西门子6ES7322-1FL00-0AA0性能参数
PLC在啤酒废水处理控制系统中的应用（上） 引言
随着环境问题对人类生存的影响日趋加重，人们对环境保护的意识也日益重视。特别是近10多年来，我国在环保方面的工作取得了一定的成绩，使环境污染得到了一定的遏制。环保产业也取得了很大的发展，许多地区竞相将其作为重点发展的领域之一。其中城市污水处理和工厂废水处理，控制污水排放，都得到高度重视，污水处理行业已成为一个新兴、热门的行业。
我国在《污水综合排放标准》（GB8978－88）中规定了各种工业废水排入城市排水管网时，各类污染物的高允许排放浓度，以保证城市污水处理厂的正常运行。由于各地城市污水的水源水质不同，相应采用的污水处理工艺方法也不同。
1 工艺介绍
1.1 啤酒厂废水翠的主要工艺
一般啤酒厂的废水处理主要采用好氧处理、水解－好氧处理和厌氧－好氧联合处理等几种工艺技术。
好氧处理工艺主要采用活性污泥法、高负荷生物过滤法和接触氧化法等。水解－好氧处理主要利用水解反应器使啤酒废水中的大分子难降解有机物被转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善。实验结果表明，水解和好氧处理相结合，比完全好氧处理更为经济。厌氧－好氧联合处理技术是一种能有效去除有机污染物并使其矿化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳，该处理技术系统结构简单、占地面积小、便于运行管理。
目前，啤酒的废水处理，一般采用厌氧－好氧处理技术，这是一种在处理效果、投入成本和经济运行方面都较为合理、经济的方案。
南京英特布鲁啤酒厂废水处理系统设计指标为：日处理能力为5000 /天，进水指标为：COD2500 、、 及 ～12；经过处理后，其排放指标为：COD 、 、 及 。处理后的水质达到国家排放标准。
整个污水处理系统主要由集水井、调节池、预酸化池、IC塔、二沉池等设备和建筑物构成，自动控制系统配置一套SiemensS7－300PLC系统和一套上位机监控系统。
1.2 工艺流程
啤酒厂废水处理的工艺过程如图1所示。啤酒生产过程中的麦糟水、洗涤水等排放废水，进入集水井并流入调节池，进行初步的物理处理，去除污水中的杂质，在必要时进行降温处理。随后进入预酸化池进行pH值等指标调整，使其满足在IC塔处理过程，在其处理过程中产生的沼气，目前主要采用燃烧排放的方式（以后可以进行沼气利用处理）。在IC处理过程中，当污水水质达到一定要求后，废水排放到曝气池进行好氧处理，随后在二沉池沉淀、分离污泥，使排放水质达到排放标准，后才排放至附近河流或经消毒后进行2次利用。
图1 工艺流程示意图
2 控制系统设计及实现
本控制系统采用Siemens公司的S7－3000系列CPU315－2DPPLC，配置输入输出点：DI32×6＝192点、DO32×3＝96点、AI8×4＝32点、A04×1＝4点；配置CP343－1以太网通信模块及TSAdapter与上位机监控计算机进行通信。上位监控计算机采用Siemens工控机。
2.2 系统网络结构
本控制系统由1个主站和1个远程站构成，主站与远程站间采用Profibus-DP通信，通信速率高可达12Mbps。PLC通过以太网和上位机进行通信，其通讯速率可以到10Mbps，并为其它计算机访问本控制系统预留接口。为了方便工艺工程师对工艺参数的远程监控以及自控工程师对本PLC系统的远程维护，本系统配备了远程监控系统，通过公共电话网，工艺工程师及自控工程师可在异地监控运行参数及设备运转情况，极大地**了快速处理现场发生故障地能力，节省了维护的费用和企业的成本。其系统网络结构图如图2所示。
PLC在啤酒废水处理控制系统中的应用（下）
图3 A/D和D/A模块初始化程序
PID指令所涉及到的24个数据寄存器也需要设定，如采样时间、滤波常数，积分时间、微分增益等。这些数据需要根据被控对象的实际情况来定量，如pH值的存在范围、污水的**大小、加入中和药水的品质、中和速度等。通常工厂的生产工艺相对较为稳定，污水的pH值和**基本稳定，有些变化，只要控制参数设置合理一般不会有太大出入，而其它的影响因数比较容易控制，这些参数可以定值设置，并在PLC上电工作时就调入并在控制过程中使用。
