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本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量控制系統(tǒng)的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，尤其涉及一種在主控制裝置發(fā)生故障時(shí)仍能維持穩(wěn)定的正常操作的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線，它還能使建立新系統(tǒng)時(shí)所需的試驗(yàn)操作方便地在另一方面進(jìn)行。

下面將參照附圖5解釋一種傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)典型的結(jié)構(gòu)。這種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)由控制室和現(xiàn)場(chǎng)部分組成?？刂剖抑杏幸恢餮b置51控制/管理整個(gè)系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)部分包含多個(gè)單元52，進(jìn)行各種檢測(cè)和控制操作。52中的每個(gè)單元和主裝置51連接成一個(gè)控制回路。主裝置51和各個(gè)單元52通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線53互相連接。主裝置51和各單元52之間采用多點(diǎn)連接的方法連接。主裝置51包括運(yùn)算和控制器51a、通信和總線控制器51b和電源51c。每個(gè)單元52包括一作為檢測(cè)器的發(fā)送器54和一作為操作器的執(zhí)行器55。每一單元52通過(guò)中繼器56與現(xiàn)場(chǎng)總線53連接。

在以如上所提到的方式排布的系統(tǒng)中，發(fā)送器54輸出的檢測(cè)信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線53送至主裝置51。運(yùn)算和控制器51a根據(jù)從檢測(cè)信號(hào)獲得的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線53把控制信號(hào)送至執(zhí)行器55，以所希望的方法控制執(zhí)行器55。需要時(shí)，執(zhí)行器55將通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線53返回一個(gè)應(yīng)答返回信號(hào)至主裝置51。

上述的多個(gè)單元52中的每個(gè)單元和主裝置51之間的傳送操作受適當(dāng)?shù)臅r(shí)間控制。因此，從主裝置51和各單元52來(lái)的各種類型的數(shù)據(jù)可在現(xiàn)場(chǎng)總線53上流動(dòng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線53上數(shù)據(jù)的流動(dòng)受主裝置51中的通信和總線控制器51b的控制。因此，由通信和總線控制 器51b調(diào)節(jié)系統(tǒng)各部分之間的通信請(qǐng)求。

按照傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，由主裝置51采用數(shù)字分布控制系統(tǒng)（DCS）來(lái)進(jìn)行通信和控制。整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線內(nèi)信號(hào)流動(dòng)的控制和總線的管理以及控制是由數(shù)字分布控制系統(tǒng)完成的。數(shù)字分布控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)的測(cè)量控制系統(tǒng)的擴(kuò)展，因此作為一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)它是正常的。

然而，這種傳統(tǒng)的系統(tǒng)有以下問(wèn)題。

第一，控制室的主裝置參與控制所述控制回路（包括檢測(cè)器和操作器）所需的計(jì)算和控制。因此，在主裝置中的任何一個(gè)故障都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障。換句話說(shuō)，傳統(tǒng)的系統(tǒng)容易受到控制室內(nèi)故障的危害。

第二，如果傳統(tǒng)的系統(tǒng)是新建立起來(lái)的，那么首先要安裝各個(gè)局部裝置，檢查它們的操作，然后安裝主裝置，并把它連接到局部裝置上，檢查整個(gè)系統(tǒng)的操作。由于作為局部裝置的各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的建設(shè)進(jìn)度通常是不同的，而對(duì)這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主裝置配合操作的檢查，要在檢查了各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有操作之后才能進(jìn)行，因此這綜合檢查大大地被延遲。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分別連接到主裝置上之前，它們必須在沒有主裝置的參與下試運(yùn)行。這是用一個(gè)模擬器代替主裝置來(lái)完成的。該模擬器是實(shí)時(shí)控制的，其標(biāo)度較大。另外，用模擬器獲得的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的極好的操作并不能保證實(shí)際操作也極好，即不能保證設(shè)備正確、安全地操作。

