工业控制系统研究现状
作者：管理员 发布于：2015-11-06 11:00:05
摘要：工业控制系统研究现状
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CANBus、ProfitBus、InterBus-S、ModBus、FOUNDA-TIONFieldbus等等。而在此基础上形成了新的现场总线控制系统（FieldbusControlSystemFCS）。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。
（2）系统的集成问题。由于实际应用中一个系统很可能采用多种形式的现场总线,因此如何把工业控制网络与数据网络进行无缝的集成,从而使整个系统实现管控一体化,是关键环节。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时选哪个功能块是要仔细考虑的;要使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
（3）存在技术瓶颈问题。
主要表现在：
a.当总线电缆截断时,整个系统有可能瘫痪。
用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点许多现场总线不能保证。
b.本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省线缆优点的发挥。各国都在对现场总线本质安全概念（FISCO）理论加强研究,争取有所突破。
c.系统组态参数过分复杂。现场总线的组态
参数很多,不容易掌握,但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。
需要了解产品具体参数或相关技术问题等，可直接与QQ：67336830或TEL：18971190302 刘工联系。
运动控制专业服务商将为您提供各类运动控制自动化相关系统、完善的售后服务以及专业的技术支持。
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CANBus、ProfitBus、InterBus-S、ModBus、FOUNDA-TIONFieldbus等等。而在此基础上形成了新的现场总线控制系统（FieldbusControlSystemFCS）。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。
（2）系统的集成问题。由于实际应用中一个系统很可能采用多种形式的现场总线,因此如何把工业控制网络与数据网络进行无缝的集成,从而使整个系统实现管控一体化,是关键环节。现场总线系统在设计网络布局时,不仅要考虑各现场节点的距离,还要考虑现场节点之间的功能关系、信息在网络上的流动情况等。由于智能化现场仪表的功能很强,因此许多仪表会有同样的功能块,组态时选哪个功能块是要仔细考虑的;要使网络上的信息流动最小化。同时通信参数的组态也很重要,要在系统的实时性与网络效率之间做好平衡。
（3）存在技术瓶颈问题。
主要表现在：
a.当总线电缆截断时,整个系统有可能瘫痪。
用户希望这时系统的效能可以降低,但不能崩溃,这一点许多现场总线不能保证。
b.本安防爆理论的制约。现有的防爆规定限制总线的长度和总线上负载的数量。这就是限制了现场总线节省线缆优点的发挥。各国都在对现场总线本质安全概念（FISCO）理论加强研究,争取有所突破。
c.系统组态参数过分复杂。现场总线的组态
参数很多,不容易掌握,但组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。
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