2 信息网络与控制系统的关系

　　从发展历程看，信息网络体系结构的发展与控制系统结构的发展有相似之处。企业信息网络的发展大体经历了如下几个发展阶段：

　　①基于主机的集中模式

　　由功能强大的主机完成几乎所有的计算和处理任务，用户和主机的交互很少。

　　②基于工作组的分层结构

　　微机和局域网技术的发展使工作性质相近的人员组成群体，共享某些公共资源，用户之间的交流和协作得到了加强。

　　③基于Internet/Intranet/Extranet的网络化企业组织

　　计算机网络技术的发展使它成为现代信息技术的主流，特别是Internet的发展和普及应用使它成为公认的未来全球信息基础设施的雏形。采用 Internet成熟的技术和标准，人们提出了Intranet和Extranet的概念，分别用于企业内部网和企业外联网的实现，于是便形成了以 Intranet为中心，以Extranet为补充，依托于Internet的新一代企业信息基础设施（企业网）。

　　计算机控制系统也是经历了集中控制、分层控制、基于现场总线的网络控制等几个发展阶段，它们的发展过程是非常相似的。

　　随着企业信息网络的深入应用与日臻完善，现场控制信息进入信息网络实现实时监控是必然的趋势。为提高企业的社会效益和经济效益，许多企业都在尽力建立全方位的管理信息系统，它必须包括生产现场的实时数据信息，以确保实时掌握生产过程的运行状态，使企业管理决策科学化，达到生产、经营、管理的最优化状态。信息一控制一体化将为实现企业综合自动化CIPA （ computer integrated plant automation）和企业信息化创造有利条件。

　　企业信息网络与控制系统在体系结构发展过程上的相似性不是偶然的。在计算机控制系统的发展过程中，每一种结构的控制系统的出现总是滞后于相应计算机技术的发展。实际上，大多数情况下，正是在计算机领域一种新技术出现以后，人们才开始研究如何将这种新技术应用于控制领域。鉴于两种应用环境的差异，其中的技术细节作了适当修改和补充，但关键技术的原理及实现上，它们有许多共同的地方。正是由于二者在发展过程中的这种关系，使得实现信息一控制一体化成为可能。

3 现场总线技术的研究现状

　　在40年代，过程控制是基于3～15PSI的气动标准信号。其后，由于4～20mA模拟信号的使用，使得模拟控制器得到了广泛应用，但是并不是所有的传感仪表和驱动装置都使用统一的4～20mA信号。70年代，由于在检测、模拟控制和逻辑控制领域率先使用了计算机，从而产生了集中控制。进入80年代，由于微处理器的出现，促使工业仪表进入了数字化和智能化的时代，4～20mA模拟信号传输逐步被数字化通信代替，加之分布式控制以及网络技术的迅速发展，促进了控制、调度、优化、决策等功能一体化的发展。然而由于检测、变送、执行等机构大都采用模拟信号连接，其传送方式是一对一结构，这使得接线复杂，工程费用高，维护困难，而信号传输精度底，易受干扰，仪表互换性差，这都阻碍了上层系统的功能发挥。另一方面，由于智能仪表的功能远远超过了现场模拟仪表，如对量程和零点进行远方设定，仪表工作状态实现自诊断，能进行多参数测量和对环境影响的补偿等。由此可见，智能仪表和控制系统的发展，都要求上层系统和现场仪表实现数字通信。

　　为了克服DCS系统的技术瓶颈,进一步满足现场的需要,现场总线技术应运而生,它实际上是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络,也被称为现场底层设备控制网络（INFRANET）。和Internet、Intranet等类型的信息网络不同,控制网络直接面向生产过程,因此要求很高的实时性、可靠性、资料完整性和可用性。为满足这些特性,现场总线对标准的网络协议作了简化,省略了一些中间层,只包括ISO/OSI7 层模型中的3层：物理层、数据链路层和应用层。

　　现场总线在发展的最初,各个公司都提出自己的现场总线协议。IEC组织于1999年12月31日投票,确定了8大总线作为国际现场总线标准,其中包括 CAN Bus、Profit Bus、InterBus-S、Mod Bus、FOUNDA-TION Fieldbus等等。而在此基础上形成了新的现场总线控制系统（Fieldbus Control System FCS）。它综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段,从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字———模拟信号控制的局限性,构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。相应的控制网络结构也发生了较大的变化。FCS的典型结构分为3层：设备层、控制层和信息层。

　　虽然现场总线技术发展非常迅速,但也存在许多问题,制约其应用范围的进一步扩大。

　　（1）首先是现场总线的选择。虽然目前IEC组织已达成了国际总线标准,但总线种类仍然过多,而每种现场总线都有自己最合适的应用领域,如何在实际中根据应用对象,将不同层次的现场总线组合使用,使系统的各部分都选择最合适的现场总线,对用户来说,仍然是比较棘手的问题。