第三，主裝置發(fā)生故障或因噪聲使控制室和現(xiàn)場(chǎng)中繼器之間的通信中斷都將使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法控制，即系統(tǒng)易受故障的損害。在上面提到的傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，容易發(fā)生故障，尤其是在主裝置和中繼器之間的通信通道上。

第四，在持續(xù)的控制狀態(tài)期間，主裝置必須和每個(gè)控制回路的檢測(cè)器和操作器以各個(gè)控制回路所要求的響應(yīng)速度交換數(shù)據(jù)。由于 一些控制回路響應(yīng)速度可能較慢，增加了主裝置和這些控制回路通信的主裝置通信負(fù)荷，所以主裝置的整個(gè)通信負(fù)荷增加了。

鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在系統(tǒng)開始操作后具有高的自由度和高的響應(yīng)速度以及保證高可靠的操作的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。這是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)或現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)單元上設(shè)置一個(gè)運(yùn)算和控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，按常規(guī)，它是設(shè)置在控制室的主裝置上的。這能在正?？刂撇僮鲿r(shí)，使現(xiàn)場(chǎng)中眾多單元的檢測(cè)和操作在沒有主裝置的參與下受到控制，并能使每個(gè)單元在各個(gè)單元之間進(jìn)行通信或不進(jìn)行通信的情況下獨(dú)立地受到控制。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，在這系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)不受控制室發(fā)生故障的影響，所以它能穩(wěn)定地運(yùn)行，保證高可靠的操作。

本發(fā)明的再一個(gè)目的在于提供一種具有靈活結(jié)構(gòu)的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。它是通過(guò)由主裝置發(fā)出一個(gè)指令來(lái)設(shè)置或改變存儲(chǔ)在裝置于現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)算和控制器的控制參數(shù)以及在非正常狀態(tài)時(shí)由主裝置直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的單元進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)的。

為實(shí)現(xiàn)這些目的，本發(fā)明提供的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)包括一位于控制室中的主裝置、多個(gè)位于現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)和控制單元和連接主裝置和多個(gè)單元的總線線路。多個(gè)單元中的每個(gè)單元包括一檢測(cè)器、一運(yùn)算和控制器和一操作器，并且形成一個(gè)控制回路。運(yùn)算和控制器根據(jù)檢測(cè)器檢測(cè)到的測(cè)量值使用存儲(chǔ)于其內(nèi)的控制參數(shù)產(chǎn)生一控制信號(hào)。該控制信號(hào)控制操作器的操作。因此，對(duì)每個(gè)單元的控制操作是在沒有主裝置的參與下進(jìn)行的。

按常規(guī)，運(yùn)算和控制器設(shè)置在控制室的主裝置上，而本發(fā)明設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)。尤其是在上述的構(gòu)造中，運(yùn)算和控制器分別設(shè)置在每個(gè)單元中。從而，獨(dú)立于主裝置，在現(xiàn)場(chǎng)一側(cè)形成控制回路，即，控制操作自主地在現(xiàn)場(chǎng)一側(cè)進(jìn)行。又，控制功能從控制室和現(xiàn)場(chǎng)之間的 關(guān)系或主裝置和各控制單元之間的關(guān)系來(lái)說(shuō)是分布式的。當(dāng)每個(gè)單元中的檢測(cè)器檢測(cè)出變化量的數(shù)值時(shí)就將它輸出作為測(cè)量信號(hào)，該輸出信號(hào)被輸入到該單元中的運(yùn)算和控制器中。運(yùn)算和控制器根據(jù)該測(cè)量信號(hào)和存儲(chǔ)于其內(nèi)的控制參數(shù)產(chǎn)生一控制信號(hào)，并由控制信號(hào)使執(zhí)行器操作，該執(zhí)行器即是操作器。

