本文介紹了控制系統(tǒng)向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展的趨勢(shì)，探討了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)揮的重要作用，以及控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合為自動(dòng)化技術(shù)所產(chǎn)生的影響。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，Internet正在把全世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)逐漸集成起來(lái)，形成信息高速公路，形成公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的興起，改變了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使其向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，形成了對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活有重要影響的另一類(lèi)網(wǎng)絡(luò)——控制網(wǎng)絡(luò)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)適應(yīng)了控制系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化的發(fā)展趨勢(shì)，顯示出強(qiáng)大生命力，得到了迅速發(fā)展，成為控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合提上了日程，為開(kāi)放型、全分布式控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)拓提供了新的領(lǐng)域。

現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的聯(lián)系紐帶，把具有通信能力的測(cè)控儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，連接成開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將節(jié)點(diǎn)連接為控制系統(tǒng)。由于它位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，因而被稱(chēng)之為底層網(wǎng)Infranet。在某些場(chǎng)合，Infranet已成為現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的代名詞。具有開(kāi)放的通信協(xié)議，擔(dān)負(fù)著測(cè)量控制任務(wù)，是它作為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最顯著的特征。

控制網(wǎng)絡(luò)Infranet與互連網(wǎng)Internet、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet的連接，使控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)融為一體，讓控制信息匯入到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，從而進(jìn)一步拓寬了控制系統(tǒng)的范圍與視野，豐富了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息內(nèi)容與應(yīng)用領(lǐng)域。

1數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是指已在辦公和通信等領(lǐng)域廣為采用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)人們可以直接獲取信息。這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)通信量較大，需要經(jīng)常傳送文檔、報(bào)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(luò)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，導(dǎo)致Internet的出現(xiàn)。而當(dāng)企業(yè)看到Internet的巨大商業(yè)價(jià)值之后，將局域網(wǎng)與Internet成功結(jié)合為Intranet，使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)入到一個(gè)嶄新的階段。

Intranet又稱(chēng)為企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)，它成功地結(jié)合了局域網(wǎng)和Internet的優(yōu)點(diǎn)，也

可以看成是將Internet技術(shù)應(yīng)用于局域網(wǎng)的產(chǎn)物。即Intranet是基于Internet和Web技術(shù)的

信息服務(wù)系統(tǒng)�？梢哉J(rèn)為：

Intranet＝Internet＋Web＋I(xiàn)nformationTechnology

Intranet采用Internet的通信技術(shù)，具有開(kāi)放性的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，能夠提供強(qiáng)大的通信能力。Intranet采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式的Web技術(shù)，使用戶可以動(dòng)態(tài)地訪問(wèn)分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，信息共享的能力更加強(qiáng)大。Intranet采用了身份認(rèn)證技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密技術(shù)和防火墻技術(shù)，在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和公共網(wǎng)之間添加了保護(hù)屏障，因此Intranet既保留了互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)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。

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。它采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，其遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)有Telnet，F(xiàn)TP，WorldWideWeb（WWW）。其中WWW服務(wù)可以提供大量的文字、圖片乃至音頻、視頻等媒體數(shù)據(jù)的傳送，還支持多種嵌入式的應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

Internet和Intranet的結(jié)合可以為企業(yè)提供一個(gè)完善的數(shù)據(jù)信息資源共享的環(huán)境，可以在完成企業(yè)內(nèi)部管理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)企業(yè)同外部的信息交流，給企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

2控制網(wǎng)絡(luò)

控制網(wǎng)絡(luò)是指用于完成自動(dòng)化任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)除普通計(jì)算機(jī)、工作站外，更大量的是具有計(jì)算與通信能力的測(cè)控儀表。這些自控設(shè)備分布在工廠、建筑和家庭中，用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面。

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為傳輸介質(zhì)，把具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力的多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備間、現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化、及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能。簡(jiǎn)而言之，它以單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)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(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。