3.2 采样过程
采样的间隔时间可以根据实际情况定置，时间因子可以采用PLC内部的时间基准，如图4中M8013为秒脉冲的时钟继电器。
图4所示的A/D转换程序可以每秒钟完成一次pH值的采样。
图4 A/D 转换程序
3.3 分析、计算过程
采样完成后，利用PID指令进行分析和计算。
图5 PID指令程序
在图5所示的PID指令程序中，目标值是指用户希望被控对象应稳定在哪一个模拟值所对应的数字量。如pH值0～14的模拟量4～20mA对应的数值为0～1000，若被控对象的pH值需要稳定在7，那么目标值数字量就应设定为500。测定值是指A/D采样所得到的pH值的数字量。参数D20表示PID指令在执行时所需的24个参数的个参数，也指明了这24个参数的首地址指针。从D20至D43应专门留给PID指令用于存储参数，通常需要在系统上电初始化时完成参数的输入，或者还可以使用编程器输入到受电池保护的D200以后的数据存储器，这样就不需要在每次上电时都把参数调入了。由PID指令分析后所得到的输出值存储在D50中。
在FX系列中，FX 是在内部固化了PID指令的PLC，它使用户在面对复杂控制时编程更加方便、程序量可以大大减少，控制的准确性和反应速度得到了很大的**。
3.4 输出程序
在PID指令执行后，所得数据将送至D/A模块，由它转换成4～20mA信号来控制变频器的输出，调节加药量，控制pH至。输出语句如图6所示。
图6 D/A转换程序
4 结束语
以PLC和变频器为核心的自动控制系统运用于pH值的控制，在工厂污水治理中取得了很好的效果。在以太湖流域为主要治理对象的“零点行动”中，许多污水处理厂采用这种自动控制系统都能很好地控制排放污水地pH值，**了工作效率，降低了工人的劳动强度，**了污水处理厂的现代化水平。
PLC在电梯电控模型中的应用
电梯控制系统主要有三种控制方式，继电器控制、PLC控制、微机控制，其中继电器控制系统故障率高，微机控制系统抗干扰能力弱．而PLC控制系统运行可靠，编程简单、维修方便、抗干扰性强．已成为目前电梯系统中使用多的控制方式，由PLC控制的电梯自动控制系统是楼宇智能控制、工业过程控制的典型实例．是近年来机电一体化、电气自动化、智能棱宇控制等的配套教学和实验设施，是PLC、电气控制等课程实践教学的一个不可缺少的重要内容。为了将这一实用性技术引入教学．突出实践教学性教学环节，我们制作了五层电梯电控模型，取得了较好的教学效果。
一、模型的构成
电梯模型由电梯主体、PLC、控制盒组成。其中主体包括轿厢、显示部分、导轨、开关门电机、升降电机、传感器等；控制盒包括电源、内选层按钮、插孔；显示部分包括内、外呼按钮显示．桥箱运行方向显示(三角形发光二极管)，层楼层显示(七段数码管)。根据I/O分配地址表，PLC选用三菱Fx2N列的FX2N64MR-001。
二、模型功能
本模型具有以下功能：
①顺向截停
②逆向保留呼叫信号
③自动开关门
④手动开关门
⑤互锁、报警、上下限位保护
⑥显示。
三、工作原理
PLC通过程序控制电梯的运行．其中外呼按钮、轿厢内选层按钮和各层限位开关为PLC的输八，继电器动作和指示灯为PLC的输出，电机由继电器控制，如图1。
PLC在电梯电控模型中的应用
图1 控制原理图
PLC在电梯电控模型中的应用
图2 电机升降与放电原理图
1、电机升降原理：
如图2，K1、K2为控制直流电机的两继电器。K2为于1，K1位于3时，电机电流向左；而K2位于2，K1
位于4时流过电机的电流向右．电流的反向使电机实现上升、下降。
2、电机放电原理：
因电机在断电的瞬间不可能马上停下来，加上轿厢本身的重量．有可能在程序给出停车的命令后．它还要继续往下走．在下极限强制轿厢停下来的要给控制电机放电，如图2。K为控制电机的下极限行程开关，当K位于6时正常上下行，而当下限极位时，K位于5短接电机正负极而放电。