在最佳的結(jié)構(gòu)中，按照本發(fā)明的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的多個(gè)單元中的每單元僅包括檢測(cè)器和操作器。而在現(xiàn)場(chǎng)一側(cè)設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)算和控制器。由這個(gè)單獨(dú)的運(yùn)算和控制器與每個(gè)單元形成控制回路。運(yùn)算和控制器根據(jù)在任何塊中的檢測(cè)器檢測(cè)到的測(cè)量值用存儲(chǔ)于其內(nèi)的控制參數(shù)產(chǎn)生一控制信號(hào)，并用該控制信號(hào)使相應(yīng)塊中的操作器操作。因此，控制操作可在沒有主裝置的參與下進(jìn)行。

在上述最佳的結(jié)構(gòu)中，單獨(dú)的運(yùn)算和控制器裝置在現(xiàn)場(chǎng)，該運(yùn)算和控制器進(jìn)行與上述結(jié)構(gòu)中進(jìn)行的相似的控制操作。

在上面的結(jié)構(gòu)中，最好是主裝置從檢測(cè)器和運(yùn)算和控制器接收輸出信號(hào)，由此監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)和控制狀況。

上述結(jié)構(gòu)中的任一種可按下述方案進(jìn)行變化。

主裝置的監(jiān)視可以僅在正常狀態(tài)下進(jìn)行。必要的，主裝置可以發(fā)出控制命令到現(xiàn)場(chǎng)的控制回路或單獨(dú)的運(yùn)算和控制器。

可以在主裝置和現(xiàn)場(chǎng)裝置之間裝置一通信緩沖器，這樣可以消除控制室產(chǎn)生的異常對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的影響，因此在現(xiàn)場(chǎng)一側(cè)可以維持正常的控制操作。

通信緩沖器可包括通信異常檢測(cè)器，以便在通信異常檢測(cè)器檢測(cè)到通信異常時(shí)允許僅由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制操作。

存儲(chǔ)在運(yùn)算和控制器中的控制參數(shù)可以定義控制功能的特征。它們可由主裝置設(shè)置或改變。

存儲(chǔ)在運(yùn)算和控制器中的控制參數(shù)也可以由可拆卸地安裝于總 線線路上的終端設(shè)置或改變。

運(yùn)算和控制器包括用于設(shè)置和改變控制參數(shù)的調(diào)節(jié)器。

總線控制部分可以設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)?？偩€控制部分可以把總線控制權(quán)交給多個(gè)檢測(cè)器、多個(gè)運(yùn)算和控制器和主裝置，并相對(duì)減少總線控制部分把總線控制權(quán)交給運(yùn)算和控制裝置的頻率。

總線控制部分可以把總線控制權(quán)以循環(huán)方式交給系統(tǒng)的多個(gè)部分。多個(gè)部分之間的通信可以部分地使用級(jí)聯(lián)通信。

如上所述，在按照本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，在正?？刂撇僮鲿r(shí)，主裝置不參與操作。主裝置監(jiān)視預(yù)定的內(nèi)容。在非正常情況時(shí)，如果需要，主裝置可以把控制命令送至現(xiàn)場(chǎng)的控制單元中。

在這種通信緩沖器裝置在現(xiàn)場(chǎng)和控制室的主裝置之間的總線線路上的結(jié)構(gòu)中，通信緩沖器基本上具有把現(xiàn)場(chǎng)與控制室分開的作用。當(dāng)設(shè)置在通信緩沖器內(nèi)的數(shù)據(jù)異常檢測(cè)器檢測(cè)到異常時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可以獨(dú)立地操作。因而，可維持系統(tǒng)正常操作，并能保證持續(xù)的操作。

在這種存儲(chǔ)在設(shè)置于現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)算和控制器中的控制參數(shù)可在外部設(shè)置和改變的結(jié)構(gòu)中，可以用主裝置、專門準(zhǔn)備的終端或調(diào)節(jié)器中之一來(lái)進(jìn)行設(shè)置和改變。

控制功能分布在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的各控制單元上。由設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的總線控制部分來(lái)控制多個(gè)控制單元和主裝置之間的通信。因而，可進(jìn)行流暢的通信。

圖1示出了本發(fā)明的自主的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例;

圖2圖示了每個(gè)回路內(nèi)運(yùn)算和控制部分的控制參數(shù)是如何設(shè)置和改變的;

圖3示出了通信方法;

圖4示出了令牌循環(huán)和信號(hào)分別傳輸?shù)降哪康牡乇砀?

