一、發(fā)展歷程 過程控制技術、自動化儀表工業(yè)技術和計算機網(wǎng)絡技術這三大領域技術發(fā)展歷程。 1、70年代初，工業(yè)控制計算機開始應用于過程控制。 2、集散型(TDC)、分散型(DCS)相繼進入工控領域，解決了工控機集中控制所帶來的潛在危險。 DCS的優(yōu)點：能夠解決一些復雜的控制，組態(tài)比較方便，通信網(wǎng)絡可以連接到各個操作站、控制站，可以交換數(shù)據(jù)，給一些大工廠的生產(chǎn)帶來了許多方便。 DCS的缺點：DCS系統(tǒng)的總體價格偏高。原因：DCS經(jīng)常采用自行開發(fā)的操作站，其量小、維修困難， 而且軟件不開放。 3、80年代，明確了工控機的系列，其中包括：DJK工控機、DJK/F分散型控制系統(tǒng)、DJK/M工業(yè)控制功能模板、DJK/S數(shù)控和可編程系列以及DJK/C工業(yè)自動測試系統(tǒng)。 （1）中、小企業(yè)原先采用的是模擬儀表，其中部分企業(yè)在技術改造中選用了小型DCS。 （2）基于PCI總線的工控機功能很強，軟件豐富、界面友好、聯(lián)網(wǎng)容易，既降低了成本，又方便了用戶，*可以取代那些專用操作站。 （3）新一代的PLC具有PID的調節(jié)功能，它就不僅僅應用于開關量控制方面，同時進入流程工業(yè)的模擬量領域，在某些產(chǎn)業(yè)，如冶金、建材、造紙業(yè)很有市場。但PLC只是作為現(xiàn)場控制用部件，而工控機則比較方便地成為這一系統(tǒng)的顯示操作部分。 （4）EIC(或CIE)是電氣、儀表、計算機(更多的是工控機)的集成化。在這三者中，發(fā)展最快的是工控機。EIC是90年代初興起的，有的企業(yè)已將電氣、儀表和工控機統(tǒng)一調度管理了。從大的方面來說，是發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從小方面分析，則是CPU向電氣、儀表的滲透。所以，在EIC的集成中，工控機的作用也是顯而易見的。 過程控制技術的發(fā)展：由分立設備發(fā)展到共享設備 過程控制技術從控制手段(工具)來分，經(jīng)歷了四個發(fā)展階段。 人工控制階段； 模擬儀表控制系統(tǒng)階段(50年代開始)； 計算機集中監(jiān)督控制系統(tǒng)階段(60年代開始)； 分散控制系統(tǒng)(DCS)階段(70年代中期開始)。
過程控制技術發(fā)展到DCS這一階段，是一次革命，但存在一些問題有待解決， 如： 系統(tǒng)的開放性：要解決不同廠家軟、硬件產(chǎn)品可集成為一個DCS系統(tǒng)的問題，關鍵是采用通用的軟、硬件產(chǎn)品。 系統(tǒng)向上與企業(yè)管理信息系統(tǒng)的連接：要采用計算機網(wǎng)絡的通用技術開發(fā)接口。 系統(tǒng)與現(xiàn)場儀表的通信：要*解決設備共享問題?，F(xiàn)場儀表仍然是分立設備，它的信息仍未與其他設備共享。這大大制約了DCS功能的進一步發(fā)揮，影響到綜合自動化系統(tǒng)的完整性與可靠性。
自動化儀表工業(yè)技術的發(fā)展：由模擬儀表發(fā)展到智能儀表 模擬儀表，傳輸信號是標準模擬信號。之后在控制室儀表上應用了微處理器，誕生了應用可編程單、多回路調節(jié)器等數(shù)字/模擬技術的儀表。這些儀表功能強，使用靈活，使用串行數(shù)字通信接口與計算機通信，但它與其他儀表的接口仍然是標準模擬信號，因為現(xiàn)場儀表還是使用模擬信號傳輸。 1983年，美國霍尼威爾公司*推出智能化現(xiàn)場儀表——Smart變送器。
智能化現(xiàn)場儀表，或叫“微機化的儀表"，能適應被測參數(shù)的變化，在線聯(lián)機改變量程， 自動檢測自身工作狀態(tài)并傳遞信息，以進行異常處理，自動進行指標判斷與分選以及進行邏輯操作、定量控制與程序控制，實現(xiàn)多參數(shù)測量，進行數(shù)字信號處理等。 為解決當前現(xiàn)場智能儀表與DCS的通信問題，使用了折衷的辦法，即在4～20mA模擬通信線路上，疊加上雙向數(shù)字通信信號，實現(xiàn)混合式通信。4～20mA信號表征參數(shù)值，而量程及零點調整、工程量轉換、運行方式的改變以及故障診斷則通過數(shù)字通信完成。但它沒有解決一對一的布線問題，傳輸速率低，也不能使智能化現(xiàn)場儀表的*功能充分發(fā)揮，更無法實現(xiàn)智能化儀表之間的信息交換與運作。因此，智能化儀表的出現(xiàn)，迫使人們必須解決它的通信問題。 計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展：管理與控制信息網(wǎng)絡技術發(fā)展到現(xiàn)場級網(wǎng)絡技術 實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的物質基礎是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，人們靠計算機網(wǎng)絡，把企業(yè)中分散、獨立的部門、機構、各種設備、自動化孤島連接在一起。 