四、编程要求
1、按实际电梯棱层显示方法显示。如：上升时，轿厢在1．2层之间显示“2”：下降时轿厢在1．2层之间显示“1”。
2、用向上、向下箭头(三角形发光二极管)显示电梯的上行、下行。
3、被呼叫的楼层(包括内呼和外呼)指示灯亮．响应后指示灯熄灭。
4、当只有单向呼叫信号时，按楼层的顺序响应呼叫信号；当有双向呼叫信号时．优先响应当前运行方向(顺向)楼层的呼叫信号，响应逆向呼叫信号，未响应的楼层呼叫信号被记忆。直到响应结束。
5、电梯运行过程禁止开门，开门电梯禁止运行。
6、电梯到层停车时响铃、自动开门，延迟一定时间后自动关门．也可以手动开、关门。
7、由于关门到位是靠时间来控制，为了保汪轿厢门可靠关闭，关门时间足够长(如5秒)。
8、电梯在任两层问行走不得超过30秒钟．否则判定电梯运行出故障，电梯自动停止运行。
9、电梯设有上下极限位行程开关。当电梯运行到极限位置时，通过程序强行电梯停止运行。
10、电梯如无任何呼叫，在当前层等待呼叫，等待超过一定时间自动返回基层。
五、编程方法
在程序的编写过程中先易后难，先练习二层、二层的编程．后完成五层编程，在完成基本环节后再加入限位保护、响铃、报警等功能。
各基本环节具体要求如下：
1、开、关门环节
1)电梯响应呼叫或到层停车自动开门
2)在电梯关门的过程中，若有人或物夹在两门的中间，需重新开门。可通过手动开门按钮实施重新开门。
3)开门延迟时间到自动关门；延迟时间未到可以手动关门。
2、楼层数字的显示与清除环节
楼层数字的显示按编程要求1进行，离开某层时，该楼层信号应被新的楼层信号所取代。
3、内、外呼信号的登记与消除环节
电梯有内、外呼信号时．呼梯信号应被记忆(即相应按钮指示灯亮)，呼梯信号响应后，呼梯信号应被消除。
六、I/0分配表
PLC在电梯电控模型中的应用
七、程序
(由于篇幅限制，程序不再给出，需要者可向作者索取)
八、故障检测排除方法
电梯调试过程中总会遇到这样那样的问题．在检查故障的过程中一般需要查看电源、电机、PLC程序是否有问题、下面例举我们在实践过程中遇到的一些问题加以说明：
1、电机小动。除查看电源外，还要判断电机是否正常，分别给开关门电机、升降电机加相应直流电雎，观察开关门动作、上升下降过程是否正常，可判断其有无故障。如果电机正常，再检查控制盒上对应部分接线是否正常，尤其是开关门电机、升降电机及对应继电器部分接线要仔细检查。还要检查导线是否断开等．借助万用表可查出并排除故障。如果接线正确，再检查PLCI/O接点有无问题，可采用调换I/0点的力法。如果plcI/O点正常．就利用PLC的程序监控功能，分别对开、关门，上、下行程序进行检查．对相关触点的闭合与断开进行观察与分析，由于PLC的监控功能直观地模拟了各触点的运行情况，检查起来很方便。
2、电机正常运行．某楼层指示灯小亮。由于电机正常运行，可排除电源、电机问题。考虑到此模型中楼层指示灯直接由PLC输出点控制，可以先从PLC输出接点与指示灯两方面入手。先判断指示灯是否有问题，用万用表或调换法进行检验．如果指示灯没有问题，再判断PLC的输出接点是否正常，用调换相应输出接点的方法进行判断。如果PLC的输出点没有问题．就按故障检测排除方法中的点，运用程序的监控功能进行程序检备。
3、电梯在搬运后调整。电梯在搬运或振动后，会出现楼层显示数字与实际楼层数不一致的情况。这是由于在搬运或振动后会导致导轨上的螺母松动使导轨发生位移而偏离行程开关的缘故．通过调整导轨上螺母松紧程度，可使楼层显示数字恢复正常。
4、上、下极限开关已经动作，则轿厢停在该极限位置无法动作．此时要断电，把有机玻璃罩抽出来，用手转动电机轴套，让轿厢离开极限位置，调整程序，重新实验。
九、下一步工作
随着科学技术的发展．现场总线技术，模糊控制技术，光电传感器技术等将不断应用于电梯控制系统，今后我们将顺应历史潮流．利用这些新技术减少模型硬件接线，减少程序长度，扩展电梯间的优质通讯服务，更好的为教学服务。
工控机IPC和PLC
一、概述