圖5示出了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的例子。

現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。

首先，定義主要的術(shù)語(yǔ)?！白灾鳌逼浜x是能在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)或現(xiàn)場(chǎng)側(cè)每個(gè)控制單元進(jìn)行所需要的控制;“分布式”其含義是控制作用分布在每個(gè)任意給定的單元。關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)總線，可以有各種不同于圖中所示的分布。

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)被點(diǎn)劃線1分成畫于其上的控制室和畫于其下的現(xiàn)場(chǎng)?？刂剖液兄餮b置2。主裝置2包括CRT顯示器、操作面板和起主要裝置作用的運(yùn)算和控制器。在正常操作時(shí)，主裝置2的運(yùn)算和控制器監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，在需要時(shí)輸出設(shè)置和改變控制參數(shù)的指令和控制命令到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在現(xiàn)場(chǎng)，安裝有許多分別包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制回路3。這些回路分別對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)所述的各單元。每個(gè)回路3的結(jié)構(gòu)能完成分配給它的特定的功能，它包括發(fā)送器4、執(zhí)行器5和位于發(fā)送器4和執(zhí)行器5之間的運(yùn)算和控制部分6。通常指定給每個(gè)回路的運(yùn)算和控制部分6的控制功能是不同的。指定給運(yùn)算和控制部分6的典型的控制功能是作為控制器。運(yùn)算和控制部分6有存儲(chǔ)器6a，存儲(chǔ)定義控制特征的控制參數(shù)。因此，在每個(gè)回路3內(nèi)，由傳送器4檢測(cè)到的測(cè)量值送至運(yùn)算和控制部分6，并由運(yùn)算和控制部分6根據(jù)控制參數(shù)計(jì)算控制值?；谠摽刂浦档目刂菩盘?hào)由運(yùn)算和控制部分6提供給執(zhí)行器5以進(jìn)行希望的控制所需要的操作。

主裝置2和各回路3由現(xiàn)場(chǎng)總線7相互連接。該現(xiàn)場(chǎng)總線7也把現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的各個(gè)回路3互相連接起來(lái)。中繼器8設(shè)置在每個(gè)回路3的輸入/輸出端，這樣通過(guò)中繼器8可把回路3連接到現(xiàn)場(chǎng)總線7上。在現(xiàn)場(chǎng)總線7上裝置有通信緩沖器9，該通信緩沖器9在主裝置2和各中繼器之間的通信通道上。通信緩沖器9設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)。通信緩沖器9包括數(shù)據(jù)緩沖器10和11和異常數(shù)據(jù)檢測(cè)部分12。

在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)，電源部分13和總線控制部分14通過(guò)中繼器15連接到現(xiàn)場(chǎng)總線7上。電源部分13為現(xiàn)場(chǎng)總線7提供電能。因而，從電源部分來(lái)的電能提供給雙線型現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，該設(shè)備包括在連接到現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)。數(shù)據(jù)控制部分14調(diào)節(jié)連接到總線線路上的回路3輸出的通信請(qǐng)求（通信權(quán)），因此來(lái)管理現(xiàn)場(chǎng)總線7上數(shù)據(jù)的流動(dòng)。把電源部分13和總線控制部分14配置在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的理由是能使現(xiàn)場(chǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)自控制。

