1.概述

　　計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步；特別是近十年來(lái)興起的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)（Filedbus），是計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的延伸，它的發(fā)展將促使自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革，是傳統(tǒng)的基于PLC及DCS控制技術(shù)系統(tǒng)發(fā)展的必然歸宿。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開(kāi)放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主開(kāi)發(fā)具有特點(diǎn)及專(zhuān)有技術(shù)的產(chǎn)品。依照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)規(guī)范，不同廠家產(chǎn)品可以方便完成組態(tài)與集成，構(gòu)成面向行業(yè)、適合行業(yè)特點(diǎn)的自主控制系統(tǒng)。這一特點(diǎn)為更多的自動(dòng)化產(chǎn)品制造商自主開(kāi)發(fā)并推出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化系統(tǒng)提供了可能。也為自動(dòng)化系統(tǒng)集成商開(kāi)發(fā)面向行業(yè)應(yīng)用的成套技術(shù)和自動(dòng)化系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以其先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、開(kāi)放性的優(yōu)點(diǎn)，必然成為未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主流?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)（FiledbusControlSystem-FCS）與人們預(yù)想的一樣，對(duì)傳統(tǒng)的PLC、DCS系統(tǒng)形成了巨大的沖擊。FCS已不再是一種預(yù)測(cè)、一種設(shè)想，而是實(shí)實(shí)在在的作為先進(jìn)控制系統(tǒng)產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)上。本文將描述傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)向基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的演變過(guò)程，以現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS為背景，描述一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并分析系統(tǒng)的市場(chǎng)前景。

　　本文中提到的一些名詞及縮寫(xiě)：

　　FCS：基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制系統(tǒng)（FiledbusControlSystem-FCS）

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；指現(xiàn)場(chǎng)級(jí)檢測(cè)及執(zhí)行設(shè)備，如傳感器、變送器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、指示及顯示設(shè)備、人機(jī)操作接口等。

　　基于PLC的控制系統(tǒng)：

　　指以PLC、遠(yuǎn)程I/O及PLC網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)。

　　控制器：現(xiàn)場(chǎng)總線中的一個(gè)主站節(jié)點(diǎn)。至少具備總線通信與管理、邏輯執(zhí)行等功能。

　　2.傳統(tǒng)控制系統(tǒng)向基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的演變

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開(kāi)放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主開(kāi)發(fā)具有特點(diǎn)及專(zhuān)有技術(shù)的產(chǎn)品。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，促使傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化，逐步形成基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)FCS。

　　2.1從PLC到通用工業(yè)PC

　　(1)在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，控制器（或稱(chēng)CPU、或處理器）與I/O模塊及其它功能模塊、機(jī)架為同一系列產(chǎn)品，有一致的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。典型的結(jié)構(gòu)是I/O模塊及其它功能模塊通過(guò)機(jī)架背板上的總線（公司設(shè)計(jì)產(chǎn)品而自定義總線）連接。機(jī)架擴(kuò)展也是自定義總線的擴(kuò)展。這些產(chǎn)品的連接技術(shù)都是封閉的，第三方要想開(kāi)發(fā)兼容產(chǎn)品必須得到廠家允許。

　　(2)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)中，控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（I/O模塊、功能模塊及傳感器、變送器、驅(qū)動(dòng)器等）連接是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，因此沒(méi)有必要使用與控制器捆綁的I/O模塊產(chǎn)品（這與插在PLC機(jī)架上的I/O模塊的配置方法不同），可使用任何一家的具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器集成。因此控制器趨向于采用標(biāo)準(zhǔn)的、通用的硬件平臺(tái)--工業(yè)計(jì)算機(jī)（IndustrialCompactComputer），如Intel/Windows類(lèi)PC機(jī)。近年來(lái)嵌入式控制器（如PC/104產(chǎn)品）的發(fā)展和WINDOWS-CE的推出，使用嵌入式控制器硬件和WINDOWS-CE軟件作為控制器平臺(tái)。

　　采用通用的工業(yè)PC做控制系統(tǒng)控制器優(yōu)點(diǎn)如下：

　　A、開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)化：系統(tǒng)軟件與控制器硬件不在維持捆綁關(guān)系，專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化軟件廠家可以獨(dú)立開(kāi)發(fā)不依賴(lài)于控制器品牌的FCS系統(tǒng)軟件?；赪indows/NT的操作系統(tǒng)平臺(tái)，具有大量的標(biāo)準(zhǔn)的軟件工具和數(shù)據(jù)文件格式可以兼容。

　　B、價(jià)格：通用的工業(yè)PC容易形成規(guī)模經(jīng)營(yíng)，因此，價(jià)格比PLC便宜。

　　C、性能指標(biāo)高、產(chǎn)品更新?lián)Q代快：通用的工業(yè)PC搭乘PC機(jī)技術(shù)發(fā)展快車(chē)，技術(shù)指標(biāo)高、產(chǎn)品更新?lián)Q代快。

　　D、向上連接計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)（如IEC802。3TCP/IP）技術(shù)成熟、方便。并可以借用ODBC、SQL等技術(shù)與管理層數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

　　2.2從PLC的I/O模塊到現(xiàn)場(chǎng)總線分布式I/O

　　在FCS系統(tǒng)中，插在控制器機(jī)架上的I/O模塊將被連接到現(xiàn)場(chǎng)總線上的分散式I/O模塊所取代。分散式I/O不再是控制器廠家的捆綁產(chǎn)品，而是第三方廠家的產(chǎn)品；廉價(jià)的、專(zhuān)用的、具有特殊品質(zhì)的I/O模塊（如高防護(hù)等級(jí)、本征安全、可接受RTD、mV、高壓、大電流信號(hào)等）將具有廣闊市場(chǎng)。FCS的控制器與傳統(tǒng)PLC配置方式的比較見(jiàn)圖1。

　　從PLCI/O控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

　　現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如傳感器、變送器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)使用I/O連線與PLCI/O模塊連接，PLC通過(guò)模擬量4-20mA或開(kāi)關(guān)量（如24VDC）控制監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在FCS系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有現(xiàn)場(chǎng)總線接口，控制器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。

　　2.4系統(tǒng)軟件

　　在傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件（包括PLC系統(tǒng)軟件和編程軟件）與PLC硬件聯(lián)系緊密，技術(shù)上對(duì)外是封閉的。在FCS系統(tǒng)中，控制器采用通用工業(yè)PC平臺(tái)，系統(tǒng)軟件不再與控制器、I/O、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等硬件捆綁，可運(yùn)行在通用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC+WINDOWS/NT平臺(tái)上。