控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展及現(xiàn)狀

0 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)前所未有的變革，開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計(jì)算機(jī)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)）[1]。對(duì)諸如圖像、語(yǔ)音信號(hào)等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊?，又催生了?dāng)前在商業(yè)領(lǐng)域風(fēng)靡的以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。這股工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無(wú)線技術(shù)等多種當(dāng)今流行技術(shù)融合進(jìn)來(lái)，從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展

　　計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(jì)算機(jī)就已經(jīng)被應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。60年代初，出現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)新的快速發(fā)展的時(shí)期，1975年世界上第一套以微處理為基礎(chǔ)的分散式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)問(wèn)世，它以多臺(tái)微處理器共同分散控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中管理，被稱為集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System, DCS）。

　　進(jìn)入80年代以后，人們利用微處理器和一些外圍電路構(gòu)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(wú)法比擬的性能價(jià)格比。

　　80年代中后期，隨著工業(yè)系統(tǒng)的日益復(fù)雜，控制回路的進(jìn)一步增多，單一的DDC控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)控制要求和生產(chǎn)工作的管理要求，同時(shí)中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī)的性能價(jià)格比有了很大提高。于是，由中小型計(jì)算機(jī)和微機(jī)共同作用的分層控制系統(tǒng)得到大量應(yīng)用。

　　進(jìn)入90年代以后，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得DCS系統(tǒng)得到進(jìn)一步發(fā)展，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性，在今天的工業(yè)控制領(lǐng)域DCS仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位，但是DCS不具備開(kāi)放性，布線復(fù)雜，費(fèi)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(kāi)始，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化，人們便開(kāi)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(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，在設(shè)備層傳遞的不再是I/ O（4～2 0 m A/ 2 4VDC）信號(hào)，而是數(shù)字信號(hào)，這就是現(xiàn)場(chǎng)總線。由于它解決了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的自身可靠性和開(kāi)放性問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)逐漸成為了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。從那時(shí)起，一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家和跨國(guó)工業(yè)公司都紛紛推出自己的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)產(chǎn)品，形成了群雄逐鹿之勢(shì)。