在工业自动化领域，PLC和工控机是人们不得不提的两类控制设备，它们是大多数自动化系统的基础设备。PLC和工控机的发展是工程师对设备应用性能要求的完美体现：控制器的硬件标准化，以及用户的各种控制要求通过软件来进行改变。
PLC就是一种利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使用方便的装置。它采用了专用设计的硬件，而使用性能都是通过控制程序来确定的。
工控机则是利用了个人计算机的PCI总线和PC/104总线、采用功能板卡扩展控制I/O点来实现计算机控制的一种方便的控制设备。它具有工业现场应用特性，又极大地利用了PC机的软件环境，用户可以方便地选择各制造商提供的产品。
PLC和工控机目前的技术发展水平已大大超过其出现时技术水平，并各自定位在不同的层面。PLC适合低成本自动化项目和作为大型DCS系统的I/O站，工控机在中规模小范围自动化工程中有很好的性能价格比，当然这种定位也不是的。据预测，2000年我国工业自动化的市场规模达170亿至207亿人民币，其中工控机占40亿左右、PLC占30亿左右，再加上DCS系统、FCS系统和NCC系统（占60亿）中使用的PLC和工控机，可以看出其在工业自动化领域中举足轻重的作用。这两类控制设备在各领域的自动化中扮演了不可缺少的角色。图1给出了某自来水厂工业控制系统的典型结构图，其中采用了PLC作为I/O控制站、工控机作为监控机。
工控机IPC和PLC
图1 工业控制系统的典型结构图
目前，PLC的主流厂商有A-B、Siemens和Modicon等。工控机的主流厂商有上海康泰克、北京康拓和研华、艾讯等。
PLC和工控机在其技术发展的历程中，为了适合工业现场应用的需要和用户二次开发的需要，都积极地发展高可靠性、网络化和高性能的用户开发软件方面的技术性能。以下将重点介绍PLC和工控机在硬件、软件和网络方面技术应用现状和发展趋势。
二、PLC和工控机的硬件技术现状和发展
PLC和工控机的终用户为冶金、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保等行业，其主要的用途为：
1、顺序控制
顺序控制是应用广泛的领域，它包括单机控制、多机**制、自动生产线控制，如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配机械、包装生产、电镀流水线和电梯控制等。
2、运动控制
应用在电力拖动系统或伺服电机的单轴或多轴位置控制。
3、过程控制
采用模拟量模块能控制物理参数，例如温度、压力、速度和**等，并提供PID等闭环控制的功能。
4、数据处理
可以支持数控机床的控制和管理、多轴控制等。
由于自动化系统的要求日益**，传统的提供I/O点服务的PLC和工控机已经无法满足复杂的工艺要求。PLC和工控机在硬件系统上有了根本的变化。
PLC系统在模块上的技术发展有：
1、处理器模块
配备大容量内存，为满足实时控制的要求而优化设计，除了一般的I/O扫描和控制、远程数据交换外，支持大型的集成控制、通讯、并行运算、处理器独立后台程序和处理器输入中断等功能。如A-B公司的ControlLogix处理器模块在它的内核中设计有通信功能，借助于它的无源数据总线，系统的瓶颈得以消除。这种灵活的结构允许多个处理器、网络以及I/O在一个机架中搭配使用而没有限制。
2、信息协处理器模块
读取主处理器的数据表和状态文件，或通过语言程序将数据写入主处理器，程序可以在实时多任务环境下以及独立于PLC处理器的方法，单独在协处理器中运行。
3、语言协处理器
通过C和Basic的接口来进行复杂的计算和算法实现。
4、网络适配模块
在现场总线与处理器之间提供通讯接口，以便PLC处理器和I/O模块进行远程的数据交换。
5、具有特殊功能的I/O模块
如A-B公司在其产品中提供了智能变送器模块、温度控制模块、称重模块、开环速度控制模块、塑料制造模块、力矩控制模块、编码模块、可组态**计模块、电流同步模块等。这些模块的设计考虑了特殊行业的需要，使得复杂的控制功能以模块化的方式得以解决，**了可靠性和水平。
