【摘 要】工業(yè)自動化領域的發(fā)展趨勢之一是控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化，而現(xiàn)場總線的崛起正是這一發(fā)展趨勢的標志。工業(yè)自動化領域的發(fā)展趨勢：控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化及管理控制一體化。

【關鍵詞】工業(yè) 自動化控制技術

一、控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化

（一）現(xiàn)場總線的崛起

自20世紀80年代中期起，現(xiàn)場總線便應運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。

現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、實時、雙向、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線技術將專用的CPU置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和通信能力，即所謂“智能化”；所謂“網(wǎng)絡化”；由于這些網(wǎng)上的節(jié)點都是具備智能的可通信產(chǎn)品，因而它所需要的控制信息（如實時測量數(shù)據(jù)）不采取向PLC或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，在現(xiàn)場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。

FCS成為發(fā)展的趨勢之一，是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結構，形成了新型的網(wǎng)絡集成全分布系統(tǒng)，采用全數(shù)字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及現(xiàn)場環(huán)境適應性等特點，形成了從測控設備到監(jiān)控計算機的全數(shù)字通信網(wǎng)絡，順應了控制網(wǎng)絡的發(fā)展要求。

（二）現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀和標準化問題

目前，國內(nèi)、外的現(xiàn)場總線有60幾種之多，由于這一新技術所具有的潛在而巨大的市場前景，在商業(yè)利益的驅(qū)動下，導致了近年來制訂現(xiàn)場總線國際標準大戰(zhàn)。在市場和技術發(fā)展需要統(tǒng)一的國際標準的呼聲下，修改后的IEC 61158.3～6標準最終于2000年1月4日獲得通過。該標準包括了8種類型的現(xiàn)場總線子集，它們分別是：①基金會現(xiàn)場總線FF（原有的技術規(guī)范IEC 61158）；②Control Net；③Profibus；④P—Net；⑤FF HSE；⑥Swift Net；⑦Word FIP；⑧Intferbus。這8種現(xiàn)場總線中，④、⑥是用于有限領域的專用現(xiàn)場總線；②、③、⑦、⑧是由PLC為基礎的控制系統(tǒng)發(fā)展而來，本質(zhì)上以遠程I/O總線技術為基礎，通常不具備通過總線向現(xiàn)場設備供電和本征安全性能；①、⑤則由傳統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)發(fā)展而來，具有總線供電和本征安全功能；①、⑧屬于現(xiàn)場設備級總線，②、⑤屬于監(jiān)控級現(xiàn)場總線；③、⑦則是包括兩個層次的現(xiàn)場總線。

二、管理控制一體化

工業(yè)自動化領域的另一個發(fā)展趨勢是管理控制系統(tǒng)的一體化。

（一）何謂管控一體化

在市場經(jīng)濟與信息時代的飛速發(fā)展中，企業(yè)內(nèi)部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結合起來。管控一體化就是建立全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，把企業(yè)的橫向通信（同一層不同節(jié)點的通信）和縱向通信（上、下層之間的通信）緊密聯(lián)系在一起，通過對經(jīng)營決策、管理、計劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。

（二）現(xiàn)場總線為管控一體化鋪平了道路

工業(yè)和一般企業(yè)網(wǎng)絡大致可分為3層，即企業(yè)管理層，過程監(jiān)控層和現(xiàn)場控制層。

現(xiàn)場總線技術與產(chǎn)品所形成的底層網(wǎng)絡，充分發(fā)揮其使測控設備具有通信能力的特點，為控制網(wǎng)絡與通用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的連接提供了方便。企業(yè)信息網(wǎng)絡是管控一體化的基礎，現(xiàn)場總線則為構建管控一體化網(wǎng)絡鋪平了道路；過程監(jiān)控層由局域網(wǎng)段以及連接在局域網(wǎng)段的擔任監(jiān)控任務的工作站或控制器組成，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡通過現(xiàn)場總線接口與過程監(jiān)控層相連，或者監(jiān)控層直接由現(xiàn)場總線來擔當；監(jiān)控站可以完成對控制系統(tǒng)的組態(tài)，執(zhí)行對控制系統(tǒng)的監(jiān)控、報警、維護及人機交互等功能；企業(yè)管理層由各種服務器和客戶機等組成，用于集成企業(yè)的各種信息，實現(xiàn)與Internet的連接，完成管理、決策和商務應用的各種功能。

