摘　要： 本文闡述了現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)和可編程控制器的特點(diǎn)，對(duì)它們的發(fā)展提出了一些看法和觀點(diǎn)。 關(guān)鍵字：現(xiàn)場(chǎng)總線 FCS DCS PLC 1、前言 　 目前，在工業(yè)過(guò)程控利領(lǐng)域出現(xiàn)了一種新興的控制技術(shù)，即現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus），它是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)微機(jī)化測(cè)控設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)，也既為開(kāi)放式，數(shù)字化，多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)順應(yīng)了“智能化，數(shù)寧化，信息化，網(wǎng)絡(luò)化，分散化”的當(dāng)今自控技術(shù)發(fā)展的主流，是當(dāng)今自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，代表了工業(yè)控制領(lǐng)域今后的一種發(fā)展方向，使傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無(wú)論在結(jié)構(gòu)上還是在性能上出現(xiàn)巨大的飛躍，形成廠新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（Fieldbus Control System），對(duì)傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)Dcs（Distribution Control System）造成了沖擊?，F(xiàn)場(chǎng)總線正逐步在過(guò)程自動(dòng)化，制造自動(dòng)化，智能樓宇，交通等各行業(yè)得到推廣應(yīng)用。 2、現(xiàn)場(chǎng)總線　　 2．1 Fieldbus產(chǎn)生背景 　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)起源于用戶現(xiàn)場(chǎng)控制信息傳遞、維護(hù)管理等方面的要求，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的?！　?0年代-70年代，處于企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程底層的傳統(tǒng)測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)，采用兩線制電壓電流模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量控制，70年代中期，形成集散控制系統(tǒng)DCS，采用三層結(jié)構(gòu)模式，存在線路多，維護(hù)管理麻煩，且各開(kāi)發(fā)商的DCS遵循各自的標(biāo)準(zhǔn)，不能互聯(lián)，以及難于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間和系統(tǒng)與外界之間的信息交換等，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)本身的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)有越來(lái)越多的信息需要往上傳，通信技術(shù)越來(lái)越往下延伸到現(xiàn)場(chǎng)，信息溝通聯(lián)絡(luò)的范圍不斷擴(kuò)大。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息集成，實(shí)施綜合自動(dòng)化，使模擬儀表向智能化儀表發(fā)展、工業(yè)控制分立設(shè)備向共享設(shè)備發(fā)展、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從TOP、MAP向現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，最終用戶需要一種適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境運(yùn)行、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的控制系統(tǒng)，以形成工廠的底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信、以及自動(dòng)化系統(tǒng)與外界的信息交換?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是／在這種實(shí)際需求的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的。它是以自動(dòng)控制、自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)、通信、微電子為主要內(nèi)容的一門(mén)綜合技術(shù)，是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。 　現(xiàn)場(chǎng)總線把專用微處理器植入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有丁獨(dú)立承擔(dān)某些控制、數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。提高丁信號(hào)的測(cè)量、控制、傳輸精度和速度，同時(shí)豐富信息的內(nèi)容?，F(xiàn)場(chǎng)總線可采用多種傳輸介質(zhì)，如用普通電纜、雙絞線、光纖、紅外線、甚至電力傳輸線等，把多個(gè)測(cè)量控制儀表、計(jì)算機(jī)等作為節(jié)點(diǎn)連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)境下，借助現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其它網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息共享，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備與傳統(tǒng)自控設(shè)備相比，拓寬了信息內(nèi)容，提供傳統(tǒng)儀表所不能提供的如閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 　2．2 Fieldbus技術(shù)特點(diǎn) 　2．2．1開(kāi)放性、互操作性和互換性 　遵循公開(kāi)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備互操作性和互換性。也就是說(shuō)，用戶可以把遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家、不向品牌、功能相同的產(chǎn)品集成在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，構(gòu)成FCS，并可在同功能的產(chǎn)品之間進(jìn)行相互替換，使用戶具有了自控設(shè)備選擇、集成的主動(dòng)權(quán)。 　2．2．2數(shù)字化通信 　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有數(shù)字通信功能。