控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化發(fā)展及現(xiàn)狀

0 引言

　　隨著計算機技術、通信技術和控制技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，開始向網(wǎng)絡化方向發(fā)展。控制系統(tǒng)的結構從最初的CCS（計算機集中控制系統(tǒng)），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）[1]。對諸如圖像、語音信號等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊?，又催生了當前在商業(yè)領域風靡的以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡的結合。這股工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化浪潮又將諸如嵌入式技術、多標準工業(yè)控制網(wǎng)絡互聯(lián)、無線技術等多種當今流行技術融合進來，從而拓展了工業(yè)控制領域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機遇。

1 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展

　　計算機及網(wǎng)絡技術與控制系統(tǒng)的發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。最早在50年代中后期，計算機就已經(jīng)被應用到控制系統(tǒng)中。60年代初，出現(xiàn)了由計算機完全替代模擬控制的控制系統(tǒng)，被稱為直接數(shù)字控制（Direct Digital Control, DDC ）。70年代中期，隨著微處理器的出現(xiàn)，計算機控制系統(tǒng)進入一個新的快速發(fā)展的時期，1975年世界上第一套以微處理為基礎的分散式計算機控制系統(tǒng)問世，它以多臺微處理器共同分散控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡實現(xiàn)集中管理，被稱為集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）。

　　進入80年代以后，人們利用微處理器和一些外圍電路構成了數(shù)字式儀表以取代模擬儀表，這種DDC的控制方式提高了系統(tǒng)的控制精度和控制的靈活性，而且在多回路的巡回采樣及控制中具有傳統(tǒng)模擬儀表無法比擬的性能價格比。

　　80年代中后期，隨著工業(yè)系統(tǒng)的日益復雜，控制回路的進一步增多，單一的DDC控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)控制要求和生產(chǎn)工作的管理要求，同時中小型計算機和微機的性能價格比有了很大提高。于是，由中小型計算機和微機共同作用的分層控制系統(tǒng)得到大量應用。

　　進入90年代以后，由于計算機網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，使得DCS系統(tǒng)得到進一步發(fā)展，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性，在今天的工業(yè)控制領域DCS仍然占據(jù)著主導地位，但是DCS不具備開放性，布線復雜，費用較高，不同廠家產(chǎn)品的集成存在很大困難。

　　從八十年代后期開始，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執(zhí)行機構、驅動裝置等現(xiàn)場設備智能化，人們便開始尋求用一根通信電纜將具有統(tǒng)一的通信協(xié)議通信接口的現(xiàn)場設備連接起來，在設備層傳遞的不再是I/ O（4～2 0 m A/ 2 4VDC）信號，而是數(shù)字信號，這就是現(xiàn)場總線。由于它解決了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的自身可靠性和開放性問題，現(xiàn)場總線技術逐漸成為了計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。從那時起，一些發(fā)達的工業(yè)國家和跨國工業(yè)公司都紛紛推出自己的現(xiàn)場總線標準和相關產(chǎn)品，形成了群雄逐鹿之勢。