下面將解釋以如上方案排布的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的控制操作。

在每個(gè)回路3內(nèi)，發(fā)送器4測(cè)量過(guò)程變化量的值，并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（數(shù)字信號(hào)），通過(guò)級(jí)聯(lián)通信輸出測(cè)量值。從傳送器4來(lái)的輸出信號(hào)不僅送到在回路中的運(yùn)算控制部分6，而且也通過(guò)中繼器8輸出到現(xiàn)場(chǎng)總線7。輸出到現(xiàn)場(chǎng)總線7的信號(hào)也被送到連接在該總線線路上的所有其它回路。一般地，包含在同一個(gè)回路內(nèi)的運(yùn)算和控制部分接收從發(fā)送器4發(fā)出的測(cè)量信號(hào)，并用測(cè)量信號(hào)進(jìn)行預(yù)定的計(jì)算，以產(chǎn)生控制信號(hào)。為獲得該控制信號(hào)，如上所述，使用了存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6a內(nèi)的控制參數(shù)。獲得的控制信號(hào)被送至同一回路內(nèi)的執(zhí)行器5以進(jìn)行希望的控制所需要的操作。因此，由回路3的各部分形成一個(gè)單獨(dú)的控制回路。送至其它回路的測(cè)量信號(hào)?？梢杂糜诜謩e計(jì)算那些回路所需要的控制信號(hào)。

從各回路內(nèi)的傳送器4發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)總線7的測(cè)量信號(hào)也通過(guò)信號(hào)緩沖器9提供給主裝置2。通信緩沖器9有使主裝置2和每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間異步進(jìn)行通信的功能。它還有當(dāng)主裝置2或控制室內(nèi)通信通道發(fā)生故障因而出現(xiàn)非正常數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)異常的功能，并從而把主裝置2與現(xiàn)場(chǎng)側(cè)分開以維持現(xiàn)場(chǎng)側(cè)正常的控制操作。如上所述，每個(gè)回路3內(nèi)傳送器4輸出的測(cè)量信號(hào)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線7送至主裝置2。在正常情況下，主裝置2接收測(cè)量信號(hào)，由此監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)。在正常狀態(tài)時(shí)，主裝置2僅監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)，而不直接把控制命令 輸出至每個(gè)回路3內(nèi)的執(zhí)行器5。

在主裝置2的另一種狀態(tài)，主裝置2可以直接把控制參數(shù)指派給回路3內(nèi)的運(yùn)算和控制部分6，或變換設(shè)置在存儲(chǔ)器6a內(nèi)的控制參數(shù)，以及把控制指令直接輸出到執(zhí)行器5。主裝置2有一輸入裝置，如鍵盤，允許操作者通過(guò)輸入裝置輸入各種控制參數(shù)。

由運(yùn)算和控制部分6產(chǎn)生的對(duì)執(zhí)行器5操作的控制信號(hào)以及應(yīng)答信號(hào)，如表示根據(jù)控制信號(hào)操作的執(zhí)行器5的閥門開口大的信號(hào)，從運(yùn)算和控制部分6通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線7送至主裝置2。主裝置2接收應(yīng)答信號(hào)，并監(jiān)測(cè)該回路的工作狀態(tài)。

裝置在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備構(gòu)成的各回路3包含運(yùn)算和控制部分6，運(yùn)算和控制部分6按照存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器6a內(nèi)的控制參數(shù)或控制內(nèi)容根據(jù)從傳送器4來(lái)的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行計(jì)算以獲得一控制信號(hào)，并根據(jù)控制信號(hào)執(zhí)行必需的操作。用于每個(gè)回路3內(nèi)進(jìn)行計(jì)算的控制參數(shù)和控制內(nèi)容要根據(jù)系統(tǒng)條件和任務(wù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如上所述這種轉(zhuǎn)換可由主裝置2進(jìn)行。另一種情況，轉(zhuǎn)換可以用臨時(shí)接到現(xiàn)場(chǎng)總線7上的專門預(yù)備的終端16通過(guò)中繼器的通信進(jìn)行，圖2清楚地示出了這種情況。還有一種情況，也可以這樣排布，使操作者能用裝在每個(gè)回路3內(nèi)的運(yùn)算和控制部分6中的設(shè)置部分手動(dòng)設(shè)置控制參數(shù)。