綜合自動化系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡的典型模式是三層結構。 高層是工廠級網(wǎng)絡 連接財會、管理部門計算機和終端以及CAD/CAM工作站，實現(xiàn)工廠級全面管理以及工程設計的信息交換。 中間層是車間級網(wǎng)絡 實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)控、管理、故障診斷以及過程控制。 底層網(wǎng)絡 是把現(xiàn)場變送器、傳感器、執(zhí)行器、閥門等聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)底層設備之間信息的交換和向上傳達，以及接受上層的指令，還要承擔向現(xiàn)場設備供電以及防爆功能。這一層網(wǎng)絡的建立將實現(xiàn)基本控制任務自中間層向下遷移，也即控制任務下載，實現(xiàn)就地控制。由于這一層網(wǎng)絡連接的設備及其任務有別于高層與中層，又是在生產(chǎn)現(xiàn)場連接，因此，它的通信協(xié)議與上兩層應有很大的不同，不能套用上兩層已較成熟的協(xié)議，而應要結合它的特點，制定新的標準，使計算機網(wǎng)絡向現(xiàn)場底層儀表及執(zhí)行器延伸，為實現(xiàn)完整的綜合自動化系統(tǒng)打下基礎。
三大技術的結合出現(xiàn)了：現(xiàn)場總線－控制網(wǎng)絡 二、工控軟件 1、實時、多任務操作系統(tǒng)：QNX的聯(lián)網(wǎng)功能非常突出；Intel的RFW，它可以在PC機上運行，有實時功能，與Windows之間十分友好； 2、工控軟件要重視四點：實時性、可靠性；基于Windows；盡可能漢化、易學好懂；模塊化、標準化。 3、SoftPLC SoftPLC是運行在工業(yè)PC上的一個實時多任務控制內核，它既有所有“硬"PLC的特性， 又具有自己的特性，即開放結構系統(tǒng)。 SoftPLC是SoftPLC公司的產(chǎn)品，該公司原名Tele-Denken。 SoftPLC就是“軟"PLC，是一種基于PC的開放結構的控制軟件，它能將工業(yè)PC轉化為像PLC一樣的處理控制器。SoftPLC將計算機的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計算和聯(lián)網(wǎng)能力與PID控制、離散控制和模擬控制等有機地結合起來，通過一個多任務控制內核，提供強大的指令集、快速而確定的掃描周期、可靠的操作和一個開放的結構，以連接各種I/O系統(tǒng)和網(wǎng)絡。 SoftPLC從DOS裝入，然后在計算機內存中轉入多任務控制內核運行。它可以固化在EPROM或Flash電子盤上，也可以裝在硬/軟盤或網(wǎng)絡上。SoftPLC除了傳統(tǒng)的梯形圖編程外，還可以用C/C++和Java編程，它也是最先將Internet技術用于工業(yè)應用的?？梢詫⑵浣ǔ梢粋€FTP服務器，這樣用戶就可以實現(xiàn)遠程診斷、編程、糾錯、下載、上行等功能。 SoftPLC的要點如下： 可運行在大多數(shù)計算機平臺上(386、486、奔騰)， 獨立于硬件總線(如ISA、PCI 、VME、PC104、STD)。 支持I/O點多達8192點，包括數(shù)字、模擬和特殊I/O點， 可選擇的I/O硬件商有All en-Bradley、GE Fanuc、DeviceNet、Profibus、MTL8000等。 超過1M的用戶邏輯/數(shù)據(jù)表容量。 支持梯形邏輯、C/C++和Java編程。 支持在線運行模式，可在線程序修改和I/O強制。 32個通信通道，可連接32個不同的PLC或設備。 控制和可靠的操作。用TOPDOC編程、文檔生成和在線調試。 可輸入/轉換A-B PLC、PLC 2、PLC 5或SLC-500的程序。
為什么要用PC來替代PLC作控制？ 由于采用了電子盤代替硬/軟盤，PC的平均*時間達到甚至超過了PLC；由于采用了開放硬件結構，系統(tǒng)成本大大降低；由于采用了與PLC一樣的梯形圖編程，不需要重新培訓工廠的技術人員及其系統(tǒng)集成工程師。SoftPLC有確定的掃描周期、實時控制和可靠的操作。 SoftPLC并不是一個DOS應用，它是一個32位的、實時多任務的操作系統(tǒng)或核心。一旦SoftPLC被裝入內存，它就始終控制著CPU。這就決定了SoftPLC非?？煽?，并且具有所有硬PLC一樣的特征，如有確定的掃描周期，能保護出錯等。 SoftPLC最小的軟硬件要求： 486或更好的CPU； 4M內存； 2M固定盤(硬盤/軟盤/Flash或其它EPROM電子盤等)； 并行接口； DOS 3.3或以上版本；I/O接口； 通信接口(如串口、以太網(wǎng)卡等)。 TOPDOC運行在裝有Windows 95/NT的計算機上，并需5M的硬盤可用空間。 SoftPLC主要的工具和產(chǎn)品： TOPDOC 是SoftPLC和A-B PLC程序開發(fā)/監(jiān)控的程序包。 SoftWIRES 提供梯形邏輯程序仿真和過程仿真，以便對SoftPLC進行測試和糾錯。 