利用數(shù)字信號(hào)代替模擬信號(hào)，其傳輸抗干擾性強(qiáng)，測(cè)量精度高，大大提高了系統(tǒng)性能。 　2．2．3智能化與功能自治性 　智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多種先進(jìn)的功能，如簡(jiǎn)單控制功能、檢測(cè)、變換、診斷和運(yùn)算等，可現(xiàn)場(chǎng)就地及時(shí)處理信息，不使信息過(guò)多地往返于網(wǎng)絡(luò)上傳遞，提高傳輸速度和減小控制響應(yīng)時(shí)間。 　2．2．4高度分散性 　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制，位控制系統(tǒng)功能不依賴控制室的計(jì)算機(jī)或控制儀表，而在現(xiàn)場(chǎng)完成，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 　2．2．5適應(yīng)性 　指對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性，含電磁環(huán)境，氣候環(huán)境，機(jī)械環(huán)境。大部分現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)是線狀的，且采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電和通信，易解決網(wǎng)絡(luò)供電、本安防爆等問(wèn)題，具有較強(qiáng)抗干擾能力。 3、DCS 　3．1 DCS的產(chǎn)生 　70年代工業(yè)的發(fā)展使生產(chǎn)過(guò)程日益復(fù)雜，規(guī)模更加擴(kuò)大，在生產(chǎn)中采用原來(lái)的集中控制系統(tǒng)，可靠性差，出現(xiàn)事故時(shí)會(huì)中斷生產(chǎn)，為提高可靠性，滿足生產(chǎn)過(guò)程控制要求，70年代初，美國(guó)日本利歐洲等國(guó)開(kāi)始研制集散型控制系統(tǒng)（DCS）。 DCS是計(jì)算機(jī)、通信、CRT和控制技術(shù)的結(jié)合。 　3．2 DcS的技術(shù)特點(diǎn) 　系統(tǒng)的—些主要特點(diǎn)為：（1）控制功能強(qiáng)。可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)、最優(yōu)和非線性控制等，也可實(shí)現(xiàn)順序控制。（2）系統(tǒng)可靠性高。（3）采用CRT操作站有良好的人機(jī)交互接口。（4）軟硬件采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)。（5）系統(tǒng)容易開(kāi)發(fā)。（6）用組態(tài)軟件，編程簡(jiǎn)單，操作方便。（7）具有良好的性價(jià)比。DCS是以微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)地理上和功能上相對(duì)分散的控制系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起來(lái)，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作，它具有事故分析、性能計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、各種報(bào)表生成、打印等功能，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到非常廣泛的應(yīng)用。在DCS系統(tǒng)中，測(cè)量變送，執(zhí)行器一般由模擬儀表來(lái)完成，他們與控制室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)共同構(gòu)成控制系統(tǒng)，是模擬和數(shù)字混合系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜規(guī)律的控制。 4、PLC 　可編程控制器（PLC）是60年代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制裝置，是一種嵌入式的工控機(jī)，他以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算功能，既能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制，又能進(jìn)行模擬量控制，還具有通信功能。隨著自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的發(fā)展十分迅速，一方面繼續(xù)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易，價(jià)格低廉，超小型產(chǎn)品，另一方面轉(zhuǎn)向大型、多功能、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化產(chǎn)品的研制。在單臺(tái)設(shè)備的自動(dòng)化、多臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和整個(gè)工廠的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化， PLC在其中充當(dāng)著重要作用。 5、發(fā)展應(yīng)用 　 當(dāng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用后，人們對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制提出了更高的要求，企業(yè)與外界信息溝通的范圍不斷擴(kuò)大，這就需要把大量的現(xiàn)場(chǎng)信息送到外面，又需要遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行診斷、維護(hù)和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場(chǎng)控制到監(jiān)控、管理、決策等各層次的信息交換和集成?，F(xiàn)場(chǎng)總線順應(yīng)了這種要求的發(fā)展。 　現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)為：（1）系統(tǒng)功能擴(kuò)充、結(jié)構(gòu)改型方便。（2）降低系統(tǒng)部分成木。節(jié)省控制柜，大幅度減少導(dǎo)線、電線橋架、接插件等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。（3）系統(tǒng)可靠性高。由于全數(shù)字化信號(hào)精度比傳統(tǒng)的模擬信號(hào)高，高度分散控制使風(fēng)險(xiǎn)得到徹底分散。（4）系統(tǒng)可維護(hù)性好。智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有自診斷功能，使設(shè)備的預(yù)防性診斷和維護(hù)得以實(shí)現(xiàn)。（5）用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)集成中遇到的不兼容協(xié)議、接口等問(wèn)題得到了解決，用戶可以自由選擇不同廠商所提供的產(chǎn)品來(lái)集成系統(tǒng)。（6）提供更豐富的現(xiàn)場(chǎng)信息，能夠更深入地掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程情況、設(shè)備儀表信息。 　