未來(lái)工業(yè)控制系統(tǒng)的變革方向分析

（文章來(lái)源：eNet）

現(xiàn)在，工業(yè)控制系統(tǒng)的變革仍在繼續(xù)，有以下叁個(gè)主要發(fā)展方向：新型現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、基于PC的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及管控一體化系統(tǒng)集成技術(shù)。

由于技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)以及集散控制系統(tǒng)（DCS）后，將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的方向發(fā)展。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）是連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備和自動(dòng)化控制設(shè)備的雙向串行、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。它也被稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。

新一代的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)正從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没?，必然?huì)影響工業(yè)控制系統(tǒng)的前景。很多人相信，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將與分布式控制系統(tǒng)逐步融合，并最后取而代之?？梢灶A(yù)見(jiàn)，能遵循現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議或能與其交換信息的可編程邏輯控制器將成為下一代PLC的主流，充分發(fā)揮其在處理開(kāi)關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì)。

固然以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的FCS發(fā)展很快，但FCS發(fā)展還有很多工作要做，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。另外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需要DCS，因此FCS完全取代傳統(tǒng)的DCS還需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程，同時(shí)DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善。確定的是，結(jié)合DCS、產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS將具有強(qiáng)大的生命力。產(chǎn)業(yè)以太網(wǎng)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數(shù)據(jù)傳輸方式，在產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。

工業(yè)PC自上世紀(jì)90年代初進(jìn)入軍工業(yè)自動(dòng)化以來(lái)，正勢(shì)不可擋地深入各領(lǐng)域，獲得了廣泛應(yīng)用。究其塬因，在于PC機(jī)的開(kāi)放性，具有豐富的硬件資源、軟件資源和人力資源，能夠得到廣大工程技術(shù)人員的支持，也為廣大人群所熟悉?；赑C（包括嵌入式PC）的工業(yè)控制系統(tǒng)，正以每年20%以上的速率增長(zhǎng)。各大可編程邏輯控制器廠商、工業(yè)控制系統(tǒng)集成商也接受了工業(yè)PC的技術(shù)路線，使基于PC的工業(yè)控制技術(shù)成為本世紀(jì)初的主流技術(shù)之一。

工業(yè)PC低成本的這一特點(diǎn)，也是其有望成為工業(yè)控制自動(dòng)化主流的另一重要因素。在傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，基礎(chǔ)自動(dòng)化部分基本被PLC和DCS壟斷，過(guò)程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化部分主要由各種高端過(guò)程計(jì)算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價(jià)格之高令眾多企業(yè)望而卻步。

在企業(yè)發(fā)展的前中期，選擇走低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路是企業(yè)的首選，并且由于基于工業(yè)PC的控制器被證明可以像PLC一樣可靠，具有易于被操作和維護(hù)人員接受、易于安裝和使用以及可實(shí)現(xiàn)高級(jí)診斷功能等特點(diǎn)，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，因此越來(lái)越多的制造商開(kāi)始在部分生產(chǎn)中采用工業(yè)PC控制方案。

可以預(yù)見(jiàn)，工業(yè)PC與PLC的競(jìng)爭(zhēng)將主要在高端應(yīng)用上，其數(shù)據(jù)復(fù)雜且設(shè)備集成度高。從發(fā)展趨勢(shì)看，控制系統(tǒng)的將來(lái)很可能會(huì)介于工業(yè)PC 和 PLC之間，而這些融合的跡象也已經(jīng)出現(xiàn)。今后在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、可程序設(shè)計(jì)邏輯控制器與工業(yè)PC將會(huì)相互補(bǔ)充，相互促進(jìn)，但工業(yè)PC的優(yōu)勢(shì)將更加突出，其應(yīng)用范圍會(huì)迅速擴(kuò)大到全部的工業(yè)控制領(lǐng)域。

隨著Internet技術(shù)深入到工業(yè)控制領(lǐng)域，控制系統(tǒng)與管理系統(tǒng)的結(jié)合成為必然，這使得工業(yè)自動(dòng)化界渴望已久的管控一體化、工業(yè)企業(yè)信息化以及基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化的目標(biāo)成為可能。管控一體化可以使企業(yè)選擇到真正符合新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的最佳解決方案，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

因此，工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展新方向是通過(guò)以太網(wǎng)和Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放型分布式智能系統(tǒng)，基于以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提供模塊化、分布式、可重用的工業(yè)控制方案。其最主要的方面就是發(fā)展基于網(wǎng)絡(luò)的工程化工業(yè)控制與管理軟件。

建設(shè)管控一體化系統(tǒng)，包括多種系統(tǒng)的集成和多種技術(shù)的集成。在多種系統(tǒng)集成方面，首先是現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)多種系統(tǒng)的集成，這其中包含叁種集成模型。第一是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS與DCS的集成，即FCS實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)控回路，DCS作為高一層的管理協(xié)調(diào)者實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。

第二是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS、DCS與PLC的集成，即邏輯聯(lián)鎖比較復(fù)雜的場(chǎng)合使用PLC、FCS實(shí)現(xiàn)基本的測(cè)控回路，DCS作為高一層的管理協(xié)調(diào)者，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。第叁是多種FCS的集成，解決不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，重點(diǎn)研究不同現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的互操作性和統(tǒng)一的組態(tài)、監(jiān)控和軟件的研制，以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成而不損失或者影響各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的功能和性能。

其次是管理網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的集成，在未來(lái)的企業(yè)管理中，大量的數(shù)據(jù)來(lái)自控制網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)企業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)挖掘、模型計(jì)算、過(guò)程仿真、配方設(shè)計(jì)、運(yùn)行優(yōu)化、參數(shù)檢測(cè)、偏差分析和故障診斷等，通過(guò)在Internet/Web應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上建立各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，才能真正實(shí)現(xiàn)管控一體化。它向下可以為控制軟件提供智能決策，向上可以為管理軟件提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

在多種技術(shù)集成方面，包括設(shè)備互操作技術(shù)、通用數(shù)據(jù)交換技術(shù)、EtherNET和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)的集成。其中通用數(shù)據(jù)交換技術(shù)又包括了DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)、NetDDE網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)交換技術(shù)、ODBC開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)技術(shù)、COM/DCOM組件對(duì)象模型以及OPC技術(shù)。而EtherNET+TCP/IP技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制參數(shù)和各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)直接在企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳輸和共享，從而避免了PLC、DCS和FCS存在多種協(xié)議而難以集成的局面。
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