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1.1.1 cims体系结构及数据结构的层次划分

根据工厂、生产及功能要求，cims体系结构可分为5层，即工厂级、车间级、单元级、工作站级和现场级。简化的cims则分为3层，即工厂级、车间级和现场级。在一个现代化工厂中，在大规模的生产控制中，数据结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。如图1-1所示。

图1-1：简化的cims网络体系结构

1.1.2 现场级与车间级自动化监控及集成是工厂自动化及cims的重要部分。

现场级与车间级自动化监控及集成主要完成底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备运行、生产数据的、存储、统计等功能，保现场设备高完成生产，并将现场设备生产及运行数据传送到工厂层，向工厂级mis数据库提供数据。同时也可接受工厂层下达的生产及调度命令并执行之。因此，现场级与车间级监控及集成是实现工厂自动化及cims的基础。

1.1.3 的现场级与车间级自动化监控及集成

的现场级与车间级自动化监控及集成（包括：基于、、产品的分布式控制），其主要特点之一是，现场层设备与控制器之间的连接是一对一（一个i/o点对设备的一个测控点）所谓i/o接线，传递4-20ma（传送模拟量）或24vdc（传送开关量）。如图1-2所示：

图1-2：的现场级与车间级自动化监控及集成

1.1.4 主要缺点

（1）集成能力不强： 控制器与现场设备之间靠i/o连线连接，传送4-20ma模拟量或24vdc等开关量，并以此监控现场设备。这样，控制器获取量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障纪录等数据很。底层数据不全、集成能力不强，不能cims对底层数据的要求。

（2）不开放、可集成差、不强：除现场设备均靠4-20ma/24vdc连接，其它软、硬件通常只能一家产品。不同厂家产品之间互操作、互换，因此可集成差。这种很少留出接口，允许其它厂商将自己专长的控制，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用中去，因此，面向行业的监控很少。

（3）可靠不易保：对于大范围的分布式，大量的i/o电缆及敷设施工，不成本，了的不可靠。

（4）可不高：由于现场级设备不全，现场级设备的在线故障诊断、、记录功能不强。另一方面也很完成现场设备的远程参数设定、等参数化功能，影响了的可。

1.1.5 现场设备的串行通信接口是现场总线的原形

由于大规模的发展，许多、执行机构、驱动装置等现场设备智能化，即内置cpu控制器，完成诸如线化、量程转换、数字滤波甚至回路调节等功能。因此，对于这些智能现场设一个串行数据接口（如rs-232/485）是非常方便的。有了这样的接口，控制器就可以按其规定协议，通过串行通信（而不是i/o）完成对现场设备的监控。如果设想全部或大部分现场设备都具有串行通信接口并具有统一的通信协议，控制器只需一根通信电缆就可将分散的现场设备连接，完成对所有现场设备的监控，这就是现场总线的初始想法。

1.2.4 现场总线的产生

基于以上初始想法，一根通信电缆，将所有具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接，这样，在设备层传递的不再是i/o（4-20ma/24vdc），而是基于现场总线的数字化通信，由数字化通信网络构成现场级与车间级自动化监控及集成。

1.2 现场总线概念

1.2.1 现场总线

目前，的现场总线概念描述如下：现场总线是安装在生产区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，“生产"包括断续生产和连续生产两类。

或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换，共同完成自动控制功能的网络与控制。

1.2.2 现场总线产生的意义

（1）现场总线（fieldbus）是实现现场级控制设备数字化通信的一种现场层网络通信；是一次现场级设备通信的数字化。现场总线可一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20ma/24vdc，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。

（2）的现场级自动化监控采用一对一连线的、4-20ma/24vdc，量有限，以实现设备之间及与外界之间的交换，使自控成为工厂中的“孤岛"，严重制约了集成及综合自动化的实现。

（3）基于现场总线的自动化监控采用计算机数字化通信，使自控与设备加入工厂网络， 构成网络底层，使沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在cims中，现场总线是工厂到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级集成的基础。

1.2.3 基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及集成

基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及集成如图1-3所示：

图3：基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及集成

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