關(guān)于工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的研究

摘要：隨著我國計算機技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，一場前所未有的變革在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域當(dāng)中，并且日益向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。本文通過對工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化進行研究，認為工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮將如今多種流行技術(shù)融合，使得工業(yè)控制領(lǐng)域拓展了發(fā)展空間，并且有著新的發(fā)展機遇。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 10-0084-01

一、計算機控制系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r

由于控制系統(tǒng)的發(fā)展和計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著緊密的聯(lián)系。在上世紀(jì)五十年代，在控制系統(tǒng)當(dāng)中就開始應(yīng)用計算機。而在上世紀(jì)六十年代初期，控制系統(tǒng)當(dāng)中就有著模擬控制被計算機完全替代，這也就是俗稱的直接數(shù)字控制。到了上世紀(jì)七十年代中期之后，由于當(dāng)時忑微處理器，這使得有著快速發(fā)展的時期在計算機控制系統(tǒng)當(dāng)中，由于這一時期的計算機控制系統(tǒng)在進行分散控制的時候采用多臺微處理器，并且集中管理則是通過數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，這時候也被稱為集散控制系統(tǒng)。在上世紀(jì)八十年代之后，通過對微處理器以及一些外圍線路的利用，從而使得模擬儀表被數(shù)字式儀表所代替，這種控制方式的采納，使得整個系統(tǒng)的控制精度和控制的靈活性得到顯著的提高，并且由于系統(tǒng)當(dāng)中是使用多回路的巡回采樣及控制技術(shù)，這就使得和傳統(tǒng)模擬儀表相比，其有著的性價比比較高。在八十年代中后期這一階段，在面臨著日益復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，這就使得進一步增多回路控制，單一的控制系統(tǒng)在面臨著現(xiàn)場生產(chǎn)控制要求以及生產(chǎn)工作的管理要求則不能夠滿足，并且在這一階段有著很大的提高在微機和中小型計算機的性價比。所以，大量的進行應(yīng)用微機和中小型計算機兩者共同作用下的分層控制系統(tǒng)當(dāng)中。而進入九十年代之后，該階段計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅猛發(fā)展，這使得計算機控制系統(tǒng)也得到更迅速的發(fā)展，并且系統(tǒng)的可維護性和可靠性得到顯著的提高，如今計算機控制系統(tǒng)依然在工業(yè)控制領(lǐng)域占據(jù)著明顯的主導(dǎo)地位，可是由于顯現(xiàn)出的封閉性、所需要的費用比較高以及進行布線比較復(fù)雜，這使得有著很大的困難在進行不同廠家產(chǎn)品的集成上。而在上世紀(jì)八十年代后期以來，由于出現(xiàn)大規(guī)模集成電路的大發(fā)展，現(xiàn)場設(shè)備智能化趨勢增強，這樣就積極的需求能夠通過一根通信電纜，就能夠?qū)⒕哂薪y(tǒng)一通信協(xié)議通信接口的現(xiàn)場設(shè)備技能型連接，而設(shè)備層所傳遞的是數(shù)字信號，而不是傳統(tǒng)之前的I/O信號，這也就是俗稱的現(xiàn)場總線。由于現(xiàn)場總線將網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)當(dāng)中的自身開放性和可靠性問題進行了解決，這使得計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是現(xiàn)場總線技術(shù)。自從現(xiàn)場總線技術(shù)提出之后，一些發(fā)達的工業(yè)國家以及跨國工業(yè)公司都退出自己的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)產(chǎn)品。

二、現(xiàn)場總線技術(shù)的研究現(xiàn)狀

為了對計算機控制系統(tǒng)當(dāng)中的技術(shù)瓶頸進行克服，更加適合現(xiàn)場需要，這時候就應(yīng)運而生現(xiàn)場總線技術(shù)，其實質(zhì)性的內(nèi)容就是通過現(xiàn)場只能設(shè)備和自動化控制設(shè)計使用多借點、數(shù)字式以及雙向串行通信網(wǎng)絡(luò)連接，這也就是現(xiàn)場底層設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)。由于控制網(wǎng)絡(luò)所直接面向的對象是生產(chǎn)過程，這是和Internet、Intranet等類型的信息網(wǎng)絡(luò)有著本質(zhì)上的區(qū)別，所以要對的可用性、可靠性、資料完整性和實時性比較高。為了對這些特性進行滿足，則必須將標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行簡化，使得其中的一些中間層進行省略。只是應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層這三個層次。

