控制系統的網絡化發展及現狀

0 引言

　　隨著計算機技術、通信技術和控制技術的發展，傳統的控制領域正經歷著一場前所未有的變革，開始向網絡化方向發展。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），發展到現在流行的FCS（現場總線控制系統）[1]。對諸如圖像、語音信號等大數據量、高速率傳輸的要求，又催生了當前在商業領域風靡的以太網與控制網絡的結合。這股工業控制系統網絡化浪潮又將諸如嵌入式技術、多標準工業控制網絡互聯、無線技術等多種當今流行技術融合進來，從而拓展了工業控制領域的發展空間，帶來新的發展機遇。

1 計算機控制系統的發展

　　計算機及網絡技術與控制系統的發展有著緊密的聯系。最早在50年代中后期，計算機就已經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，被稱為直接數字控制（Direct Digital Control, DDC ）。70年代中期，隨著微處理器的出現，計算機控制系統進入一個新的快速發展的時期，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世，它以多臺微處理器共同分散控制，并通過數據通信網絡實現集中管理，被稱為集散控制系統（Distributed Control System, DCS）。

　　進入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法比擬的性能價格比。

　　80年代中后期，隨著工業系統的日益復雜，控制回路的進一步增多，單一的DDC控制系統已經不能滿足現場的生產控制要求和生產工作的管理要求，同時中小型計算機和微機的性能價格比有了很大提高。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。

　　進入90年代以后，由于計算機網絡技術的迅猛發展，使得DCS系統得到進一步發展，提高了系統的可靠性和可維護性，在今天的工業控制領域DCS仍然占據著主導地位，但是DCS不具備開放性，布線復雜，費用較高，不同廠家產品的集成存在很大困難。

　　從八十年代后期開始，由于大規模集成電路的發展，許多傳感器、執行機構、驅動裝置等現場設備智能化，人們便開始尋求用一根通信電纜將具有統一的通信協議通信接口的現場設備連接起來，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，這就是現場總線。由于它解決了網絡控制系統的自身可靠性和開放性問題，現場總線技術逐漸成為了計算機控制系統的發展趨勢。從那時起，一些發達的工業國家和跨國工業公司都紛紛推出自己的現場總線標準和相關產品，形成了群雄逐鹿之勢。