VIEWpoint 是過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和控制程序包。 PORTFOLIO 是一個PLC程序管理工具。它可以管理多種版本的PLC程序。 三、總線 1、工控機要求能承受工業(yè)生產(chǎn)的“惡劣"環(huán)境干擾，可靠性要高，維護要容易，模塊化更能適應不同對象的不同配置。 2、PCI(Peripheral Component Interconnect)總線 1991年Intel公司聯(lián)合多家公司成立的PCISIG協(xié)會是國際上微機的行業(yè)協(xié)會，它致力于促進PCI局部總線工業(yè)標準的發(fā)展，并制定了PCI局部總線規(guī)范1.0和2.0，1995年又發(fā)布了2.1版，于同年6月開始實施。 PCI局部總線是具有地址、數(shù)據(jù)多路復用的高性能32位和64位總線，是微型機系統(tǒng)中處理器/存儲器與外圍控制部件、外圍附加板之間的互連機構，它規(guī)定了互連機構的協(xié)議、電氣、機械以及配置空間規(guī)范，以保證全系統(tǒng)的自動配置，在電氣方面還專門定義了5V 和3.3V信號、環(huán)境，特別是2.1版本定義了64位總線擴展和66MHz總線時鐘的技術規(guī)范。 PCI局部總線解決了處理器和顯示設備的瓶頸問題，滿足了面向圖形的操作系統(tǒng)(如W indows)和應用的要求，已經(jīng)成為微型機事實上的標準，它不僅滿足了高、中、低檔臺式機的應用需要，而且還適應于從移動計算機到服務器整個領域的需要。 但用其開發(fā)的工控機屬有源底板，MTTR較高。PCI總線只能支持CPU和另外4塊I/O模板，這對大多數(shù)工業(yè)應用來說都不夠。 3、Compact PCI 1994年，成立了PCI工業(yè)計算機制造協(xié)會(PICMG)，提出了Compact PCI的新概念。在無源底板上提供PCI能力。
Compact PCI能利用其他已有的總線產(chǎn)品，如STD、VME、ISA等來擴充其功能，做到共存并降低系統(tǒng)的造價；可以在芯片、軟件和開發(fā)工具方面借助于大規(guī)模生產(chǎn)的PC機的資源。 Compact PCI是PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，不是重新設計PCI規(guī)范，而是從機箱前面插入系統(tǒng)，前面板上可以安裝指示燈、I/O連接器、插拔模板用的頂推器，模板垂直安裝，有利于通風散熱。熱切換標準，即在不關閉系統(tǒng)的情況下取出和替換部件的能力。 Compact PCI使用高密度屏蔽型針孔式連接器，這種連接器符合IEC-1076國際標準。 可能會有3種流行的工業(yè)總線并存。即無源底板PCI-ISA、Compact PCI和VME總線。無論是哪種總線，它都是PCI總線的一種變形。 四、控制網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線 控制網(wǎng)絡Infranet與Internet、Intranet的連接，使控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡融為一體， 讓控制信息匯入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，從而進一步拓寬了控制系統(tǒng)的范圍與視野，豐富了網(wǎng)絡系統(tǒng)的信息內容與應用領域。 控制網(wǎng)絡是指用于完成自動化任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它的網(wǎng)絡節(jié)點除了普通計算機、工作站之外，更大量的是具有計算與通信能力的測控儀表。這些自控設備分布在工廠、建筑物和家庭中，用于生產(chǎn)和生活的各方面。 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是已在辦公和通信等領域廣為采用的計算機網(wǎng)絡，通過它人們可以直接獲取信息。特點是：數(shù)據(jù)通信量較大，需要經(jīng)常傳送文檔、報表、圖形以及信息量更大的音頻、視頻等多媒體數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡從最初的局域網(wǎng)(LAN)、局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互連而逐步發(fā)展為Internet，將局域網(wǎng)與Internet結合為Intranet，使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展和應用進入到一個嶄新的階段。Intranet既保留了Internet的開放性，又具有企業(yè)網(wǎng)抵抗外部信息侵襲的安全性和可靠性。