在上述說(shuō)明中，多個(gè)回路3中的一個(gè)進(jìn)行控制操作并送出一個(gè)必需的信號(hào)至主裝置2。然而，由于多個(gè)回路3可以獨(dú)立地操作，它們可能同時(shí)向主裝置2送出信號(hào)。在那種情況下，需要在各回路3之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以按次序傳輸。總線線路上數(shù)據(jù)傳輸定時(shí)是由總線控制部分14控制的。如輪詢或令牌傳送（token??passing）等方法均可用于控制數(shù)據(jù)傳輸。

下面將參照?qǐng)D3和圖4來(lái)解釋令牌傳送，作為數(shù)據(jù)傳輸控制方法的一個(gè)例子。

在圖3中，圖示了一種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，包含主裝置2、三個(gè)回路3和現(xiàn)場(chǎng)總線控制部分（FBC）14。在圖中，標(biāo)記M表示主裝置2的運(yùn)算和控制單元，其用作主控制器，T1到T3分別表示第一到第三回路的發(fā)送器，C1到C3分別表示第一到第三回路的運(yùn)算和控制單元。雖然圖中未畫出，但現(xiàn)假設(shè)有T1到Tn個(gè)發(fā)送器4和C1到Cn個(gè)運(yùn)算和控制單元6。

在圖3所示的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，由總線控制部分14A控制的令牌以如圖4所示的最上行所示的T1、C1、T2、C2……Tn、Cn、M、T1……的次序循環(huán)。當(dāng)令牌存在于發(fā)送器T1時(shí)，發(fā)送器T1把測(cè)量信號(hào)同時(shí)轉(zhuǎn)輸出給同一個(gè)回路中的運(yùn)算和控制部分C1和主裝置的運(yùn)算和控制單元M。運(yùn)算和控制部分C1通過(guò)用測(cè)量信號(hào)進(jìn)行預(yù)定的計(jì)算，并對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制。主裝置2的運(yùn)算和控制單元M僅接收測(cè)量信號(hào)。接著，令牌移到運(yùn)算和控制部分C1，并且，運(yùn)算和控制部分C1把由如前所述的計(jì)算獲得的已控制變量送到主裝置2的運(yùn)算和控制單元M。此后，以同樣的方法，令牌按T2、C2……的順序移位。

在這個(gè)例子中，運(yùn)算和控制部分C2進(jìn)行級(jí)聯(lián)控制。更具體地說(shuō)，運(yùn)算和控制部分C2根據(jù)從發(fā)送器T2輸出的測(cè)量信號(hào)計(jì)算已控制變量，并把結(jié)果送到主裝置2的運(yùn)算和控制單元M和運(yùn)算和控制部分C1。運(yùn)算和控制部分C1接收運(yùn)算和控制部分C2來(lái)的串聯(lián)設(shè)置的信號(hào)，把它用作一信號(hào)來(lái)控制與其連接的執(zhí)行器。該現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)排布成連接到總線線路上的設(shè)備能接收總線線路上產(chǎn)生的所有信號(hào)。因此，如果出現(xiàn)在總線線路上的信號(hào)包含有發(fā)送器的地址，運(yùn)算和控制部分C1能有選擇地只接收所需要的信號(hào)。

此后，每個(gè)發(fā)送器和運(yùn)算和控制部分以預(yù)定順序相似地進(jìn)行傳輸和接收。當(dāng)令牌移到主裝置2的運(yùn)算和控制單元M時(shí)，主裝置2把已設(shè)置值和控制參數(shù)送到需要它們的發(fā)送器和運(yùn)算和控制部分。 令牌經(jīng)過(guò)上述完全的一系列操作傳送之后，再以同樣的程序進(jìn)行通信。