同样，工控机也从I/O板卡的基础上飞速向前发展，大规模集成电路和计算机本身的革命性发展给工控机提供了舞台。工控机系列产品除了全系列的I/O板卡外，还发展了一体化工作站、带电子盘的工控机、远程RTU、适用于仪表行业的微型工控机、适用于视频和多媒体行业的工控机、适用于通讯行业的带监控液晶屏的工控机、与PLC合一的特殊工控机以及防爆型工控机。
工业现场的应用环境要求PLC和工控机具有很高的可靠性，而可靠性是靠电磁兼容特性（EMC）和容错技术来保证的。PLC和工控机要经过严格的电磁兼容检测，如辐射敏感度检测、谐波/电压波动/电压骤降检测、静电/快速脉冲/雷击检测、电磁干扰检测等。EMC保证了设备在本质上的抗干扰特性。要保证控制设备不出故障是不可能的。采用容错设计的系统对要求不能停机、不能失控的高可靠系统是十分重要的。目前重要的容错设计技术有Watchdog和双机热备（包括主机、模块和通讯介质的热备）。热备系统的工作对用户来说是透明的：即当故障发生时，所有对故障点的切除和数据的备份都是在短的控制周期内自动完成的。此项技术的完成包括了设备硬件和软件二个方面。图2给出了PLC双机冗余系统的结构。
工控机IPC和PLC
图2 PLC双机冗余系统结构
三、PLC和工控机的软件特性
PLC、工控机和现场总线为工业自动化提供了很好的底层控制硬件基础。随着软件技术的迅猛发展，控制软件不再是单调的数字和菜单操作界面，而是图形化的人机交互工具。好的工控软件包括了从底层的数据采集、数据库、控制逻辑运算到高层的人机图形界面(MMI)。这里，我们从工控软件体系结构而不是个别软件功能的角度介绍PLC和工控机的应用软件应该具备的特性。
微软为制造业的分布式网络结构提出了一个功能强大的概念，它包括了企业资源规划（ERP）和制造资源规划（MRP）的主要功能、控制、人机界面与数据采集和监控（SCADA）、制造执行系统（MES）、批量控制与设备界面等，但它们增加了用户成本以及共享数据的难度。
在1998年，微软公司引入了bbbbbbs分布式互连网络应用的概念，简称bbbbbbsDNA。它是在企业内将各种商业应用软件进行无缝连接的一种结构。这种结构可以使制造业的软件开发商开发出强壮的、具有多种特性的产品，并使终用户将其各自独立的制造和商业软件应用集成到一个数字神经系统中去。
各个控制设备生产厂家如罗克韦尔自动化公司，通过其产品和与微软的合作，正在将bbbbbbsDNA结构引入制造业。这些公司在制造业软件开发过程中具有自己的策略框架，如罗克韦尔互联网应用结构，或称RNA，就是与微软提出的为企业定义的DNA结构紧密平行的一种。
建立在微软的bbbbbbs NT和bbbbbbs9X操作系统和用户接受的微软Office套件、微软BackOffice工具的基础上，微软公司于1998年引入了DNA结构。bbbbbbsDNA立刻被采纳为连接在一个单独的企业分布式大系统中多种产品的策略结构。
DNA包含了传统的计算机系统并允许组成可变结构的Client/Sever系统，该系统可以**技术等级以及进行应用革新。bbbbbbsDNA的关键元素包括工具、集成存储、商务过程、用户界面和导航。
更详细地说，DNA具有如下特征：
公共的操作系统和网络；
公共数据访问；
BackOffice工具和服务；
公共的应用底层结构；
与微软的Office应用集成；
强有力的开发工具；
可遗传的系统集成工具；
正如微软定义的那样，制造业的bbbbbbsDNA包含了企业资源规划/制造资源规划，控制(不论其为分布式、基于PC的或PLC)、人机接口和SCADA，制造执行系统、批处理和设备接口。没有制造业的DNA，那么在这些应用功能之间的鸿沟只能由用户界面和驱动设备来填补。这将会使业主系统的成本增加，并且由于数据格式问题而很难共享数据。
早在80年代中期，罗克韦尔自动化在其CIM版本中确定了将工厂底层与上位计算机系统连接的需求。直到现在实现以上概念的软件和硬件的核心技术才成熟，它们包括商业方面的应用如数据采集和监控、人机界面（HMI）、批量控制（Batch）、MES、ERP接口、基于PC总线的控制和通讯。
