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水工业自动化控制技术的发展趋势

1控制系统的智能化、分散化、网络化

工业自动化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化，而现

总线的崛起正是这一发展趋势的标志C

1.1现总线的崛起

半个多世纪以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电

动单元组合式摹拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)等

4代过程控制系统，当前我国水工业自动化的主流水平即处于以PLC为基础的

DCS系统阶段。这里要说明一点，DCS既是一个过程控制体系的名称，有时也

表示为由创造厂商出售的一个起完整作用而集成的集散控制系统产品，这种DCS

系统相对较为封闭，而目前水工业自动化的DCS系统多数是由用户集成的，因

此相对较为开放。

与早期的一些控制系统相比，DCS系统在功能和性能上有了很大进步，可以在

此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种摹拟数字混合

系统，从现到PLC或者计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递，仍

旧依靠大量的一对一的布线来实现。这种信号传递关系称之为信号传输，而不

是数

据通信，难以实现仪表之间的信息交换，于是呼叫着具备通信功能的、传输信号

全数字化的仪表与系统的浮现，从而由集散控制过渡到彻底的分散控制，正是在

这种需求的驱动下，自20世纪80年代中期起，现总线便应运而生，并通过激

烈的市竞争而不断崛起。

现总线是应用在生产现的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。

现总线技术将专用的CPU置入传统的测控仪表，使它们各自都具有了数字计

算和通信能力，即所谓“智能化”：采用可进行简单连接的双线线、同轴电缆等

作为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现级测控仪表连接成网

络，并按公开、规范的通信协议，使现测控仪表之间及其与远程监控计算机之

间实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓“网络

化”；由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品，于是它所需要的控制信

息(如实时测量数据)不采取向PLC或者计算机存取的方式，而可直接从处于同等

层的另一个节点获取，在现场总线控制系统(FCS)的环境下，借助其计算

和通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整的控制

系统，提高了系统的自治性和可靠性。

FCS成为发展的趋势之一，是它改变了传统控制系统的结构，形成为了新型的网

络集成全分布系统，采用全数字通信，具有开放式、全分布、可互操作性及现

场环境适应性等特点，形成为了从测控设备到监控计算机的全数字通信网络，

顺应了控制网络的发展要求。

1.2现场总线的现状和标准化问题

目前，国内、外的现场总线有60几种之多，由于这一新技术所具有的潜在而巨

大的市场前景，在商业利益的驱动下，导致了近年来制订现场总线国际标准大战。

在市场和技术发展需要统一的国际标准的呼声下，修改后的EC61158.3,6标准

最终于2000年1月4日获得通过。该标准包括了8种类型的现场总线子集，它

们分别是：①基金会现场总线FF原（有的技术规范IEC61158）；②ControlNet；

③Profibs；®P-Net；⑤FFHSE；©SwiftNet；⑦WordFIP；@lntferbs这8

o

种现场总线中，④、⑥是用于有限领域的专用现场总线；②、③、⑦、⑧是由

PLC为基础的控制系统.发展而来，本质以远程I/O总线技术为基础，通常不具

备通过总线向现场设备供电和本征安全性能；①、⑤则由传统DCS控制系统发

展而来，具有总线供电和本征安全功能；①、⑧属于现场设备级总线，②、⑤

属于监控级现场总线；③、⑦则是包括两个层次的现场总线。

以8种类型的现场总线采用彻底不同的通信协议，例如：Profib