控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相比，主要有以下特點(diǎn)：

①控制網(wǎng)絡(luò)主要用于生產(chǎn)、生活設(shè)備的控制，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)檢測(cè)、監(jiān)視與控制，或?qū)崿F(xiàn)“家庭自動(dòng)化”等。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖象等數(shù)據(jù)信息。

②控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有各自的技術(shù)特點(diǎn)：控制網(wǎng)絡(luò)要求具備高度的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性。但它的數(shù)據(jù)傳輸量一般較小，而數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則需要適應(yīng)大批量數(shù)據(jù)的傳輸與處理。

3現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)

集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)都屬于控制網(wǎng)絡(luò)。DCS大多為模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，并未形成從測(cè)控設(shè)備到操作控制計(jì)算機(jī)的完整網(wǎng)絡(luò)。其主機(jī)部分的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由于采用獨(dú)家、封閉的通信協(xié)議，給用戶的系統(tǒng)集成與應(yīng)用帶來(lái)諸多不便，其技術(shù)發(fā)展受到較大束縛。

現(xiàn)場(chǎng)總線成為發(fā)展趨勢(shì)的原因之一，是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)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(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)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)�，F(xiàn)場(chǎng)總線采用全數(shù)字式通信、具有開(kāi)放式、全分布、可互操作性（interoperability）等特點(diǎn)，形成了從測(cè)控設(shè)備到操作控制計(jì)算機(jī)的全數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，具備了與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接溝通的條件，順應(yīng)了控制網(wǎng)絡(luò)的要求。因而成為控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。

圖1為DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的比較�，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)除了采用開(kāi)放的通信協(xié)議之外，從圖中還可以看到，它簡(jiǎn)化了DCS所采用的多級(jí)分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且便于跟Internet、Intranet的連接與融合。

圖1DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使自控設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，這一方面提高了信號(hào)的測(cè)量、控制和傳輸精度，同時(shí)為豐富控制信息的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)境下，借助設(shè)備的計(jì)算、通信能力，在現(xiàn)場(chǎng)就可進(jìn)行許多復(fù)雜計(jì)算，形成真正分散在現(xiàn)場(chǎng)的完整的控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。并可借助現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段及與之有通信連接的其他網(wǎng)段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，如操作遠(yuǎn)在數(shù)百公里之外的電氣開(kāi)關(guān)等。還可提供傳統(tǒng)儀表所不能提供的如閥門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS改變了分布式控制系統(tǒng)DCS的控制結(jié)構(gòu)，它把控制算法集成在智能儀表中。在FCS中，無(wú)論是計(jì)算機(jī)工作站還是現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，都被看成是系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)，由不同的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行不同的功能。FCS的控制功能完全分散到現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表中，智能儀表可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制。因此，即使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，控制系統(tǒng)也不會(huì)“癱瘓”；另一方面，工作站和智能儀表之間通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(shí)候?qū)ιa(chǎn)過(guò)程按復(fù)雜的高等控制計(jì)算結(jié)果進(jìn)行控制�？刂葡到y(tǒng)過(guò)去那種封閉式的、集中式的、不靈活的體系正在被未來(lái)開(kāi)放式的、網(wǎng)絡(luò)式的、靈活的體系所取代。網(wǎng)絡(luò)化的控制體系遠(yuǎn)比PLC和集散控制系統(tǒng)DCS更為優(yōu)越。

4現(xiàn)場(chǎng)總線促進(jìn)了控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使控制系統(tǒng)向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，使控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更為緊密地結(jié)合，為自動(dòng)化領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展注入了新的活力。

在基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)FCS中，控制設(shè)備具備了網(wǎng)絡(luò)通信能力,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)連接成控制系統(tǒng)。把DCS系統(tǒng)中基于封閉、專(zhuān)用的通信解決方案變成了基于公開(kāi)化標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案。也正因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)總線基于開(kāi)放統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，為控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的連接提供了方便，因而對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的融合起到了積極的促進(jìn)作用。當(dāng)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)逐步走向現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)Infranet時(shí)候，便為構(gòu)建Internet-Intranet-Infranet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、組成一個(gè)協(xié)調(diào)的整體鋪平了道路。