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用可進行簡單連接的雙絞線等作為傳輸介質，把具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力的多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設備之間、現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能。簡而言之，它以單個的分散的測量控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡特點之分： 控制網(wǎng)絡主要用于對生產(chǎn)、生活設備的控制，對生產(chǎn)過程的狀態(tài)檢測、監(jiān)視與控制，或實現(xiàn)“家庭自動化"等；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖像等數(shù)據(jù)信息。 技術特點：控制網(wǎng)絡要求具備高度的實時性、安全性和可靠性，而數(shù)據(jù)傳輸量一般較??；數(shù)據(jù)網(wǎng)絡則需要適應大批量數(shù)據(jù)的傳輸與處理。
集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)都屬于控制網(wǎng)絡。DCS大多為模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，并未形成從測控設備到操作控制計算機的完整網(wǎng)絡。其主機部分的計算機網(wǎng)絡由于封閉的通信協(xié)議，給用戶的系統(tǒng)集成與應用帶來諸多不便，其技術發(fā)展受到較大束縛。 現(xiàn)場總線之所以成為控制網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢，其原因之一是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結構，形成了新型的網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)。這是繼基地式儀表控制系統(tǒng)、電動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)、集散控制系統(tǒng)后的新一代控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線采用全數(shù)字式通信，具有開放式、全分布、可互操作性(Interoperability)等特點，形成了從測控設備到操作控制計算機的全數(shù)字通信網(wǎng)絡，具備了與數(shù)字網(wǎng)絡連接溝通的條件，滿足了控制網(wǎng)絡的要求。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)除了采用開放的通信協(xié)議之外，它簡化了DCS所采用的多級分層的網(wǎng)絡結構，且便于與Internet 、Intranet連接與融合。 現(xiàn)場總線技術使自控設備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力。這一方面提高了信號的測量、控制和傳輸精度，同時為豐富控制信息的內容，實現(xiàn)其遠程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場總線環(huán)境下，借助設備的計算、通信能力，在現(xiàn)場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)運行的可靠性。還可借助現(xiàn)場總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其他網(wǎng)段，實現(xiàn)遠程自動控制。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)把控制算法集成在智能儀表中。在FCS中，無論是計算機工作站還是現(xiàn)場智能儀表，都被看成是系統(tǒng)中的節(jié)點，不同的節(jié)點執(zhí)行不同的功能。FCS的控制功能*分散到現(xiàn)場的智能儀表中，智能儀表可以在生產(chǎn)現(xiàn)場執(zhí)行對生產(chǎn)過程的控制。因此，一方面即使計算機發(fā)生故障，控制系統(tǒng)也不會“癱瘓"；另一方面，工作站和智能儀表之間通過控制網(wǎng)絡進行數(shù)字化通信，除了能夠完成組態(tài)與管理功能外，還可以在必要的時候對生產(chǎn)過程按復雜的高等控制計算結果進行控制。 控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡結合的應用：遠程監(jiān)控系統(tǒng) 遠程監(jiān)控是指本地計算機通過網(wǎng)絡系統(tǒng)(主要是Internet)，實現(xiàn)對遠端生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制。