工業(yè)過程自動控制中，有三大控制系統(tǒng)，即PLC(可編程控制器)、DCS(分散控制系統(tǒng))和FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))。FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。新型的DCS已有很強的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信，F(xiàn)CS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議。現(xiàn)場總線技術(shù)組成一個通信網(wǎng)絡(luò)連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，這種網(wǎng)絡(luò)是全數(shù)字式、雙向串行、多點多分支結(jié)構(gòu)的，其基礎(chǔ)是智能儀表的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。分散在各個工業(yè)現(xiàn)場的智能儀表通過數(shù)字現(xiàn)場總線連接起來，并與控制室中的控制器和監(jiān)視器一起共同構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System，F(xiàn)CS)。按照一定的國際標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，可以將不同廠商的現(xiàn)場總線產(chǎn)品集成在同一套FCS中，具有互換性和互操作性�，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)較之目前在工控界仍占主導(dǎo)地位的集散控制系統(tǒng)(DCS)有許多優(yōu)勢，大有長江后浪推前浪的蓬勃發(fā)展之勢。

控制系統(tǒng)的發(fā)展

由于用戶需求和市場競爭兩大因素的推動下，控制系統(tǒng)不斷發(fā)展和更新，經(jīng)歷了如下階段：氣動式儀表、模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)(DCS)。
氣動式儀表只有簡單測控功能，還必須人工巡視生產(chǎn)現(xiàn)場。

電氣模擬儀表控制系統(tǒng)可以將生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備參數(shù)轉(zhuǎn)換成0-10MA，4-20MA電流信號或者0-5V的電壓信號通過電纜傳送到中央控制室，但是信號精度低，易受干擾。

集中式數(shù)字控制系統(tǒng)于采用單片機、PLC、SLC或微機作為控制器，就是我們所說的計算機系統(tǒng)，傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。集中式數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)點是易于根據(jù)全局情況進行控制計算和判斷，缺點是當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)增加時，控制器的效率和可靠性將急劇下降。

集散控制系統(tǒng)(DCS)于上世紀(jì)八、九十年代占主導(dǎo)地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機用于集中監(jiān)視管理功能，若干臺下位機下放分散到現(xiàn)場實現(xiàn)分布式控制，各上下位機之間用控制網(wǎng)絡(luò)互連以實現(xiàn)相互之間的信息傳遞。因此，這種分布式的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)中對控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散控制系統(tǒng)中，分布式控制思想的實現(xiàn)正是得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，遺憾的是，不同的DCS廠家為達到壟斷經(jīng)營的目的而對其控制通訊網(wǎng)絡(luò)采用各自專用的封閉形式，不同廠家的DCS系統(tǒng)之間以及DCS與上層Intranet、Internet信息網(wǎng)絡(luò)之間難以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享，因此集散控制系統(tǒng)從該角度而言實質(zhì)是一種封閉專用的、不具可互操作性的分布式控制系統(tǒng)且DCS造價昂貴。在這種情況下，用戶對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提出了開放化和降低成本的迫切要求。在計算機控制系統(tǒng)出現(xiàn)以后，工程實踐中廣泛使用模擬儀表系統(tǒng)中的傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)。其信號傳送一般采用4-20mA的電流信號形式，一個變送器或執(zhí)行機構(gòu)需要一對傳輸線來單向傳送一個模擬信號。這種傳輸方法使用的導(dǎo)線多，現(xiàn)場安裝及調(diào)試的工作量大，投資高，傳輸精度和抗干擾能力較低，不便維護。主控室的工作人員無法了解現(xiàn)場儀表的實際情況，不能對其進行參數(shù)調(diào)整和故障診斷，所以處于最底層的模擬變送器和執(zhí)行機構(gòu)成了計算機控制系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，即所謂DCS系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸�；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)(FCS)正是在這種情況下應(yīng)運而生。 