作為開(kāi)放互連系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線，首先必須有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但由于諸多原因，已經(jīng)在不同領(lǐng)域形成了頗具影響的幾大總線系列，如基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）、LonWorks、 PROFIBUS、 CAN、 HART等。當(dāng)然，多種現(xiàn)場(chǎng)總線之間的良性競(jìng)爭(zhēng)，有利于FCS技術(shù)的提高和發(fā)展，也有利于產(chǎn)品價(jià)格的降低和用戶系統(tǒng)投資成本的減小，但是，發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向，也是廣大用戶的要求?！　‖F(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)的發(fā)展主流，可以說(shuō)FCS的發(fā)展應(yīng)用是自動(dòng)化領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，也既要“革”傳統(tǒng)儀表的命，同時(shí)向傳統(tǒng)DCS發(fā)出了挑戰(zhàn)。對(duì)于DCS的發(fā)展過(guò)程，因?yàn)槭苡?jì)算機(jī)系統(tǒng)早期存在的一些缺陷影響，造成各生產(chǎn)開(kāi)發(fā)商的產(chǎn)品自成一體，較難實(shí)現(xiàn)互換和互操作，系統(tǒng)也難了與外界進(jìn)行信息交換，這樣對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，使企業(yè)的信息集成存在一定的困難；另外， DC3的控制分散也并不是徹底的分散，控制功能是通過(guò)各個(gè)集中的過(guò)程控制站如PLC來(lái)完成，許多方面的性能與FCS相比有較大差距。但是，DCS在當(dāng)前情況下仍具有較強(qiáng)的生命力，其理由為：（1）近年來(lái)DCS技術(shù)的成熟以及／’泛應(yīng)用，DCS在可靠性、開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化方面大大前進(jìn)了一步。（2）DCS的價(jià)格大幅度下降。（3）DCS能夠滿足目前的生產(chǎn)控制要求，用戶習(xí)慣容易接受。（4）FCS正在發(fā)展過(guò)程之中，某些方面還不是十分完美。比如說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線的線狀結(jié)構(gòu)，一旦總線某支路的電纜斷了，這條文路的運(yùn)行就癱瘓了。又如系統(tǒng)組態(tài)鉸復(fù)雜，不易將系統(tǒng)設(shè)置到最佳狀態(tài)等。（5）目前現(xiàn)場(chǎng)總線儀表與常規(guī)儀表相比價(jià)格仍然較貴，硬要去追求潮流，將企業(yè)現(xiàn)有的運(yùn)行良好的傳統(tǒng)儀器儀表更新成智能儀器儀表，以及將DCS改換成FCS不是很現(xiàn)實(shí)的?；谕鍪鲈颍?DCS現(xiàn)在仍是大多數(shù)用戶選擇的主流控制系統(tǒng)。FCS作為一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，也需要具有類似于DCS那樣的監(jiān)控管理系統(tǒng)，F(xiàn)CS的發(fā)展不是對(duì)DCS的絕對(duì)否定，既有在它們基礎(chǔ)上對(duì)優(yōu)點(diǎn)的繼承，又具有自己特色的變革部分。雖然傳統(tǒng)DCS屬非開(kāi)放式專用網(wǎng)絡(luò)，但根據(jù)目前的實(shí)際情況，將出現(xiàn)通過(guò)特殊的網(wǎng)關(guān)將DC3掛接在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段上，或作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的—個(gè)特殊的子網(wǎng)，形成現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS并存的局面。傳統(tǒng)的DCS在—個(gè)過(guò)渡階段內(nèi)，仍會(huì)在一個(gè)很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，而且，DCS如果能融合FCS的優(yōu)勢(shì)技術(shù)，將會(huì)是“柳暗花明又一春”。 　在FCS中，智能儀器儀表代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀表，控制功能下放分散到現(xiàn)場(chǎng)，PLC的作用將被取代嗎？答案是否定的。PLC是一種面向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制裝置，它的特點(diǎn)為：（1）高可靠性和抗擾能力，可適應(yīng)惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。（2）I／O模塊化，智能化，方便組合和擴(kuò)充。（3）操編程方便。（4）完善的監(jiān)視和診斷功能。我們應(yīng)該看到PLC的直觀、簡(jiǎn)單、價(jià)格低、易維護(hù)、高可靠性等特點(diǎn)，并且現(xiàn)在的PLC不再是原來(lái)只能實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量控制和PID調(diào)節(jié)等功能的PLC，隨著模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等學(xué)科的日益成熟，PLC可以而且已經(jīng)不斷融合這些及其他先進(jìn)的技術(shù)，佼控制、通信等功能不斷增強(qiáng)，現(xiàn)在，模糊控制功能已植入到了PLC內(nèi)，產(chǎn)品已經(jīng)投放到了市場(chǎng)，控制功能更加強(qiáng)大。再者，在FCS中，PLC作為FCS中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可完成現(xiàn)場(chǎng)的一些復(fù)雜控制功能，使它不會(huì)受到FCS發(fā)展的影響而被淘汰，所以不管是在FC3中還是在DC3中， PLC還會(huì)在系統(tǒng)中作為一個(gè)重要的角色存在，而且發(fā)展前景將更加廣闊。 6、結(jié)語(yǔ) 　現(xiàn)場(chǎng)總線代表了一種有突破意義的新的控制思想，它開(kāi)辟了控制領(lǐng)域的一個(gè)新時(shí)代。FCS是工控領(lǐng)域發(fā)展的主流，DC3在很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍具有旺盛的生命力，而PLC通過(guò)不斷的發(fā)展，將在工控系統(tǒng)中繼續(xù)發(fā)揮它的強(qiáng)大的控制功能。作為最終用戶，希望的是選用順應(yīng)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展潮流，系統(tǒng)投入、運(yùn)行成本低，可靠性高，管理維護(hù)容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易擴(kuò)充和具有高度系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)的控制系統(tǒng)。