1、导言
在工业生产中，跟着生产规模的扩大和杂乱程度的进步，实践运用对操控体系的要求越来越高。在20世纪50～60年代，以模仿信号为主的电子设备和自动化外表组成的监控体系替代传统的机电操控体系。随后是在70～80年代，集散操控体系DCS(Distributed Control System)的呈现，把许多涣散的单回路测控体系通过计算机进行会集一致办理，用各种I/O功用模块替代操控室外表，运用计算机完成回路调理、工况联锁、参数显现、数据存储等多种功用，然后完成了工业操控技能的腾跃。
DCS一般由操作站级、进程操控级和现场外表三级组成，其特色是“会集办理，涣散操控”，根本操控功用在进程操控级中，作业站级的首要作用是监督办理。涣散操控使得体系因为某个部分的不可靠而构成对整个体系的危害降到较低的程度，且各种软硬件技能不断走向老练，极大地进步了整个体系的可靠性，因而敏捷成为工业自动操控体系的干流。但DCS的结构是多级主从联系，底层彼此间进行信息传递有必要通过主机，然后构成主机负荷过重，功率低下，并且主机一旦产生毛病，整个体系就会“瘫痪”。并且DCS是一种数字—模仿混合体系，现场外表依然运用传统的4～20mA模仿信号，工程与办理本钱高，柔性差。此外各制作商的DCS自成规范，通讯协议关闭，极大的约束了体系的集成与运用。
进入90年代，具有数字化的通讯方法、全涣散的体系结构、敞开的互联网络、多种传输前言和拓扑结构、高度的环境适应性等特色的现场总线(Fieldbus)技能敏捷兴起并趋向老练，操控功用全面转入现场智能外表，而在此根底上构成的新的现场总线操控体系FCS(Fieldbus Control System)归纳了数字通讯技能、计算机技能、自动操控技能、网络技能和智能外表等多种技能手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模仿信号或数字—模仿信号操控的局限性，构成一种全涣散、全数字化、智能化、双向、互连、多变量、多接点的通讯与操控体系。相应的操控网络结构也产生了较大的改变。FCS的典型结构分为设备层、操控层和信息层。选用了现场总线技能使操控功用下放到现场设备成为或许，现场总线规范不只是通讯规范，一同也是体系规范。FCS正在走向替代DCS并推进着工业操控技能的又一次腾跃。
2、现场总线运用中的问题
2.1 规范问题
现场总线操控体系在实践运用中还存在一些问题有待处理，其中最杰出的问题便是短少一致的规范。2000年头IEC发布的IEC61158世界规范，产生了H1(FF)、ControlNet、Profibus、P-Net、HSE(FF)、SwiftNet、WorldFIP、Interbus等8种IEC现场总线世界规范子集。IEC现场总线世界规范拟定的结局标明，在适当长的一段时期内，将呈现多种现场总线并存的局势，并导致操控网段的体系集成与信息集成面对困难。无论是最终用户仍是工程集成商也包含制作商，都在寻求高功能、低本钱的处理方案。8种类型的现场总线选用不同的通讯协议，要完成这些总线的彼此兼容和互操作简直是不或许的。每种现场总线都有自己最合适的运用领域，如安在实践中依据运用目标，将不同层次的现场总线组合运用，使体系的各部分都挑选最合适的现场总线，对用户来说，依然是比较扎手的问题。
2.2 体系的集成问题
在实践运用中，一个大的体系很或许选用多种的现场总线，特别是我国那些高速成长的终端用户，在企业的不同开展阶段和世界规模的跨国制作配备收购简直不或许一致技能前沿的现场总线。怎么把企业的工业操控网络与办理层的数据网络进行无缝地集成，然后使整个企业完成管控一体化，显得十分要害。现场总线体系在规划网络布局时，不只要考虑各现场节点的间隔，还要考虑现场节点之间的功用联系、信息在网络上的活动状况等。因为智能化现场外表的功用很强，因而许多外表会有相同的功用块，组态时要细心考虑功用块的挑选，使网络上的信息活动最小化。一同通讯参数的组态也很重要，要在体系的实时性与网络功率之间做好平衡。
2.3 存在技能瓶颈
现场总线在运用中还存在一些技能瓶颈问题，首要表现在以下几个方面。
(1) 当总线电缆断开时，整个体系有或许瘫痪。用户期望这时体系的效能能够下降，但不能溃散，这一点现在许多现场总线不能确保。
(2) 本安防爆理论的约束。现有的防爆规则约束总线的长度和总线上负载的数量。这便是约束了现场总线节约电缆长处的发挥。
(3) 体系组态参数过火杂乱。现场总线的组态参数许多，不容易把握，但组态参数设定得好坏，对体系功能影响很大。
因而，选用一种一致的现场总线规范关于现场总线技能的开展具有特别重要的含义。为了加速新一代操控体系的开展与运用，各大厂商纷繁寻觅其他途径以求处理扩展性和兼容性的问题，业内人士把目光搬运到了在商用局域网中大获成功的具有结构简略、本钱低价、易于装置、传输速度高、功耗低、软硬件资源丰富、兼容性好、灵活性高、易于与Internet集成、支撑简直一切盛行的网络协议的以太网技能。
3、以太网与TCP/IP
以太网(Ethernet)最早来源于Xerox公司于1973年制作的网络体系，是一种总线式局域网，以基带同轴电缆作为传输介质，选用CSMA/CD协议。Xerox公司制作的以太网十分成功，1980年Xerox、DEC和Intel公司联合起草了以太网规范。1985年，IEEE802委员会吸收以太网为IEEE802.3规范，并对其进行了修正。以太网规范和IEEE802.3规范的首要差异是以太网规范只描绘了运用50欧同轴电缆、数据传输率为10Mbps的总线局域网，并且以太网规范包含ISO数据链路层和物理层的全部内容;而IEEE802.3规范描绘了运行在各种介质上的、数据传输率从1Mbps～10Mbps的一切选用CSMA/CD协议的局域网，并且IEEE802.3规范只界说了ISO参阅模型中的数据链路层的一个子层(即介质拜访操控MAC子层)和物理层，而数据链路层的逻辑链路操控LLC子层由IEEE802.2描绘。该规范规则选用载波侦听多路拜访/抵触(磕碰)检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect)，信号以10Mbps速率在同轴电缆上传输。
依照ISO的OSI七层结构，以太网规范只界说了数据链路层和物理层，作为一个完好的通讯体系。以太网在成为数据链路和物理层的协议之后，就与TCP/IP严密地绑缚在一同了。因为后来世界互连网选用了以太网和TCP/IP协议，人们乃至把如超文本衔接HTTP等TCP/IP协议组放在一同，称为以太网技能; TCP/IP的简略有用已为广阔用户所承受，不只在办公自动化领域内，并且在各个企业的办理网络、监控层网络也都广泛运用以太网技能，并开端向现场设备层网络延伸。现在，TCP/IP协议成为最盛行的网际互联协议，并由单纯的TCP/IP协议开展成为一系列以IP为根底的TCP/IP协议簇。