現(xiàn)場總線技術(shù)的特征和優(yōu)點

工業(yè)自動化控制技術(shù)在計算機控制系統(tǒng)出現(xiàn)以后得到了突飛猛進的發(fā)展。現(xiàn)場總線的概念是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能后，于1984年左右提出的。現(xiàn)場總線一般定義為：一種用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式，數(shù)字化，雙向串行，多節(jié)點的通信總線，作為一種先進的現(xiàn)場工業(yè)控制技術(shù)，它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，現(xiàn)場總線的主要特征：
（1）數(shù)字式通信方式取代設(shè)備級的模擬量(如4-20mA,0-5V等信號)和開關(guān)量信號。
（2）在車間級與設(shè)備級通信的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。
（3）現(xiàn)場總線是工廠自動化過程中現(xiàn)場級通信的一次數(shù)字化革命。
（4）現(xiàn)場總線使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層。使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場。
（5）在CIMS系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是工廠計算機網(wǎng)絡(luò)到現(xiàn)場級設(shè)備的延伸，是支撐現(xiàn)場級與車間級信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。CIMS系統(tǒng)是利用計算機通過信息集成形成管理和控制系統(tǒng)，把企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動管理和控制起來，以提高企業(yè)對激烈多變的競爭環(huán)境的適應(yīng)能力，求得企業(yè)的總體效益，使企業(yè)能夠持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展。
 
現(xiàn)場總線是工業(yè)控制系統(tǒng)的新型通訊標(biāo)準(zhǔn)，是基于現(xiàn)場總線的低成本自動化系統(tǒng)技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)的采用將帶來工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的革命。采用現(xiàn)場總線技術(shù)可以促進現(xiàn)場儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統(tǒng)開放化，符合工業(yè)控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢。

作為連接生產(chǎn)現(xiàn)場的儀表、控制器等自動化裝置的通訊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線作為新一代全分布式控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，必將成為工業(yè)自動化的主流。它的主要優(yōu)點如下：

（1）全數(shù)字化
將企業(yè)管理與生產(chǎn)自動化有機結(jié)合一直是工業(yè)界夢寐以求的理想，但只有在FCS出現(xiàn)以后這種理想才有可能高效、低成本地實現(xiàn)。在采用FCS的企業(yè)中，用于生產(chǎn)管理的局域網(wǎng)能夠與用于自動控制的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)緊密銜接。此外，數(shù)字化信號固有的高精度、抗干擾特性也能提高控制系統(tǒng)的可靠性。

（2）全分布
在FCS中各現(xiàn)場設(shè)備有足夠的自主性，它們彼此之間相互通信，完全可以把各種控制功能分散到各種設(shè)備中，而不再需要一個中央控制計算機，實現(xiàn)真正的分布式控制。

（3）雙向傳輸
傳統(tǒng)的4~20mA電流信號，一條線只能傳遞一路信號�，F(xiàn)場總線設(shè)備則在一條線上即可以向上傳遞傳感器信號，也可以向下傳遞控制信息。

（4）自診斷
現(xiàn)場總線儀表本身具有自診斷功能，而且這種診斷信息可以送到中央控制室，以便于維護，而這在只能傳遞一路信號的傳統(tǒng)儀表中是做不到的。

（5）節(jié)省布線及控制室空間
傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)每個儀表都需要一條線連到中央控制室，在中央控制室裝備一個大配線架。而在FCS系統(tǒng)中多臺現(xiàn)場設(shè)備可串行連接在一條總線上，這樣只需極少的線進入中央控制室，大量節(jié)省了布線費用，同時也降低了中央控制室的造價。

（6）多功能儀表
數(shù)字、雙向傳輸方式使得現(xiàn)場總線儀表可以擺脫傳統(tǒng)儀表功能單一的制約，可以在一個儀表中集成多種功能，做成多變量變送器，甚至集檢測、運算、控制與一體的變送控制器。

（7）開放性
1999年底現(xiàn)場總線協(xié)議已被IEC 批準(zhǔn)正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，從而使現(xiàn)場總線成為一種開放的技術(shù)。

（8）互操作性
現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)保證不同廠家的產(chǎn)品可以互操作，這樣就可以在一個企業(yè)中由用戶根據(jù)產(chǎn)品的性能、價格選用不同廠商的產(chǎn)品，集成在一起，避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中必須選用同一廠家的產(chǎn)品限制，促進了有效的競爭，降低了控制系統(tǒng)的成本。

（9）智能化與自治性
現(xiàn)場總線設(shè)備能處理各種參數(shù)、運行狀態(tài)信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至網(wǎng)絡(luò)故障的情況下獨立工作，大大提高了整個控制系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。

（10）對環(huán)境的高度適應(yīng)性
現(xiàn)場總線是專為工業(yè)現(xiàn)場設(shè)計的，它可以使用雙絞線、同軸電纜、光纜、電力線和無線的方式來傳送數(shù)據(jù)，具有很強的抗干擾能力。常用的數(shù)據(jù)傳輸線是廉價的雙絞線，并允許現(xiàn)場設(shè)各利用數(shù)據(jù)通信線進行供電，還能滿足本質(zhì)安全防爆要求。