以RNA结构为例，它包括了：
1、操作系统平台
包括了从早的Win3.1环境的人机界面和编程软件到bbbbbbs NT开发全功能人机界面。随着bbbbbbsCE的到来，一些公司正计划提供基于CE的全套的PLC编程、人机界面和控制软件。
2、COM和DCOM
建立COM（组件对象模型）和DCOM（分布式组件对象模型）使得产品具有互操作性、扩展性和灵活性。COM与其它工控软件产品的结合增加了提供集成套装软件（ProcessPak和ControlPak）的能力，还增加了各独立软件的模块化程度和促进某公司产品与其它厂家产品的集成能力。例如，罗克韦尔软件RSSQL是一个数据登入和传送处理的系统，采用COM技术提供连接控制系统和企业数据库系统的双向联系，是支持制造业DNA数据库环境的版本。
3、Visual Basic的应用
微软认为VB是在DNA框架内实现内部集成的关键技术。VBA为DNA结构提供了三大益处，它为终用户提供不需要学习特定语言而能编制自己的实际应用程序的标准方法；VBA提供了多个应用间共享数据或集成功能的方法，例如，它允许人机界面软件可以利用微软的Excel表格的功能，这是一个系统模型公司的产品，具有计算功能和生产计划功能；后，终用户如将内嵌VBA产品集成到基于DNA的制造信息系统，它能够使目前工业界众多使用VB作为系统快速开发工具的工程师们**其软件产品。
4、ActiveX
ActiveX技术的应用日益广泛，许多厂商推出的产品都支持ActiveX。罗克韦尔软件公司为制造工业的应用软件引入了ActiveX技术，并且是个授权的软件开发商，能将VBA嵌入到核心产品中去。
5、OPC－过程控制OLE
DDE是微软为front-office应用开发的共享小量相对不变的数据的技术。与DDE不同，过程控制OLE技术面向制造环境的控制性能、结构和可靠性而设计。微软的制造业DNA确定了设备、控制应用和商业应用间应该具有开放性和互操作性接口特征（OPC）。罗克韦尔是OPC组织制定者和主要开发者。OPC负责建立基于COM技术的应用规范，它允许所有的应用程序采用同样的基于COM技术的接口去访问数据，简化了数据的采集和共享方法。
根据以上要求采用了制造业DNA的许多技术后，罗克韦尔还提供面向企业和工业的集成软件包，如用于批量控制的RSBatch、RSView32、RSLogix等可用于对功能框图进行编程。它们也利用COM集成、VBA和OPC为应用间提供互操作性和与企业的其它层连接。控制软件包还为连接I/O、PC总线的控制、编程、VBA和COM对象提供相同的互操作性。
制造业信息技术的高境界是采用无缝连接、投资有效、规模灵活和兼顾未来的发展的思想并在企业内共享从工厂底层采集的数据。RNA的技术保证了其用户用他们的现有软件去实现基于DNA的环境。只有当企业能够得到足够的信息以制定更好的决策、将其供应渠道和运作结合起来，才能使其整个系统更接近用户。计算机硬件和网络技术已有很大发展，在软件领域仍还有很多的工作要做。
四、PLC和工控机的网络特性
现场总线技术是工业自动化深刻变革之一。PLC和工控机采用现场总线后可方便地作为I/O站和监控站连接在DCS系统中。现场总线是一种取代4～20mA标准，用于连接智能现场设备和控制设备的双向数字通讯技术，现场总线具有开放性和互操作性，它使得一些控制功能下移到现场设备中。
现场总线还可以处理复杂的事情：本质安全、危险场合、多变量的过程以及法规要求严格的环境。PLC和工控机采用现场总线有以下益处：
1、互操作性
互操作性定义为在没有任何功能损失的条件下，不同厂家的多个设备可以工作在一个系统中，互操作性允许工厂工程师可在相同的现场总线中集成不同厂家的设备，也允许工程师用别的厂家的设备来替换一台现场总线设备。
2、更低的安装费用