（三）管控一體化的支持環(huán)境與系統(tǒng)集成

基于系統(tǒng)之間橫向數(shù)據(jù)交換及控制系統(tǒng)與管理層和現(xiàn)場儀表間縱向數(shù)據(jù)交換日益增加，現(xiàn)場總線的應用越來越廣泛，制造廠商的產(chǎn)品也日益開放。由于多種總線并存已成定局，管控系統(tǒng)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的通信、統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件的一體化解決方案受到了各廠家的重視。同時，采用分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)，采用C/S或B/S結構，可以在實現(xiàn)企業(yè)各層次功能模型的同時，實現(xiàn)網(wǎng)絡連接在結構上的簡化，從而形成以實時和關系數(shù)據(jù)庫為中心的數(shù)據(jù)集成環(huán)境，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享的目標奠定了基礎。

三、對工業(yè)自動化發(fā)展的思考

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和加入WTO的臨近，工業(yè)企業(yè)面臨前所未有的發(fā)展機遇和愈加嚴峻的挑戰(zhàn)，對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理提出了更高的要求。管控一體化企業(yè)信息系統(tǒng)的建立，將是增強企業(yè)競爭力的重要途徑，問題是對于工業(yè)來說，這種必要性到底有多大？工業(yè)盡管有自己的特殊性，但在實現(xiàn)生產(chǎn)過程和經(jīng)營過程的整體優(yōu)化，在保障運行安全的前提下獲取最大的經(jīng)濟效益上與其他工業(yè)應是相同的。特別是信息技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡的普及，將會使管控一體化的重要性日益顯露出來，由以PLC為基礎的集散型控制系統(tǒng)向以現(xiàn)場總線為基礎的管控一體化分布式網(wǎng)絡信息系統(tǒng)過渡是必然的。

要構建管控一體化網(wǎng)絡，必先以現(xiàn)場總線所形成的底層網(wǎng)絡為基礎，但目前國內(nèi)對現(xiàn)場總線技術的應用還比較遲緩，原因之一是觀望和等待一個單一的現(xiàn)場總線國際標準的確立，但客觀事實是IEC通過了8種總線標準，估計這種多總線并存的局面在短時間之內(nèi)也不會改觀；原因之二是現(xiàn)場總線在系統(tǒng)集成上存在困難，條件還不成熟，尤其是由國家支持研制開發(fā)的FF總線，其OEM產(chǎn)品的開發(fā)和應用也還要假以時日；此外還存在總線產(chǎn)品互操作性的認定和可靠性等方面的問題。因此在目前情況下，一方面要密切關注現(xiàn)場總線標準的新的發(fā)展動態(tài)，同時還應結合工業(yè)的具體條件，對諸如如何保護和利用現(xiàn)有資源，對原來的DCS系統(tǒng)進行改造，像建設部、科委下屬智能建筑技術推廣中心的LonWorks現(xiàn)場總線協(xié)作網(wǎng)一樣，負責跟蹤現(xiàn)場總線技術的發(fā)展、信息技術交流，指導行業(yè)對這一新技術的推廣和應用，以促進工業(yè)自動化發(fā)展的進程。

參考文獻：

[1]賀家李、沈從炬，控制系統(tǒng)繼電保護原理，北京： 中國電力出版社，1994.

[2]范輝、陸學謙，電氣監(jiān)控系統(tǒng)納入DCS的幾點體會，電力自動化設備，2001， 21（3）： 52-54.