下面將通過(guò)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)比較來(lái)定量地解釋上述控制系統(tǒng)中通信的控制周期。上述控制系統(tǒng)的控制周期由下式給出：

Tc＝n（Tt+Tn）

其中Tc是令牌傳送一輪的周期，Tt是發(fā)送器的通信時(shí)間，Tn是運(yùn)算和控制部分的通信時(shí)間，n是連接到現(xiàn)場(chǎng)總線的回路的數(shù)目。

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制周期由下式計(jì)算：

Tc＝n（Tt+Tm+Tn）

其中Tm是主裝置2的處理時(shí)間。

從上兩等式可以看出，在按照本發(fā)明的控制系統(tǒng)中，由于主裝置2的處理時(shí)間是不需要的，如果通信時(shí)間縮短，也就是如果傳輸速度加快，信息長(zhǎng)度縮短，那么響應(yīng)速度可進(jìn)一步加快。而且，由于運(yùn)算和控制部分送出的控制變量和應(yīng)答信號(hào)不需要響應(yīng)，而測(cè)量信號(hào)需要，所以，與發(fā)送器使用的相比，運(yùn)算和控制部分用的令牌可以減少。在那種情況下，控制周期Tc基本上等于nTt。這是一個(gè)很大的改進(jìn)。

在上面的實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的每個(gè)回路包含運(yùn)算和控制部分。然而，控制系統(tǒng)可以這樣排布，把一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)運(yùn)算和控制部分17設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)，如圖1中虛線所示。在那種情況下，其它的結(jié)構(gòu)和主要控制操作與上述的控制系統(tǒng)相同。由于運(yùn)算和控制部分17裝置在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)，如上述的實(shí)施例中的情況一樣，可以把它稱為分布的和自主的。而且，這種控制系統(tǒng)在控制室側(cè)發(fā)生故障時(shí)能維持正常的操作，因此該系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定。

如上所述，由于運(yùn)算和控制部分、電源以及總線控制部分都裝置在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)，因此控制操作能在沒有主裝置的參與下在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)進(jìn)行。因而，即使控制室發(fā)生故障，現(xiàn)場(chǎng)側(cè)仍能維持穩(wěn)定的操作。又， 當(dāng)安裝一個(gè)新的系統(tǒng)時(shí)，可以用臨時(shí)連接到現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的專門預(yù)備的終端通過(guò)設(shè)置控制參數(shù)啟動(dòng)最初安裝的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作。此后，安裝主裝置，然后啟動(dòng)其操作。因此，整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視和操作功能可在主裝置的操作啟動(dòng)時(shí)就開始。因此系統(tǒng)操作的啟動(dòng)是平穩(wěn)的。

在正常操作狀態(tài)時(shí)，主裝置僅監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作狀態(tài)。在非穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，主裝置能輸出控制命令到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。而且，它能夠設(shè)置和改變存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的運(yùn)算和控制部分內(nèi)的控制參數(shù)。因而，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

能檢測(cè)異常情況的通信緩沖器設(shè)置在控制室和現(xiàn)場(chǎng)側(cè)之間的現(xiàn)場(chǎng)總線上。因此，在外部噪聲或串?dāng)_等影響到控制室和現(xiàn)場(chǎng)之間的通信通道，使通信發(fā)生困難時(shí)，主裝置能與現(xiàn)場(chǎng)分開。因而，增加了通信的可靠性，并能消除發(fā)生在控制室內(nèi)的異常對(duì)現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的影響。結(jié)果，能維持現(xiàn)場(chǎng)側(cè)正常的操作。

由于主裝置不參與需要實(shí)時(shí)響應(yīng)的控制操作，因此，減少了主裝置的負(fù)荷。