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工业控制络结构的发展趋势

1前言 随着络技术的发展，Internet正在把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来，形成信息高速公路，形成公用数据络。在此基础上，传统的工业控制领域也正经历一场前所未有的变革，开始向络化方向发展，形成了新的控制络。道恩在国内存在竞争优势控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统)，到第二代的DCS(集散控制系统)，发展到现在流行的FCS(现场总线控制系统)。而新一代的工业Ethernet控制系统又将引起工控领域新的变革。2工业控制系统的回顾 本世纪六十年代，数字计算机进入控制领域，产生了第一代控制系统CCS(计算机集中控制系统)，其结构如图2—1所示。

在CCS中，数字计算机取代了传统的模拟仪表，从而能够使用更为先进的控制技术，例如复杂控制算法和协调控制。从而使自动控制发生了质的飞跃。但由于控制简单，直接面向控制对象，并未形成控制络体系。CCS在集中控制的同时也集中了危险，系统可靠性很低。接通电源后由于只有一个CPU工作，实时性差。系统越大，上述缺点越突出。 真正意义的工业控制络体系是七十年代出现的第二代计算机控制系统：分散型控制系统DCS(也称集散控制系统)，其结构如图2—2所示。目前所使用的DCS有环形、总线形和分级式几种，其中分级式应用最为普遍。

典型的DCS可分为操作站级、过程控制级和现场仪表3级。这种控制系统的特点是“集中管理，分散控制”。其基本控制功能在过程控制级中，工作站级的主要作用是监督管理。分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到很低的程度，加之各种软硬件技术不断走向成熟，极大地提高了整个系统的可靠性，因而迅速成目前为工业自动控制系统的主流。

然而DCS的缺点也是十分明显的。首先其结构是多级主从关系，底层相互间进行信息传递必须经过主机，从而造成主机负荷过重，效率低下，并且主机一旦发生故障，整个系统就会“瘫痪”。其次它是一种数字——模拟混合系统，DCS的现场仪表仍然使用传统的4～20mA电流模拟信号，传输可靠性差，成本高。制样再有各厂家的DCS自成标准，通讯协议封闭，极大的制约了系统的集成与应用。 3现场总线控制络系统 为了克服DCS系统的技术瓶颈，进一步满足现场的需要，现场总线技术应运而生，它实际上是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信络，也被称为现场底层设备控制络(INFRANET)。和Internet、Intranet等类型的信息络不同，控制络直接面向生产过程，因此要求很高的实时性、可靠性、资料完整性和可用性。为满足这些特性，现场总线对标准的络协议作了简化，省略了一电脑代理些中间层，只包括ISO／OSI7层模型中的3层：物理层、数据链路层和应用层。 现干燥剂场总线在发展的最初，各个公司都提出自己的现场总线协议。IEC组织于1999年12月31日投票，确定了8大总线作为国际现场总线标准，其中包括CAN Bus、Profit Bus、InterBusS、Mod Bus、FOUNDA风速TION Fieldbus等等。

而在此基础上形成了新的现场总线控制系统(Fieldbus Control System FCS)。它综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字——模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。相应的控制络结构也发生了较大的变化。