圖2顯示了Internet-Intranet-Infranet的體系結(jié)構(gòu)。

圖2Internet-Intranet-Infranet體系結(jié)構(gòu)

Infranet實(shí)現(xiàn)與Internet和Intranet互連，豐富了網(wǎng)絡(luò)的信息內(nèi)容，便于發(fā)揮出數(shù)據(jù)信息和控制信息的綜合優(yōu)勢(shì)。

5控制網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的接合將對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響

實(shí)現(xiàn)Internet-Intranet-Infranet體系結(jié)構(gòu)對(duì)于人們的生產(chǎn)和生活有著重要的作用，如遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就是該體系在生產(chǎn)控制領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用之一。

遠(yuǎn)程監(jiān)控是指本地計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（主要是廣域網(wǎng)Internet），而實(shí)現(xiàn)的對(duì)遠(yuǎn)端生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視和控制。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)稱(chēng)為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)接入Internet，在一定條件下，便可通過(guò)Internet監(jiān)視并控制這些生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況及各種參數(shù)，即不必親臨現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程被控對(duì)象的監(jiān)視控制，以節(jié)省大量的交通、人力。還可以根據(jù)需要建立起地區(qū)級(jí)的、國(guó)家級(jí)的乃至世界級(jí)的監(jiān)控中心，便于大型生產(chǎn)企業(yè)集團(tuán)對(duì)于所屬工廠的整體管理，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的制造商來(lái)說(shuō)，可以對(duì)自己產(chǎn)品進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行及時(shí)的跟蹤調(diào)查以便進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，第一要有一個(gè)能夠穩(wěn)定運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)；第二要有一個(gè)能夠通過(guò)Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；第三要有遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分間建立的虛擬通信關(guān)系，通過(guò)Internet接通遠(yuǎn)程異地的控制網(wǎng)絡(luò)，并利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)豐富的軟硬件資源，以便通過(guò)Internet來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

出于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)安全性的考慮，遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件可設(shè)置在服務(wù)器或另外的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，而與圖3所示的“現(xiàn)場(chǎng)總線工作站”分開(kāi)。

圖3遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

當(dāng)然，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是相對(duì)而言的�？梢詮谋镜乇O(jiān)控遠(yuǎn)端，也可以由遠(yuǎn)端監(jiān)控本地，還可以實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)端的雙向監(jiān)控。

國(guó)外許多公司在積極地研究和開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，建立現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)與Internet連接的一套標(biāo)準(zhǔn)，并盡可能地采用現(xiàn)有的WWW技術(shù)。將采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接放到HTML文檔中，本地用戶可以通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)LAN，遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)Internet對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行訪問(wèn)。如國(guó)外某大型石化企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)在公司總部對(duì)分散在各地的下屬單位，進(jìn)行經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)概況的數(shù)據(jù)、曲線總覽，監(jiān)視工廠生產(chǎn)裝置的運(yùn)行狀態(tài)。又如在家庭自動(dòng)化領(lǐng)域，Echelon公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)小型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以讓全球的Internet用戶在網(wǎng)上訪問(wèn)并控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的智能設(shè)備。這些設(shè)備包括可設(shè)置0～100％開(kāi)度的窗簾，可設(shè)置0～100％亮度的臺(tái)燈，開(kāi)關(guān)式的壁燈等。當(dāng)然，這些設(shè)備無(wú)論處于什么狀態(tài)都對(duì)周?chē)鷽](méi)有太大的影響，因此網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題尚未完全解決之前，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不至于有大的麻煩。

隨著控制網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的發(fā)展，控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)正在結(jié)合而逐步走向一體化。當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)中的操作信息和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的管理決策信息能更好地結(jié)合之時(shí)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能會(huì)得到更大發(fā)揮。Internet的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，已經(jīng)為我們帶來(lái)了極大的方便，它推動(dòng)而且改變著人們的生產(chǎn)生活方式。在未來(lái)的發(fā)展道路上，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的接合，必將給人們帶來(lái)更加美好的生活，使人類(lèi)走向更為發(fā)達(dá)的社會(huì)。