控制系統的網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展及現狀

0 引言

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統的控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著(zhù)一場(chǎng)前所未有的變革，開(kāi)始向網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。控制系統的結構從最初的CCS（計算機集中控制系統），到第二代的DCS（分散控制系統），發(fā)展到現在流行的FCS（現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統）[1]。對諸如圖像、語(yǔ)音信號等大數據量、高速率傳輸的要求，又催生了當前在商業(yè)領(lǐng)域風(fēng)靡的以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò )的結合。這股工業(yè)控制系統網(wǎng)絡(luò )化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標準工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)、無(wú)線(xiàn)技術(shù)等多種當今流行技術(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)展機遇。

1 計算機控制系統的發(fā)展

　　計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與控制系統的發(fā)展有著(zhù)緊密的聯(lián)系。最早在50年代中后期，計算機就已經(jīng)被應用到控制系統中。60年代初，出現了由計算機完全替代模擬控制的控制系統，被稱(chēng)為直接數字控制（Direct Digital Control, DDC ）。70年代中期，隨著(zhù)微處理器的出現，計算機控制系統進(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的分散式計算機控制系統問(wèn)世，它以多臺微處理器共同分散控制，并通過(guò)數據通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)現集中管理，被稱(chēng)為集散控制系統（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成了數字式儀表以取代模擬儀表，這種DDC的控制方式提高了系統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模擬儀表無(wú)法比擬的性能價(jià)格比。

　　80年代中后期，隨著(zhù)工業(yè)系統的日益復雜，控制回路的進(jìn)一步增多，單一的DDC控制系統已經(jīng)不能滿(mǎn)足現場(chǎng)的生產(chǎn)控制要求和生產(chǎn)工作的管理要求，同時(shí)中小型計算機和微機的性能價(jià)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得到大量應用。

　　進(jìn)入90年代以后，由于計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得DCS系統得到進(jìn)一步發(fā)展，提高了系統的可靠性和可維護性，在今天的工業(yè)控制領(lǐng)域DCS仍然占據著(zhù)主導地位，但是DCS不具備開(kāi)放性，布線(xiàn)復雜，費用較高，不同廠(chǎng)家產(chǎn)品的集成存在很大困難。

　　從八十年代后期開(kāi)始，由于大規模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執行機構、驅動(dòng)裝置等現場(chǎng)設備智能化，人們便開(kāi)始尋求用一根通信電纜將具有統一的通信協(xié)議通信接口的現場(chǎng)設備連接起來(lái)，在設備層傳遞的不再是I/ O（4～2 0 m A/ 2 4VDC）信號，而是數字信號，這就是現場(chǎng)總線(xiàn)。由于它解決了網(wǎng)絡(luò )控制系統的自身可靠性和開(kāi)放性問(wèn)題，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)逐漸成為了計算機控制系統的發(fā)展趨勢。從那時(shí)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場(chǎng)總線(xiàn)標準和相關(guān)產(chǎn)品，形成了群雄逐鹿之勢。