Page 179 - 电气自动化控制技术研究

第六章 工业自动化伺服驱动器系统的相关研究

一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计

算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技
术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多有实力、有影响
的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境

处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通信网络，要求具有协议简单、容错能力强、
安全性好、成本低的特点；具有一定的时间确定性和较高的实时性要求，还具有网络负载
稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构

到通信技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。一般把现场总线系统称为第五代控
制系统，也称作 FCS——现场总线控制系统。人们一般把 20 世纪 50 年代前的气动信号控
制系统 PCS 称作第一代，把 4 ～ 20mA 等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算

机集中式控制系统称为第三代，而把 20 世纪 70 年代中期以来的集散式分布控制系统 DCS
称作第四代。现场总线控制系统 FCS 作为新一代控制系统，一方面，突破了 DCS 系统采

用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成
的缺陷；另一方面把 DCS 的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，
把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通信是现场总线系统最显著

的特征。
首先，省配线、降低硬件成本及安装维护成本，现场总线系统的接线十分简单，由于

一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大
减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设
新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。

据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用 60% 以上。由于现场总线系统中分散
在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器
的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要 DCS 系统的信号调理、转换、

隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控 PC 机作为操作站，从而节省了一大笔
硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。特别在多伺服定位、多工
序自动化系统中，能够减少伺服驱动器及普通 I/O 配线工程量至少 50%，大大缩短工程安

装周期；采用远程 I/O 模块使得每站控制简便，系统布线简洁，每个模块可就近与传感器、
开关、电磁阀等硬件布置，减少布线距离。在整个控制系统中，也对调试、维护带来了非

常大的便利性，降低了系统投资成本。其次，系统响应速度快、可靠性高。由于现场总线
设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少
了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减

少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块
化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。系统通信速率最高可达到 10Mbps 的高速通

信，对于多轴同时分步定位且整机程序计算量大的系统，各动作必须协调动行，并且具备
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