本文介紹了控制系統(tǒng)向著分散化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展的趨勢，探討了現(xiàn)場總線技術發(fā)揮的重要作用，以及控制網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的結合為自動化技術所產(chǎn)生的影響。

隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，Internet正在把全世界的計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)逐漸集成起來，形成信息高速公路，形成公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。而現(xiàn)場總線技術的興起，改變了控制系統(tǒng)的結構，使其向著網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，形成了對人類生產(chǎn)、生活有重要影響的另一類網(wǎng)絡——控制網(wǎng)絡。由于現(xiàn)場總線技術適應了控制系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡化、分散化的發(fā)展趨勢，顯示出強大生命力，得到了迅速發(fā)展，成為控制領域的熱點技術。隨著現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的結合提上了日程，為開放型、全分布式控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡系統(tǒng)的進一步開拓提供了新的領域。

現(xiàn)場總線作為控制設備之間實現(xiàn)數(shù)字通信的聯(lián)系紐帶，把具有通信能力的測控儀表作為網(wǎng)絡節(jié)點，連接成開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡，并通過網(wǎng)絡將節(jié)點連接為控制系統(tǒng)。由于它位于網(wǎng)絡結構的底層，因而被稱之為底層網(wǎng)Infranet。在某些場合，Infranet已成為現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡的代名詞。具有開放的通信協(xié)議，擔負著測量控制任務，是它作為網(wǎng)絡系統(tǒng)最顯著的特征。

控制網(wǎng)絡Infranet與互連網(wǎng)Internet、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet的連接，使控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡融為一體，讓控制信息匯入到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，從而進一步拓寬了控制系統(tǒng)的范圍與視野，豐富了網(wǎng)絡系統(tǒng)的信息內(nèi)容與應用領域。

1數(shù)據(jù)網(wǎng)絡

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡是指已在辦公和通信等領域廣為采用的計算機網(wǎng)絡，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡人們可以直接獲取信息。這類網(wǎng)絡的特點是：數(shù)據(jù)通信量較大，需要經(jīng)常傳送文檔、報表、圖形，以及信息量更大的音頻、視頻等多媒體數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡從最初的局域網(wǎng)（LAN），局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互連而逐步發(fā)展，導致Internet的出現(xiàn)。而當企業(yè)看到Internet的巨大商業(yè)價值之后，將局域網(wǎng)與Internet成功結合為Intranet，使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展和應用進入到一個嶄新的階段。

Intranet又稱為企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)，它成功地結合了局域網(wǎng)和Internet的優(yōu)點，也

可以看成是將Internet技術應用于局域網(wǎng)的產(chǎn)物。即Intranet是基于Internet和Web技術的

信息服務系統(tǒng)?？梢哉J為：

Intranet＝Internet＋Web＋InformationTechnology

Intranet采用Internet的通信技術，具有開放性的互聯(lián)標準，能夠提供強大的通信能力。Intranet采用B/S（瀏覽器/服務器）模式的Web技術，使用戶可以動態(tài)地訪問分布式網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，信息共享的能力更加強大。Intranet采用了身份認證技術、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密技術和防火墻技術，在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和公共網(wǎng)之間添加了保護屏障，因此Intranet既保留了互聯(lián)網(wǎng)的開放性，又具有企業(yè)網(wǎng)抵抗外部信息侵襲的安全性和可靠性。

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的通信技術已經(jīng)相當成熟。它采用TCP/IP協(xié)議進行通信，其遠程訪問服務有Telnet，F(xiàn)TP，WorldWideWeb（WWW）。其中WWW服務可以提供大量的文字、圖片乃至音頻、視頻等媒體數(shù)據(jù)的傳送，還支持多種嵌入式的應用程序的開發(fā)。

Internet和Intranet的結合可以為企業(yè)提供一個完善的數(shù)據(jù)信息資源共享的環(huán)境，可以在完成企業(yè)內(nèi)部管理的基礎上進一步加強企業(yè)同外部的信息交流，給企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。

2控制網(wǎng)絡

控制網(wǎng)絡是指用于完成自動化任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它的網(wǎng)絡節(jié)點除普通計算機、工作站外，更大量的是具有計算與通信能力的測控儀表。這些自控設備分布在工廠、建筑和家庭中，用于生產(chǎn)和生活的各個方面。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用可進行簡單連接的雙絞線等作為傳輸介質(zhì)，把具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力的多個測量控制儀表連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場多個微機化測量控制設備間、現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化、及控管一體化的綜合自動化功能。簡而言之，它以單個分散的測量控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息，共同完成自控任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。

控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡相比，主要有以下特點：

①控制網(wǎng)絡主要用于生產(chǎn)、生活設備的控制，對生產(chǎn)過程的狀態(tài)檢測、監(jiān)視與控制，或?qū)崿F(xiàn)“家庭自動化”等。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖象等數(shù)據(jù)信息。

②控制網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡具有各自的技術特點：控制網(wǎng)絡要求具備高度的實時性、安全性和可靠性。但它的數(shù)據(jù)傳輸量一般較小，而數(shù)據(jù)網(wǎng)絡則需要適應大批量數(shù)據(jù)的傳輸與處理。