现场总线将极大地降低工厂初的费用，包括简化接线、更少的接线端子排和简化了的仪表选型。减少的费用还有：简化了图纸、简化了控制系统的工程实施、减少了用于连线、接线柜和接线盒的费用。通过把控制功能转移到现场，控制系统的费用也降低了：减少了DCS所需的空间，减少了控制系统的I/O点数，减少了机柜的空间和I/O接线端子排。现场总线将能提供在线的远方数字通讯，可用来实现更快的调试、更快的诊断，降低安装和调试设备的人工费用。
3、更低的维护费用
现场总线将扩大操作人员观察整个过程的视角，这样，可以方便和有效地进行维护和过程管理，加快查找和消除故障的速度。现场总线可以实现在线诊断，更方便的标定和预测维护性。
4、改进性能
随着控制功能从DCS转移到单独的控制回路，由于就地控制更快，更准确，系统的集成度和可靠性也增加了。现场总线还能充分利用具有多传感器设备的优点，因为在一对导线上允许多个信息流动。
由于现场总线使得更容易从现场获取设备信息，工厂操作员和管理人员能够对其过程进行更严格的控制，从而改进性能、增加过程的可用性和一致性。
现场总线不仅是一种信号通讯协议，还是一种全新的控制过程的方法。目前，在PLC和工控中使用的主流现场总线协议有西门子的ProfiBus，罗克韦尔自动化的ControlNet和DeviceNet以及基金会现场总线FF等。以下以ControlNet和DeviceNet为例介绍工业自动化中的网络体系结构和通讯技术。
控制网（ControlNet）是近年来推出的一种新的面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理介质链路上提供时间关键性I/O数据和报文数据，包括程序的上载/下载，组态数据和点对点的报文传递等通讯支持，是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集的网络，I/O性能和端到端通讯性能都较传统网络有较大**。
ControlNet是基于生产者/消费者（Producer/Consumer）模式的网络，允许在同一链路上有多个主控制器共存，支持输入数据或点对点信息的多路发送，大大减少了网络上的交通量，**了网络效率和网络性能。
ControlNet是高度确定性、可重复的网络。所谓确定性就是预见数据何时能够可靠传输到目标的能力，而可重复性则是指数据的传输时间不受网络节点添加/删除情况或网络繁忙状况影响而保持恒定的能力。在实际应用中，通过网络组态时选择性设定有计划I/O分组或互锁时间，这些要求能得到更的保证。ControlNet非常适用于一些控制关系有复杂关联，要求控制信息同步、协调实时控制、数据传输速度要求较高的应用场合。如协同工作的驱动系统，焊接控制，运动控制，视觉系统，复杂的批次控制，有大量数据传送要求的过程控制系统，有多个控制器和人机界面共存的系统等。对于有多个基于PC的控制器之间，不同PLC之间或PLC和DCS之间存在通讯要求的场合，ControlNet非常适用。ControlNet允许多个各自拥有自己独立或共享的I/O的控制器之间相互通讯或以灵活的互锁方式组织。由于其突出的实时性、确定性、可选的本征安全等特性，越来越多地应用于过程控制等要求较高的应用场合。
ControlNet是开放的现场总线，截止1999年底在全世界范围内已经拥有包括RockwellAutom-ation、ABB、Honeywell等近70家厂商组成的成员单位，由独立国际组织——控制网国际（ControlNetInternational）负责管理，该组织旨在维护和发行ControlNet技术规范，管理成员单位的共同的市场推广工作。提供各个厂商产品之间的一致性和互操作性测试服务，保证ControlNet的开放性。
控制网的通讯是基于一种全新的通讯模式：生产者/消费者通讯模式。工业控制要求控制网络提供越来越高的生产率、更高的系统性能，又提供确定性的、可重复的、可估计的设备间通讯。单纯**波特率或单纯**协议效率，都不能从根本上解决问题。传统的网络通讯模型是源/目的型或者称点到点的通讯方式，这种方式的优点是通讯的内容和形式都十分明确，在传送的报文中都包含了明确的源和地址信息，在源/目的网络模式下，当同一数据源上的数据向网络上其它多个节点发送数据时，必须经过多次才能实现，这就大大增加了网络的负担，降低了通讯的效率。由于数据到达不同网络节点的时间可能因网络上节点数目的不同而变化，不同节点之间的同步就变得困难，通讯的实时性不能得到保障。
