現場總線技術的發(fā)展使得控制系統(tǒng)在由封閉走向開放的進程中邁進了一大步，以現場總線為基礎的控制系統(tǒng)將會取代封閉的DCS系統(tǒng)成為過程控制的主流系統(tǒng)。FF現場總線[1]是一種全數字、串行、雙向通信網絡，同時也是一種專門針對過程自動化領域的應用而設計的現場總線，所以其在設計之初就充分考慮了過程自動化領域的一些特點，比如總線、供電、本質安全，以及較高的實時性要求等。我國在FF總線技術研究以及符合FF協(xié)議的現場設備產品開發(fā)方面己經取得了長足的進步，如中科院沈陽自動化研究所研制出了各種基金會現場總線產品，例如壓力變送器、溫度變送器，以及主機接口卡和通信棧軟件等。在DCS時代，先進控制己被證明可以為企業(yè)獲得巨大的經濟效益。先進控制與現場總線的結合[2]無疑是工業(yè)界所期望的，也是該文討論的主題。在FF現場總線過程控制實驗系統(tǒng)中，被控對象往往存在時變性和時滯性問題，對控制系統(tǒng)構成了極大的難題，認為采用了現場總線就可以解決這些問題是一個誤區(qū)?，F場總線的采用只是提供了控制策略的更好的實現手段。動態(tài)矩陣控制（DMC）作為一種先進控制算法，可以直接用于時滯對象而無需附加其它的控制結構。
該文將以在中科院沈陽自動化研究所設計的基于FF現場總線的網絡化測控實驗平臺[3，4]上，設計了雙容水箱的液位反饋控制回路，并結合具體被控對象提出了將先進控制算法應用到FF現場總線系統(tǒng)的可行性方案，既在OPC服務器MicroCyber .FFServer.1的基礎上實現了常規(guī)的PID控制，進而在PID控制的基礎上實現了基于OPC技術的先進控制算法。實驗表明，該方案控制效果更好的發(fā)揮了現場總線與先進控制的技術優(yōu)勢，取得了預期的控制效果。
1 基于FF現場總線的網絡化實驗平臺
本系統(tǒng)包括兩個部分[5]:FF現場總線部分和現場控制模型部分，如圖1。FF現場總線[6]包括低速現場總線H1和高速現場總線HSE。低速現場總線H1的速率為31.25Kbps，可用于溫度、液位及流量等控制場合，信號類型為電壓信號;高速現場總線HSE的速率為100Mbps，一般用于高級控制、遠程輸入/輸出和高速工廠自動化等場合?，F場控制模型可以利用實驗室的原有設備，從而節(jié)約了投資。原有的模擬儀表可以通過電流信號到現場總線信號變送器轉接到現場總線。
圖1 系統(tǒng)軟件運行關系
以單回路液位控制為例，上位機中軟件的運行情況：①HSE Init接口軟件, 選擇H1網段，HSE 接口程序可以與以太網段內的 HSE 設備，以及 LD 設備下的 H1 網段設備進行交互，向組態(tài)等上層軟件提供數據訪問接口;②運行組態(tài)程序FF-Configurator組態(tài)軟件, 刷新網段獲取系統(tǒng)的現場設備列表和功能塊列表, 刷新網段后，建立應用完成功能塊組態(tài)，功能塊間的連線表示通過現場總線通信的信號連接,如圖2所示;③FF H1和FF HSE OPC服務器, 每秒鐘刷新一次,實現設備的實時數據和歷史數據共享以及報警等功能; ④設計SiaView監(jiān)控軟件, 新建一個工程，在對象中選擇PID拖到視圖中，與OPC連接后經過編輯可得到一個PID功能塊操作面板。 
圖 2 應用窗口中配置的PID組態(tài)策略
從組態(tài)軟件的工程窗口的設備中選擇IF-AI1功能塊、IF-PID功能塊和FI-AO1功能塊拖拽到應用視圖中連接配置成一個PID控制回路，見圖2。將功能塊連接,建立功能塊之間的聯(lián)系，使功能塊之間能夠進行參數值的傳遞并需下載組態(tài)信息到現場設備。要使液位控制回路正確運行需要修改功能塊的參數值，雙擊IF-PID功能塊，打開塊的參數窗口，將IF-PID中MODE_BLK項下的TARGET參數修改成〝AUTO〞模式，讀取功能塊參數，從而實現單回路的液位控制自動正常的運行。如果想要實現將先進控制算法應用到FF現場總線系統(tǒng)的方案，只需將IF-PID中MODE_BLK項下的TARGET參數修改成〝MAN〞模式，具體設置如圖3所示，然后通過OPC技術實現過程變量和控制變量的通訊。 
圖3 實現先進控制算法時的IF-PID功能塊參數表
2 基于OPC的PID控制方案
要實現基于FF現場總線的先進控制算法，主要要先以實現常規(guī)PID控制為基礎，包含先進控制算法的軟件通過OPC接口來讀寫硬件設備的信息（作為OPC客戶），通過OPC服務器訪問過程數據，可以克服異構網絡結構和網絡協(xié)議之間的差異。
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