能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)控的計算機軟硬件系統(tǒng)稱為遠程監(jiān)控系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線系統(tǒng)接入Internet，在一定條件下，便可通過Internet監(jiān)視并控制這些生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場設備的運行狀況及各種參數(shù)，即不必親臨現(xiàn)場，就可通過網(wǎng)絡實現(xiàn)對遠程被控對象的監(jiān)視控制，以節(jié)省大量的交通費用和人力。 要實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，第一，要有一個能夠穩(wěn)定運行現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)。遠程監(jiān)控的操作對象就是該現(xiàn)場總線系統(tǒng)。第二，要有一個能夠通過Internet進行遠程訪問的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。遠程信息只有被本地訪問到，才有可能在本地實現(xiàn)對遠程現(xiàn)場總線系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。第三，要有遠程監(jiān)控系統(tǒng)在控制系統(tǒng)的各個組成部分之間建立的虛擬通信關系， 通過Internet接通遠程異地的控制網(wǎng)絡，并利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中豐富的軟硬件資源，通過Internet來監(jiān)視和控制生產(chǎn)現(xiàn)場。 五、控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡 控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡集成將為實現(xiàn)企業(yè)信息化與綜合自動化開路。 1、控制網(wǎng)絡是控制系統(tǒng)的發(fā)展方向 開放系統(tǒng)應具備以下特征：標準化、可移植性、可伸縮性和可操作性。在計算機網(wǎng)絡技術的推動下，控制系統(tǒng)要滿足開放系統(tǒng)的要求，必然走網(wǎng)絡化的發(fā)展道路，因而控制網(wǎng)絡應運而生?？刂凭W(wǎng)絡一般指以對象控制為特征的計算機網(wǎng)絡，簡稱為Infranet(Infrastructure Network s)。 控制網(wǎng)絡的技術要求與特點是： 2、Intranet是信息網(wǎng)絡的主流 (1) Intranet為企業(yè)開辟一個全新的電子商務模式。 Intranet極大地降低了企業(yè)內部信息發(fā)布和信息傳播的成本。 Intranet完善了企業(yè)與客戶的交流方式，企業(yè)可通過Intranet調節(jié)和優(yōu)化其內部的各種資源，重新定義銷售渠道，定義企業(yè)與客戶的交流方式，為客戶提供內容豐富的企業(yè)信息，接受客戶的訂單，獲取客戶的詳細資料，聽取客戶的反饋信息，既可減少產(chǎn)品銷售和售后服務的成本，也可提高銷售額和產(chǎn)品售后服務的質量。 Intranet低廉的訪問價格使企業(yè)可在全球范圍內低成本地獲取各種信息、資源以及專家的建議等。
(2) 從信息的利用來看，企業(yè)已不滿足于基于局域網(wǎng)的內部信息管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)的信息服務。面向經(jīng)濟市場的企業(yè)渴望能方便、生動地發(fā)布企業(yè)各種動態(tài)信息，同時，管理人員、市場營銷人員、技術人員和客戶無論在企業(yè)內部、家里還是走到世界各地，都希望與企業(yè)內部信息網(wǎng)交流信息?？傊?，企業(yè)內部網(wǎng)必然要從封閉的信息孤島走向開放的信息世界。 (3) 從單一的軟件開發(fā)人員“造車"、用戶“開車"，到軟件開發(fā)人員和用戶共同“造車"、“開車"。Intranet為用戶參與信息系統(tǒng)建設創(chuàng)造了良好的條件。用戶不僅能利用系統(tǒng)信息，而且能加入新的有用信息。 (4) Intranet的全動態(tài)交互式雙向信息傳送能力為將人機交互系統(tǒng)、監(jiān)控信息、生產(chǎn)調度信息、管理信息組成管理一體化信息系統(tǒng)創(chuàng)造了有利的條件。 3、網(wǎng)絡集成為企業(yè)綜合自動化創(chuàng)造條件 控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的集成將為企業(yè)綜合自動化CIPA(Computer Integrated Plant Automation)與企業(yè)信息化創(chuàng)造有利的條件。 (1) 實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的信息集成，建立綜合實時信息庫，為企業(yè)優(yōu)化控制、生產(chǎn)調度、計劃決策提供依據(jù)，創(chuàng)造良機。 (2) 建立分布式數(shù)據(jù)庫管理功能，保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性和互操作性。 (3) 將現(xiàn)場控制信息、生產(chǎn)情況實時與Intranet通信，有關人員可在任何地方通過標準化的、友好的、統(tǒng)一的圖形界面了解企業(yè)的生產(chǎn)情況。 (4) 能夠實現(xiàn)對控制網(wǎng)絡工作狀態(tài)的遠程監(jiān)控，優(yōu)化調度，也能實現(xiàn)控制網(wǎng)絡的遠程診斷等。 (5) 可進行控制網(wǎng)絡的遠程軟件維護與下載新版本軟件。 4、網(wǎng)絡集成技術 控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的集成主要是實現(xiàn)網(wǎng)絡間信息交換與信息共享。 （1）網(wǎng)絡互連與擴展技術 網(wǎng)絡互連既是不同結構、不同操作系統(tǒng)異構網(wǎng)互連的需要，也是擴展網(wǎng)絡地域、規(guī)模、功能的需要。網(wǎng)絡互連與擴展需要一個中繼系統(tǒng)，根據(jù)所在不同網(wǎng)絡的層次，有4種中繼系統(tǒng)。網(wǎng)絡層以上中繼系統(tǒng)即網(wǎng)關(Gateway)，網(wǎng)絡層中繼系統(tǒng)即路由器(Router)，數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)即網(wǎng)橋(Bridge)，物理層中繼系統(tǒng)即中繼器(Repeater)。一般來說，高層的中繼系統(tǒng)要比低層中繼系統(tǒng)復雜，網(wǎng)關連接兩個不同的異構網(wǎng)，不但要連接網(wǎng)絡間數(shù)據(jù)傳送的通道，而且還需要進行協(xié)議轉換，是最復雜的一種中繼設備。 網(wǎng)絡互連要解決物理互連和邏輯互連(即互連軟件)兩個問題。網(wǎng)關和路由器是網(wǎng)絡間互連的兩種主要部件，它們的作用是： 構建網(wǎng)間數(shù)據(jù)傳送通道。 終止每個網(wǎng)絡內部協(xié)議，并實現(xiàn)不同通信協(xié)議間的轉換。 必須有一互連網(wǎng)絡雙方都能識別的統(tǒng)一的尋址方式。 必須具有一致的信息幀長度等。
由于控制網(wǎng)絡的內在特點，控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡互連的網(wǎng)關/路由器與一般信息網(wǎng)絡間互連的網(wǎng)關/路由器有所不同。對控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡間互連網(wǎng)關/路由器的要求是： 容易實現(xiàn)IP地址編址，從而使控制網(wǎng)絡容易成為Intranet上帶有自己IP地址的接入網(wǎng)。 能方便地實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡異構網(wǎng)之間數(shù)據(jù)格式的轉換。 要求控制網(wǎng)絡接入的網(wǎng)關/路由器體積更小，使用更方便，工作更可靠，價格更便宜。
目前，市場上出現(xiàn)的一些網(wǎng)關/路由器產(chǎn)品正在朝這一目標努力。不同的控制網(wǎng)絡廠商已開發(fā)出不同的網(wǎng)關路由器產(chǎn)品。如：美國Echeron公司的Lonworks Network控制網(wǎng)絡、World FIP Network、德國BOSCH公司的控制局域網(wǎng)CAN等。 （2）動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術 動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)技術在控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡集成中應用較為廣泛，其原因，一是這種方法實時性較好，另一是作為連接控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的通信處理機其實現(xiàn)比較方便。 動態(tài)數(shù)據(jù)交換是一種Windows系統(tǒng)中進程之間的通信機制，建立在Windows內部的消息處理機制之上，其實質是各應用程序間通過共享內存來交換信息。它總是在Windows DDE 客戶應用程序與DDE服務器應用程序之間進行。其過程是：首先，DDE客戶應用程序向DDE服務器應用程序發(fā)出請求，DDE服務器應用程序響應請求，雙方建立連接，開始對話。