在進行現(xiàn)場總線的發(fā)展初期階段，各個公司都有著自己的現(xiàn)場總線協(xié)議的提出。為了對如此混亂的局面進行解決，在1999年12月31日通過投票，IEC確定了國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，而之后在此基礎(chǔ)上所形成的新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，其中糅合了智能儀表、自動控制技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計算機技術(shù)等多種技術(shù)手段，并且做到了從根本上突破以往的傳統(tǒng)點對點模擬信號或者是數(shù)字，解決了以往模擬信號控制所具備的局限性，這使得新構(gòu)成的通信和控制系統(tǒng)具有多接點、互連、智能、全分散、多變量、雙向以及全數(shù)字化。并且有著比較大的變化在相對應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)當(dāng)中。其典型結(jié)構(gòu)分為3層：設(shè)備層、控制層和信息層。

三、現(xiàn)場總線技術(shù)存在的問題

雖然這些年有著非常迅速的發(fā)展在現(xiàn)場總線技術(shù)上，可是在應(yīng)用過程當(dāng)中也面臨著諸多的問題，并且隨著應(yīng)用范圍的擴大，其制約范圍也呈現(xiàn)進一步擴大的趨勢，其問題主要總結(jié)為以下幾點：

首先在進行選擇現(xiàn)場總線上。即使目前IEC組織已經(jīng)達成國際總線標(biāo)準(zhǔn)，可是在現(xiàn)實過程當(dāng)中總線種類依然顯得過多，所有的現(xiàn)場總線都有著最合適的應(yīng)用領(lǐng)域，對于客戶來說，依然比較棘手的是實際的客觀情況按照應(yīng)用對象，通過各種不同層次的現(xiàn)場總線組合進行使用，這樣使得系統(tǒng)的各個部分都能夠做到最合適的現(xiàn)場總線的選擇。

其次是系統(tǒng)的集成問題。在及時的應(yīng)用過程當(dāng)中，一般在一個系統(tǒng)的現(xiàn)場總線都會有多種形式的采用，所以必須做到無縫集成在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是管控一體化在整個系統(tǒng)當(dāng)中實現(xiàn)。在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)布局的時候，現(xiàn)場總線系統(tǒng)要對各現(xiàn)場節(jié)點距離進行考慮，還應(yīng)該對現(xiàn)場節(jié)點的功能關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)上信息的流動情況等情況進行考慮。而現(xiàn)實情況是智能化的現(xiàn)場儀表有著很強的功能性，所以就會有著相同的功能塊在許多儀表當(dāng)中，要仔細考慮哪個功能塊在組態(tài)時選用，并且要最小化在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的信息流動上。并且有著很重要的是組態(tài)通信參數(shù)，要做好平衡在系統(tǒng)的實時性與網(wǎng)絡(luò)效率兩者之間。

最后存在著技術(shù)瓶頸。在系統(tǒng)當(dāng)中存在著技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在：一方面當(dāng)總線電纜截斷時，整個系統(tǒng)有可能癱瘓。用戶希望這時系統(tǒng)的效能可以降低，但不能崩潰，這一點目前許多現(xiàn)場總線不能保證；另一方面系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過分復(fù)雜。現(xiàn)場總線的組態(tài)。參數(shù)很多，不容易掌握，但組態(tài)參數(shù)設(shè)定得好壞，對系統(tǒng)性能影響很大。

四、結(jié)束語

綜上所述，立足于當(dāng)前的趨勢分析，工業(yè)進入現(xiàn)場控制當(dāng)前還比較難做到使用現(xiàn)場總線進行替代和作為進行實時控制通信的單一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前的工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化采納現(xiàn)場總線顯得良莠不齊，而以后的發(fā)展趨勢是通過混合式控制系統(tǒng)進行發(fā)展。

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