来了新的发展机遇。

1集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比较1．集散控制系统dcs与现场总线控制系统fcs的比较1．1概述fcs、dcsFCS是在DCS的基础上开发的。

FCS符合自动控制系统的发展趋势，将取代DCS。

这是业内人士的基本共识。

然而，任何新事物的发生和发展都是在旧事物的扬弃中进行的，FCS与DCS之间的关系也不例外。

FCS代表了趋势和发展方向，DCS代表了传统和成熟，这也是一个具有独特优势的事物。

特别是在现阶段，FCS还没有统一的国际标准，DCS由于其开发成熟、功能齐全、应用广泛，处于不可完全替代的地位。

我认为FCS应该与DCS兼容。

无论是FCS还是DCS，它们最终都是满足整个生产过程的系统控制（PCS）。

首先，从工程成本和效益的角度来看，现场总线的根本优势是良好的互操作性；结构简单，布线成本低；控制功能分散、灵活可靠，现场信息丰富。

然而，这些优势是基于FCS系统的初始安装。

如果NoO企业已经建立了完善的DCS，现在要向FCS过渡，他们必须仔细考虑现有投资对现有投资的回报率。

我们应该充分利用现有的DCS设施、现有的DCS布线和成熟的DCS控制和管理方法来实现FCS。

虽然现场总线对已有的数字现场协议有优势可言，但向其过渡的代价与风险是必须分析清楚的。

再者，从技术的继承及控制手段上，也要求fcs与dcs应相兼容。

fcs实现控制功能下移至现场层，使dcs的多层网络被扁平化，各个现场设备节点的独立功能得以加强，因此，在fcs中有必要增加和完善现场子层设备间的数据通讯功能。

由于历史原因，DCS通常有大型控制柜来协调各种设备，更强调层到层的数据传输。

由此可见，这两种控制策略各有优势。

DCS适用于较慢的数据传输速率；FCS更适合于更快的数据传输速率和更灵活的数据处理。

但是，当数据量超过一定值且过大时，如果同一层的设备过于独立，很容易导致数据网络堵塞。

为了解决这个问题，有必要建立一个合适的监控层来协调设备之间的相互通信。

石油化工行业是维持我国经济发展的重要支柱产业，凸显出技术完善、能源充足和经济性强等特点。

现场总线控制系统（FCS）在化工领域中积极运用现代化网络管理及通信理念，并在根本上提升石油化工自动化生产效率与质量。

1 FCS基本概述FCS为现场总线控制系统，是一项建立于可编程逻辑控制器（PLC）和分布式控制系统（DCS）功能特性之上的新型技术，其在根本上可以完成由控制室至现场设备的串行数字通信连接，FCS 中的“现场”通常指的是现场设备装置，该系统凸显出良好的兼容性、开放性及环境适应能力，在石油化工自动化领域中展现出其他技术无法比拟的优势特点，可以在一定程度上提升石油化工自动化项目的整体质量与效率。

除此之外，FCS在实际运行和安装规划环节中消耗的成本较低，维护工作便捷易上手，展现出一定的实用性。

然而FCS在实践应用期间，往往会受到一些外界因素限制和约束，主要体现在硬件、软件等方面的开发水准还有待提升，致使FCS应用功能还不够完善，存在较大的进步空间，但仍然具有广阔的发展前景。

2 FCS的应用优势2.1 环境适应力强在石油化工自动化领域当中，生产现场内部的通信协议往往采用FCS现场总线协议，FCS现场总线所采用的介质通常涵盖光线、同轴电缆和双绞线等等，其凸显出良好的抗干扰性，而且FCS所具备的数字化信号功能也可以在一定程度上规避信号衰减及信号传输问题。

FCS在石油化工自动化领域中的实践应用展现出高强度的环境适应能力，可以在根本上实现石油化工自动化效率、质量大幅度提升等基本目标，进一步提升石油化工企业单位的综合生产效率，推动企业可持续发展进程。

2.2 运行维护简单FCS在实际运行环节中可以利用专业监控软件对现场各项设备的运行状态展开动态化监督及管理，促使相关人员可以在第一时间察觉出现场设备存在的风险问题及安全隐患，并及时将故障信息和诊断信息加以反馈，从根本上减少现场设备管理人员及维护人员的工作负担，切实提高设备仪器的检修质量及效率。

题目与解答第一章现场总线概述1简述FCS的主要技术特点和优点是什么？（FCS名词解释见34背页）（1）现场总线系统(FCS)的技术特点：①系统的开放性。

相关标准的公开、一致性，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统具备互可操作性与互用性。

不同生产厂家性能类似的设备可实现互换性。

互可操作性：实现互联设备间的信息传输；互用性：不同厂家性能类似设备可实现互换性。

②现场设备的智能化与功能自治性。

仅靠现场总线设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备运行状态。

包括传感测量、补偿计算、数据处理与控制等③系统的实时性与确定性。

测控任务具有严格的时序和实时性要求，否则可能造成控制系统的灾难性后果。

这也要求通信机制能够保证时间发布和数据传输的实时性。

④现场环境的适应性。

现场总线是专为生产现场环境设计的，支持多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，满足本质安全防爆等各种环境要求。

⑤采用成熟先进技术、系统结构的高度分散性。

设备描述语言DDL、技术等。

现场总线可构成全分散性控制系统，简化了系统结构，提高了可靠性。

（2）现场总线的优点：由于现场总线具有以上突出的特点，它使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出巨大的优越性。

①节省系统投资、安装费用和维护费用。

②设计、组态、安装、调试简便，系统维护、设备更换和系统扩充方便。

③用户具有高度的系统集成主动权，系统易于重构。

④提高了控制系统的安全性、可靠性和准确性。

⑤完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了基础。

2为什么说Fieldbus是底层控制网络Infranet（从Fieldbus的结构特点分析说明）。

（1）•现场总线将单个分散的现场设备变成网络节点，相互之间连接成可以互通信息、共同完成测量控制任务的网络控制系统。

•每个节点实际上是一个智能设备，能够独立完成从控制、检测，到运算、显示、报警等多种任务。

（2）现场总线是低层控制网络Infranet(或者3（3）)• Infranet（Infrastructure Network），使工厂底层网络系统的底层现场设备之间以及生产现场与外界能够实现信息交换，满足企业综合自动化的发展需要。

现场总线控制系统（FCS）随着复杂过程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换以及对精度、可靠性、管控一体化都提出了更新、更高的要求。

现有的DCS已不能满足这些要求；况且现有的DCS具有诸如控制不能彻底分散、故障相对集中、系统不彻底开放、成本较高等缺点。

于是通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信号系统，从而产生了新一代的控制系统FCS。

1、智能传感器和现场总线是组成FCS的两个重要部分FCS用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。

智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，使大量信息处理就地化，减少了现场仪表与主控站之间的信息往返，降低了对网络数据通信容量的要求。

经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理(主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等)，使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性和容偌能力。

这样FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能更好地体现DCS中的'信息集中，控制分散'的功能，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。

以现场总线技术为基础，以微处理器为核心，以数字化通信为传输方式的现场总线智能传感器与一般智能传感器相比，需有以下功能：共用一条总线传递信息，具有多种计算、数据处理及控制功能，从而减少主机的负担。

取代4-20mA模拟信号传输，实现传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力。

采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换。

系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性。

接口标准化，具有'即插即用'特性。

现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线组成FCS的两个重要部分，将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。