然后，D DE服務器應用可以和DDE客戶應用進行實時數(shù)據(jù)交換，DDE客戶應用可以訪問DDE服務器應用的數(shù)據(jù)庫。 基于DDE方法實現(xiàn)Infranet與Intranet集成的關鍵是： 中間系統(tǒng)的通信處理機起溝通Infranet與Intranet的橋梁作用。通信處理機一方面是信息網(wǎng)絡的一個工作站，同時又是控制網(wǎng)絡中的上位機。在通信處理機上運行兩個應用程序，一個是實時通信程序，實現(xiàn)實時信息的接收、檢錯、信息格式轉換等功能，為信息網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫提供實時數(shù)據(jù)信息。另一個是數(shù)據(jù)庫訪問應用程序接口，它接收DDE服務器送來的實時數(shù)據(jù)并寫到數(shù)據(jù)庫服務器中，供信息網(wǎng)絡實現(xiàn)信息處理、統(tǒng)計、分析、管理等功能。 控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡平臺必須支持Windows的DDE功能。 為了通過內存實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)交換，要求控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡必須支持Windows的DDE功能，這一點在選擇控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的工作平臺及操作系統(tǒng)、編程語言時必須給予考慮。不過這個要求比較容易實現(xiàn)，許多操作系統(tǒng)和編程語言均支持Windows的DDE功能。
DDE方法的不足之處是：受到地理位置的限制；必須根據(jù)不同要求進行應用程序編程。 （3）ODBC調用技術 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理是信息網(wǎng)絡的核心?？刂凭W(wǎng)絡中的一個工作站、一臺設備或一個用戶查詢、瀏覽、增刪、訪問數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)信息共享，意味著控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的集成。 訪問數(shù)據(jù)常用兩種方式：固有調用和ODBC調用。 ODBC調用的顯著優(yōu)點是用它生成的程序與數(shù)據(jù)庫無關。 控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡集成必然走開放互連和產(chǎn)品化道路，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化與信息網(wǎng)絡標準化為集成創(chuàng)造了十分有利的條件。各種網(wǎng)關、路由器、收發(fā)器產(chǎn)品的出現(xiàn)為實現(xiàn)集成提供了良好的技術支持和物質基礎。 六、現(xiàn)場總線及其作用和地位 現(xiàn)場總線(Fieldbus)這一名詞產(chǎn)生于80年代初期，但應該說，自70年代中期分散型控制系統(tǒng)(DCS)誕生后，現(xiàn)場總線的概念就開始出現(xiàn)了。在DCS中，監(jiān)控站與分散在(或靠近) 現(xiàn)場的各控制站之間的高速數(shù)據(jù)公路可看作是現(xiàn)場總線；在一些計算機控制系統(tǒng)產(chǎn)品中， 計算機與分布在現(xiàn)場的遠程I/O之間的串行數(shù)字通信總線也可看作是現(xiàn)場總線。但這些總線都還是建立在計算機通信協(xié)議的基礎上，既無法延伸到現(xiàn)場智能儀表，也滿足不了自控系統(tǒng)對數(shù)字通信的特殊要求，而且都是非開放性企業(yè)專有的。 80年代以來，陸續(xù)出現(xiàn)了不少開放的現(xiàn)場總線協(xié)議標準，有一些在國際上已得到一定程度的推廣應用，個別的還成為某個自動化領域內較*的標準，如LonWorks在建筑自動化系統(tǒng)中的應用。但至今為止，在自動化領域中，現(xiàn)場總線的應用還主要是在近20年來發(fā)展起來的PLC控制系統(tǒng)(離散控制為主的系統(tǒng))中得到推廣并獲得成功。而在最早需求現(xiàn)場總線、其系統(tǒng)構成和控制要求最復雜的過程(流程)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線的應用卻還處于試點和起步階段。 現(xiàn)場總線及其產(chǎn)生的必然性 現(xiàn)場總線是流程工業(yè)里用于現(xiàn)場儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。