在现代测控领域，“开放系统”、“现场总线”这2个词频繁出现。在自控界讨论的仍然是DCS（distribute control system ），FCS（fieldbus control system）谁将最终成为主流控制系统，这场争论的实质是利益和市场的竞争，一些既得利益者一方面要维护DCS/PLC的市场份额，另一方面又怕赶不上FCS的潮流，因而在自己的DCS/PLC系统中加入自己的现场总线；而另外一些硬、软件生产商由于没有历史包袱，追求的是全新的控制系统模式，包括统一的现场总线标准及软、硬件平台，以引导和占领未来的市场。这些控制系统的区别有多大，有无共同的特征，未来控制系统的发展方向是什么，本文试图在这些方面做一些探讨。 1、我国控制系统结构的发展 一个控制系统由I/O设备（传感器和执行器）、控制硬件、控制软件、人机接口及与信息系统的连接等组成，如图l所示。设备级现场总线使I/O模件和控制箱得以分开，以太网使得现场采集的数据集成到企业应用中。 1.1早期的集中式控制系统 80年代初期，当微机控制系统用于电站自动化领域时，多使用以单板机组成的微机控制装置，与上位机系统连接多采用串行通信方式，所有模件集中布置在一个或几个机柜中。由这些装置构成的系统多为集中式控制系统或分层控制系统。这种系统为我国电站自动化控制系统发挥了重要作用，其开拓性的实践是今天控制系统丰富多彩的基础。但是，这类系统技术上已经落后，不符合控制系统分布、开放的发展趋势。 1.2DCS控制系统 DCS在我国电力行业特别是火电厂机组控制系统中得到了广泛的应用。传统的DCS主要有4层结构：第1层是I/O层；第2层是控制器层；第3层是人机接口层；第4层是企业信息系统层。这种结构与图l相近，但除在第3层、第4层之间采用以太网外，其他都是专用网络，控制设备及软件也是专用的，开放程度不够，给系统维护及升级带来不便。 DCS在设备配置上还要求网络、控制器、电源甚至模件等都为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔，由于设计上的高要求，导致DCS成本太高。 1.3PLC可编程逻辑控制器 严格说来，单独的PLC因缺少人机接口及信息系统等部分，不是一个控制系统。PLC由于其高可靠性及使用的方便性，占领着很大的市场份额。从控制系统结构来看，传统的PLC相当于通用化的微机监控装置，由电源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及扩展插箱组成，使用厂家提供的梯形图逻辑语言进行编程。但随着市场的需要及DCS的挑战，PLC家族在以下几方面得到了发展：①分布式I/O连接能力方面，由于许多xxPLC支持远程I/O及现场总线网络（如DeviceNet，Profibus等），使PLC向下连接更分布；②厂级控制系统连接方面，许多PLC支持高速网络，如Ethernet ，ControlNet，Profibus等；③软件的开放性方面，由于许多PLC支持OPC标准（object linking and embedding for process control），使软、硬件平台之间的数据通信找到了一个实现的标准。这种部分开放加上部分专用所构成的系统可能还会延续一段时间。 但是，正是由于PLC是一种通用的控制器，应用到电力系统作为现地控制装置有其局限性，需做许多硬件和软件上的改进工作，配置额外的设备和电路。与DCS相比，PLC有成本上的优势，但可靠性、电气性能却不如DCS。 1.4FCS现场总线控制系统 FCS（fieldbus control system）顾名思义基于现场总线，根据IEC标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线系统应具有以下技术特点：①系统的开放性；②互可操作性与可用性；③现场设备的智能化与功能自治性；④系统结构的高度分散性；⑤对现场环境的适应性。 由于有以上技术要求，现场总线控制系统将是开放系统的主要支撑力量。由于受集团利益的限制，现场总线网络本身目前还未形成一个单一的标准。常见的标准有Profibus，CAN，Lonworks，WorldFip及FF（fieldbus foundation）等，人们期待着将于2000年初颁布的{zh1}统一的标准IEC61158，FF与目前的IEC61158-3.4.5.6草案兼容。 现场总线控制系统不仅需要控制系统设备制造商的支持，更主要的是要得到分散在现场的传感器及执行设备的支持，以取代DCS的数字/模拟混合技术，成为全数字式系统。这样的系统才会比DCS有很大的技术及成本优势。 目前的情形是，我国广大的中小型生产企业还没有DCS，大型企业使用DCS，使用现场总线控制系统近几年内难以实现。在这种情形下，什么是当前适合中国国情的控制系统呢？笔者认为作为过渡阶段可行的方案应是DCS-FCS结合的控制系统模式。这种模式采用智能I/O模件作为仪表上网的桥梁，同时节省成本；使用现场总线网络适应分布式、开放式的发展趋势；使用开放式的控制器硬件及开放式的组态软件代替DCS中专用的控制器，保留DCS的冗余技术及组态技术等优点，使用标准的开放性网络以太网作为厂级网络，而不是DCS的专用网络。随着技术的进步、成本的进一步降低，全开放式的现场总线控制系统必将是未来的趋势。 |
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