现场总线系统（PLC）的发展探讨

王德生 李文静

（哈尔滨啤酒有限公司，黑龙江 哈尔滨 150046）

1 概述

现场总线技术顺应了“智能化，数宁化，信息化，网络化，分散化”的当今自控技术发展的主流，是当今自动控制技术发展的热点，代表了工业控制领域今后的一种发展方向，使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上出现巨大的飞跃，形成厂新型的网络集成式全分布控制系统现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)，对传统的集散控制系统Dcs(Distribution Control System)造成了冲击。现场总线正逐步在过程自动化，制造自动化，智能楼宇，交通等各行业得到推广应用。

2 现场总线

2.1 Fieldbus技术特点

2.1.1 开放性、互操作性和互换性

遵循公开统一的技术标准，可实现设备互操作性和互换性。也就是说，用户可以把遵守相同标准的不同厂家、不向品牌、功能相同的产品集成在同一个系统内，构成FCS，并可在同功能的产品之间进行相互替换，使用户具有了自控设备选择、集成的主动权。

2.1.2 数字化通信

现场设备具有数字通信功能。利用数字信号代替模拟信号，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了系统性能。

2.1.3 智能化与功能自治性

智能化的现场设备可以实现多种先进的功能，如简单控制功能、检测、变换、诊断和运算等，可现场就地及时处理信息，不使信息过多地往返于网络上传递，提高传输速度和减小控制响应时间。

2.1.4 高度分散性

现场设备智能化，实现彻底的分散控制，位控制系统功能不依赖控制室的计算机或控制仪表，而在现场完成，简化了系统结构，提高了可靠性。

2.1.5 适应性

指对现场环境的适应性，含电磁环境，气候环境，机械环境。大部分现场总线结构是线状的，且采用两线制实现供电和通信，易解决网络供电、本安防爆等问题，具有较强抗干扰能力。

3 DCS

3.1 DCS的产生

70年代工业的发展使生产过程日益复杂，规模更加扩大，在生产中采用原来的集中控制系统，可靠性差，出现事故时会中断生产，为提高可靠性，满足生产过程控制要求，70年代初，美国日本利欧洲等国开始研制集散型控制系统(DCS)。DCS是计算机、通信、CRT和控制技术的结合。

3.2 DCS的技术特点

系统的-些主要特点为：(1)控制功能强。可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等，也可实现顺序控制。(2)系统可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人机交互接口。(4)软硬件采用模块化积木式结构。(5)系统容易开发。(6)用组态软件，编程简单，操作方便。(7)具有良好的性价比。在DCS系统中，测量变送，执行器一般由模拟仪表来完成，他们与控制室的监控计算机共同构成控制系统，是模拟和数字混合系统，可实现高级复杂规律的控制。

4 PLC

可编程控制器(PLC)是60年代发展起来的一种自动控制装置，是一种嵌入式的工控机，他以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能，既能进行开关量控制，又能进行模拟量控制，还具有通信功能。随着自动控制技术，计算机技术和微电子技术的迅猛发展，PLC的发展十分迅速，一方面继续开发简易，价格低廉，超小型产品，另一方面转向大型、多功能、系列化、标准化、智能化产品的研制。在单台设备的自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化，PLC在其中充当着重要作用。

5 发展应用

当计算机网络技术，特别是互联网技术得到广泛应用后，人们对企业生产过程的控制提出了更高的要求，企业与外界信息沟通的范围不断扩大，这就需要把大量的现场信息送到外面，又需要远程对现场进行诊断、维护和服务，实现从现场控制到监控、管理、决策等各层次的信息交换和集成。现场总线顺应了这种要求的发展。

现场总线的优点为：(1)系统功能扩充、结构改型方便。(2)降低系统部分成木。节省控制柜，大幅度减少导线、电线桥架、接插件等，系统结构简洁。(3)系统可靠性高。由于全数字化信号精度比传统的模拟信号高，高度分散控制使风险得到彻底分散。(4)系统可维护性好。智能化的现场设备具有自诊断功能，使设备的预防性诊断和维护得以实现。(5)用户具有高度的系统集成主动权。在传统控制系统集成中遇到的不兼容协议、接口等问题得到了解决，用户可以自由选择不同厂商所提供的产品来集成系统。(6)提供更丰富的现场信息，能够更深入地掌握现场生产过程情况、设备仪表信息。

作为开放互连系统的现场总线，首先必须有统一的技术标准，但由于诸多原因，已经在不同领域形成了颇具影响的几大总线系列，如基金会现场总线(FF)、LonWorks、PROF IBUS、CAN、HART等。当然，多种现场总线之间的良性竞争，有利于FCS技术的提高和发展，也有利于产品价格的降低和用户系统投资成本的减小，但是，发展共同遵从的统一的国际标准，是现场总线的发展方向，也是广大用户的要求。现场总线是工业过程控制技术的发展主流，可以说FCS的发展应用是自动化领域的一场革命，也既要“革”传统仪表的命，同时向传统DCS发出了挑战。对于DCS的发展过程，因为受计算机系统早期存在的一些缺陷影响，造成各生产开发商的产品自成一体，较难实现互换和互操作，系统也难了与外界进行信息交换，这样对用户来说，使企业的信息集成存在一定的困难；另外，DC3的控制分散也并不是彻底的分散，控制功能是通过各个集中的过程控制站如PLC来完成，许多方面的性能与FCS相比有较大差距。但是，DCS在当前情况下仍具有较强的生命力，其理由为：(1)近年来DCS技术的成熟以及／'泛应用，DCS在可靠性、开放性、标准化方面大大前进了一步。(2)DCS的价格大幅度下降。(3)DCS能够满足目前的生产控制要求，用户习惯容易接受。(4)FCS正在发展过程之中，某些方面还不是十分完美。比如说现场总线的线状结构，一旦总线某支路的电缆断了，这条文路的运行就瘫痪了。又如系统组态铰复杂，不易将系统设置到最佳状态等。(5)目前现场总线仪表与常规仪表相比价格仍然较贵，硬要去追求潮流，将企业现有的运行良好的传统仪器仪表更新成智能仪器仪表，以及将DCS改换成FCS不是很现实的。基于亡述原因，DCS现在仍是大多数用户选择的主流控制系统。FCS作为一个完整的控制系统，也需要具有类似于DCS那样的监控管理系统，FCS的发展不是对DCS的绝对否定，既有在它们基础上对优点的继承，又具有自己特色的变革部分。虽然传统DCS属非开放式专用网络，但根据目前的实际情况，将出现通过特殊的网关将DC3挂接在现场总线网段上，或作为企业网络中的-个特殊的子网，形成现场总线与DCS并存的局面。传统的DCS在-个过渡阶段内，仍会在一个很长的时期内在工业控制领域发挥重要作用，而且，DCS如果能融合FCS的优势技术，将会是“柳暗花明又一春”。

6 结语

现场总线代表了一种有突破意义的新的控制思想，它开辟了控制领域的一个新时代。FCS是工控领域发展的主流，DC3在很长时期内仍具有旺盛的生命力，而PLC通过不断的发展，将在工控系统中继续发挥它的强大的控制功能。作为最终用户，希望的是选用顺应当前技术发展潮流，系统投入、运行成本低，可靠性高，管理维护容易，结构简单，易扩充和具有高度系统集成主动权的控制系统。

[1]廖常初.可编程程序控制器应用技术[M].重庆：重庆大学出版社.

[2]杨劲松,张涛.计算机工业控制[M].北京：中国电力出版社.