因為現(xiàn)場總線與現(xiàn)場儀表連接，因此，它處于企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)的最底層，是企業(yè)信息系統(tǒng)向下(向現(xiàn)場)的延伸，使變送器、傳感器、執(zhí)行機構、控制裝置等工廠底層設備，通過它相互間或與監(jiān)控設備間進行雙向多參數(shù)全數(shù)字通信。 現(xiàn)場總線是過程控制技術、自動化儀表工業(yè)技術和計算機網(wǎng)絡技術這三大領域技術發(fā)展至今走向結合的必然產(chǎn)物。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的優(yōu)點 消除了4～20mA信號傳輸?shù)钠款i現(xiàn)象。 現(xiàn)場總線替代了現(xiàn)場儀表到控制室的一對一布線：減少了連線、I/O卡件和隔離器數(shù)量，從而預計可減少至少66%以上的電纜配線、安裝、調試、維修費用。 提高了檢測精度和魯棒性。 增強了控制系統(tǒng)的可靠性與自治性：由于智能現(xiàn)場儀表具有很強的運算處理功能，在有了現(xiàn)場總線這一通信手段后，就可在現(xiàn)場裝置內實現(xiàn)一般的控制策略，實現(xiàn)就地控制。 為用戶提供更多的功能：用戶可在控制室定期標定傳感器，在故障情況下對其進行診斷，他們可以“看"到主控系統(tǒng)及所有掛接的裝置及其相互作用等。這樣，就大大方便了對系統(tǒng)和現(xiàn)場裝置的標定和在線診斷。 用戶擁有產(chǎn)品選擇權：采用統(tǒng)一標準現(xiàn)場總線后，產(chǎn)品匹配性解決了，用戶可選擇不同廠家產(chǎn)品，優(yōu)化組合，構成自己系統(tǒng)。 產(chǎn)生*的新型現(xiàn)場儀表，賦于現(xiàn)場儀表許多新的*功能：如多變量變送器、多變量氣動執(zhí)行器。 調試維護方便，使用壽命長。
現(xiàn)場總線促使FCS的誕生 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的最大影響主要來自數(shù)字多站雙向通信取代一對一模擬通信和控制功能的下載。在當前的DCS產(chǎn)品或單、多回路調節(jié)器構成的控制系統(tǒng)中，控制任務是在控制室設備中完成的，而現(xiàn)場總線的誕生使控制功能由現(xiàn)場儀表來承擔，這意味著控制系統(tǒng)體系結構的一次大變革。最早的就地控制系統(tǒng)是由基地式儀表完成的，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在控制功能又回到了現(xiàn)場，但卻是以一個功能極為強大的開放控制系統(tǒng)FCS的面貌出現(xiàn)的。DCS完成的控制功能下載后，它將只完成目前由上位計算機完成的優(yōu)化、專家系統(tǒng)統(tǒng)計過程等*控制策略運算以及數(shù)據(jù)采集、存儲等功能，同時，DCS控制站中原有的龐大的I/O插件系統(tǒng)也將被極少量現(xiàn)場總線通信卡取代，也就是說，采用當前結構模式的DCS產(chǎn)品將會“消失"，而演化成一種新的控制系統(tǒng)體系結構FCS。在FCS系統(tǒng)構成中，除現(xiàn)場儀表外，軟件所占的比重將大大增加，系統(tǒng)將具有更靈活的組合性和更高的開放性，系統(tǒng)還將提供對現(xiàn)場儀表工作狀況的監(jiān)視與維護功能。 隨著FCS的出現(xiàn)，企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)終于可以實現(xiàn)從最高決策層到最底設備層的綜合管理與控制，形成一個完整的系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線出現(xiàn)的意義可概括為： 將開辟過程控制新紀元； 將對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結構帶來革命； 目前所做出的有關現(xiàn)場總線的決策將在今后幾十年中影響控制領域； 將大大改變我們現(xiàn)有的實現(xiàn)控制和設備維護的全部方法。
在以PLC為基礎的離散控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線一般僅延伸到現(xiàn)場I/O裝置，而無需直接連接以開關(數(shù)字)信號為主的現(xiàn)場傳感或執(zhí)行器件。但在過程控制系統(tǒng)中，由于連接的對象為現(xiàn)場智能儀表，并且在一個系統(tǒng)中的現(xiàn)場儀表往往由不止一家生產(chǎn)制造商提供，因此，對現(xiàn)場總線標準的統(tǒng)一及不同廠商的產(chǎn)品間可互操作的能力，提出了較嚴格的要求。這也就是為何現(xiàn)場總線在此領域的應用遠落后于離散控制系統(tǒng)的原因。目前，現(xiàn)場總線尚沒有國際標準，但隨著通信技術的發(fā)展，隨著過程控制系統(tǒng)中現(xiàn)場總線應用的開展，總會形成統(tǒng)一的總線標準，只是還需要一定的時間罷了。
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