有关工业自动化控制系统发展现状的思考

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摘要：本文从控制系统的多元化和管理控制一体化等多个方面阐述了工业自动化的发展趋势。

关键词：工业；自动化；发展趋势

一、控制系统的多元化

工业自动化领域的发展趋势之一是控制系统的智能化、分散化、网络化，而现场总线的蛔起正是这一发展趋势的标志。

1. 现场总线的崛起。多年以来，工业自动化领域的过程控制体系历经基地式仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)等 4 代过程控制系统，当前我国工业自动化的主流水平即处于以 PLC 为基础的 DCS系统阶段。与早期的一些控制系统相比，DCS 系统在功能和性能上有了很大进步，可以在此基础上实现装置级、车间级的优化和分散控制，但其仍然是一种模拟数字混合系统，从现场到 PLC 或计算机之间的检测、反馈与操作指令等信号传递，仍旧依靠大量的一对一的布线来实现。

现场总线是应用在生产现场的全数字化、实时、双向、多节点的数字通信系统。现场总线技术将专用的 CPU置入传统的测控仪表，使它们各自都具有数字计算和通信能力，即所谓“智能化”，采用可进行简单连接的双绞线、同轴电缆等作为联系的纽带，把挂接在总线上作为网络节点的多个现场级测控仪表连接成网络，并按公开、规范的通信协议，使现场测控仪表之间及其与远程监控计算机之间实现数据传输与信息交换，形成多种适应实际需要的控制系统，即所谓“网络化”，由于这些网上的节点都是具备智能的可通信产品，因而它所需要的控制信息(如实时测量数据)不采取向 PLC 或计算机存取的方式，而可直接从处于同等层上的另一个节点上获取，在现场总线控制系统(FCS)的环境下，借助其计算和通信能力，在现场就可进行许多复杂计算，形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了系统的自治性和可靠性。FCS 成为发展的趋势之一，是它改变了传统控制系统的结构，形成了新型的网络集成全分布系统，采用全数字通信，具有开放式、全分布、可互操作性及现场环境适应性等特点，形成了从测控设备到监控计算机的全数字通信网络，顺应了控制网络的发展要求。

2. 现场总线的新动向―――工业以太网。长期以来的标准之争，实际上已延缓了现场总线的发展速度。为了加快新一代系统的发展，人们开始寻求新的出路，一个新的动向是从现场总线转向 Ethernet，用以太网作为高速现场总线框架的主传。以太网是计算机应用最广泛的网络技术，在 IT 领域已被使用多年，已有广泛的硬、软件开发技术支持，更重要的是启用以太网作为高速现场总线框架，可以使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来。为了促进 Ethernet 在工业领域的应用，国际上成立了工业以太网协会，开展工业以太网关键技术的研究。

二、管理控制一体化

1. 何谓管控一体化。在市场经济与信息时代的飞速发展中，企业内部之间以及与外部交换信息的需求不断扩大，现代工业企业对生产的管理要求不断提高，这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来。管控一体化就是建立全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理，形成一个意义更广泛的综合管理系统。

2. 现场总线为管控一体化铺平了道路。企业信息网络是管控信息集成的基本条件，没有信息网络就不可能实现企业横向和纵向信息的沟通和汇集，建网的目标在于实现全企业范围内的信息资源共享，以及与外部世界的信息沟通。管控一体化解决方案中的现场控制层由现场总线设备和控制网段构成，把传统的集散系统控制站的功能分散到了现场总线设备，此时的控制站实际是一个虚拟的控制站。现场总线

技术与产品所形成的底层网络，充分发挥其使测控设备具有通信能力的特点，为控制网络与通用数据网络的连接提供了方便。企业信息网

络是管控一体化的基础，现场总线则为构建管控一体化网络铺平了道路，过程监控层由局域网段以及连接在局域网段的担任监控任务的工

作站或控制器组成，现场总线网络通过现场总线接口与过程监控层相连，或者监控层直接由现场总线来担当，监控站可以完成对控制系统

的组态，执行对控制系统的监控、报警、维护及人机交互等功能，企业管理层由各种服务器和客户机等组成，用于集成企业的各种信息，实现与 Internet 的连接，完成管理、决策和商务应用的各种功能。

3. 管控一体化的支持环境与系统集成。在多总线并存的局面下，系统集成成为实现管控一体化信息系统的中心任务。系统集成是要按照一定的方法和策略将相同或不相同厂商的现场总线产品相互连接，并使上层应用与下层现场设备之间完成双向数据沟通，使之成为一个可以满足用户需求的整体。因此，系统集成既包括硬件产品的集成，也包括软件产品的集成。对硬件集成来说，需要借助网桥，网关沟通总线接口。一般同种总线的网段采用中继器实现网段的延伸，采用网桥实现不同速率网段之间的连接，不同类型的总线网段之间以及现场总线与以太网等异构网络之间采用网关实现互连，如公司与生产厂或其他部门距离较远时，采用公共数据网或电话网来实现局域网的连接。因此可以预计，今后这类通信接口产品将会变得很热门，从软件集成来说，通过 OPC、ODBC 等技术使得不同系统之间的准确、高速，大量的数据交换得以实现，能将实时控制、可视化操作，信息分析、系统诊断等功能集成到一个紧凑的软件包中，具有很大的硬件灵活性，并且可以提供与多种管理软件的连通性，从而可较为经济地解决管控系统之间的连接。