不同于以往的通讯模式，生产者/消费者模式允许网络上的不同节点存取同一个源的数据。在生产者/消费者模式下，数据被分配一个唯一的标识，根据具体的标识，网络上多个不同的节点可以接收到来自同一发送者的数据，其结果是，数据的传输更为经济，每个数据源一次性把数据发送到网络，其它节点选择性的收取这些数据，不浪费带宽，**了系统生产率，通讯效率**，数据只须产生一次，不管有多少个节点需要接收这个数据。数据经过同样的时间传送到不同的节点，可以实现通讯的**同步。
DeviceNet是一种用于连接工业设备(如限位开关、光电传感器、阀门、电动机启动器、过程传感器、条型码读入器、变频器、屏幕显示和操作界面等)与网络的现场总线，其特点是成本低、开发容易、支持的厂家多并且不需要昂贵的连接线路。
DeviceNet是一个开放式的协议，它初是由美国罗克韦尔自动化公司开发应用。目前，DeviceNet技术属“开放DeviceNet厂商协会”归ODVA组织(OpenDeviceNet VendorAssociaiton)所有和推广。ODVA在世界范围拥有300多家自动化设备厂商的会员（如罗克韦尔自动化、ABB、欧姆龙）。中国的ODVA组织由上海电器科学研究所牵头成立，目前正积极推广该技术。设备厂商只要参加ODVA组织，就可以得到有关DeviceNet协议标准，还可以加入产品讨论组来得到产品开发的帮助。DeviceNet产品的开发并不复杂。设备DeviceNet是基于CAN的技术。作为一种串行通讯技术，CAN是80年代中后期适应汽车控制网络化要求而产生并迅速发展起来的，并已成为开放的通讯协议（ISO11898），在包括工业自动化在内的众多领域得到了广泛的应用。
DeviceNet在1994年问世，1995年成为开放协议，并由ODVA负责推广，在北美及亚太地区都有日益广泛的应用。DeviceNet网络介质可采用五线制电缆，它包括了二条信号线，二条24V电源线和一条屏蔽线。DeviceNet设备可以从网络上直接获得电源，并能在线地从网络上连接和切下设备。
DeviceNet的应用优点有：
它是一种支持多方厂家产品互操作的开放式通讯标准；
能快速方便地安装；
是一种考虑未来的设计，能根据扩展和变化需要来方便地增加功能；
由设备内部的智能机制**运行效率；
通过数据生成源/消费源通讯结构提供高效的带宽；
可不断电地在线对设备组态和增加设备。
现场总线网、智能化设备仪表的发展，不可避免地影响着DCS的体系结构，现在可以看到的一个明显的趋势是DCS的分散化。传统的DCS，在I/O控制站这一层仍然是一个集中式的结构，有些系统出于成本或其它方面的考虑，将I/O控制站的规模做得很大。这种考虑包括：高性能CPU的价格己降得很低，为了充分发挥CPU的能力，可以将一个I/O控制站的点数、回路数扩充，以降低成本。这种设计**了危险性的集中度，如果为了**可靠性增加冗余措施，系统成本仍然会上升，并不是一个理想的解决方案。从当前的发展趋势看，利用现场总线网和智能化设备、智能化仪表，加上通用的工控机完全可以组成一个小型的DCS，这就对传统的DCS提出了挑战，因为基于现场总线网的DCS具有很多优越性，无论从系统的成本上、可靠性上，安装使用、维护的方便性及可扩充性上都有很大的优势。那么，传统的DCS将如何发展才能接受这个挑战呢？
答案是明确的，只有在I/O控制站这一层分散化，采用现场总线网技术，形成以现场总线网基础的、以智能I/O模块构成的分布式控制站。也就是说，将过去DCS中集中式的I/O控制站变成分布式的控制站，在传统DCS网络的下一层再引入一层现场网络，形成设备级网络、控制级网络和管理级网络这样三层网络结构，以此来满足不断**的应用需求。
DCS在形成了三层网络结构以后，基本控制单元深入到了设备控制这一级，向上，DCS的功能延伸到管理控制级，逐步形成了一个较完整的控制、管理一体化的体系结构。