3現(xiàn)場總線系統(tǒng)是控制網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢

集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線系統(tǒng)都屬于控制網(wǎng)絡。DCS大多為模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，并未形成從測控設備到操作控制計算機的完整網(wǎng)絡。其主機部分的計算機網(wǎng)絡由于采用獨家、封閉的通信協(xié)議，給用戶的系統(tǒng)集成與應用帶來諸多不便，其技術發(fā)展受到較大束縛。

現(xiàn)場總線成為發(fā)展趨勢的原因之一，是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結構，形成了新型的網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)。這是繼基地式儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線采用全數(shù)字式通信、具有開放式、全分布、可互操作性（interoperability）等特點，形成了從測控設備到操作控制計算機的全數(shù)字通信網(wǎng)絡，具備了與數(shù)字網(wǎng)絡連接溝通的條件，順應了控制網(wǎng)絡的要求。因而成為控制網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。

圖1為DCS與現(xiàn)場總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構的比較?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)除了采用開放的通信協(xié)議之外，從圖中還可以看到，它簡化了DCS所采用的多級分層網(wǎng)絡結構，且便于跟Internet、Intranet的連接與融合。

圖1DCS與現(xiàn)場總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構

現(xiàn)場總線技術使自控設備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，這一方面提高了信號的測量、控制和傳輸精度，同時為豐富控制信息的內(nèi)容，實現(xiàn)其遠程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場總線的環(huán)境下，借助設備的計算、通信能力，在現(xiàn)場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現(xiàn)場的完整的控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)運行的可靠性。并可借助現(xiàn)場總線網(wǎng)段及與之有通信連接的其他網(wǎng)段實現(xiàn)遠程自動控制，如操作遠在數(shù)百公里之外的電氣開關等。還可提供傳統(tǒng)儀表所不能提供的如閥門開關動作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場和自控設備的運行狀態(tài)。

同時，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS改變了分布式控制系統(tǒng)DCS的控制結構，它把控制算法集成在智能儀表中。在FCS中，無論是計算機工作站還是現(xiàn)場智能儀表，都被看成是系統(tǒng)中的節(jié)點，由不同的節(jié)點執(zhí)行不同的功能。FCS的控制功能完全分散到現(xiàn)場的智能儀表中，智能儀表可以在生產(chǎn)現(xiàn)場執(zhí)行對生產(chǎn)過程的控制。因此，即使計算機發(fā)生故障，控制系統(tǒng)也不會“癱瘓”；另一方面，工作站和智能儀表之間通過控制網(wǎng)絡進行數(shù)字化通信，除了能夠完成組態(tài)與管理功能外，還可以在必要的時候?qū)ιa(chǎn)過程按復雜的高等控制計算結果進行控制。控制系統(tǒng)過去那種封閉式的、集中式的、不靈活的體系正在被未來開放式的、網(wǎng)絡式的、靈活的體系所取代。網(wǎng)絡化的控制體系遠比PLC和集散控制系統(tǒng)DCS更為優(yōu)越。

4現(xiàn)場總線促進了控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的結合

現(xiàn)場總線技術使控制系統(tǒng)向著分散化、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展，使控制技術與計算機及網(wǎng)絡技術更為緊密地結合，為自動化領域的技術發(fā)展注入了新的活力。

在基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS中，控制設備具備了網(wǎng)絡通信能力,通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡連接成控制系統(tǒng)。把DCS系統(tǒng)中基于封閉、專用的通信解決方案變成了基于公開化標準化的解決方案。也正因為現(xiàn)場總線基于開放統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，為控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的連接提供了方便，因而對控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的融合起到了積極的促進作用。當傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)逐步走向現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡Infranet時候，便為構建Internet-Intranet-Infranet的網(wǎng)絡結構、組成一個協(xié)調(diào)的整體鋪平了道路。

圖2顯示了Internet-Intranet-Infranet的體系結構。

圖2Internet-Intranet-Infranet體系結構

Infranet實現(xiàn)與Internet和Intranet互連，豐富了網(wǎng)絡的信息內(nèi)容，便于發(fā)揮出數(shù)據(jù)信息和控制信息的綜合優(yōu)勢。

5控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的接合將對自動化領域的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響

實現(xiàn)Internet-Intranet-Infranet體系結構對于人們的生產(chǎn)和生活有著重要的作用，如遠程監(jiān)控系統(tǒng)就是該體系在生產(chǎn)控制領域內(nèi)的應用之一。

遠程監(jiān)控是指本地計算機通過網(wǎng)絡系統(tǒng)（主要是廣域網(wǎng)Internet），而實現(xiàn)的對遠端生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制。能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)控的計算機軟硬件系統(tǒng)稱為遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)接入Internet，在一定條件下，便可通過Internet監(jiān)視并控制這些生產(chǎn)系統(tǒng)和現(xiàn)場設備的運行狀況及各種參數(shù)，即不必親臨現(xiàn)場，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)對遠程被控對象的監(jiān)視控制，以節(jié)省大量的交通、人力。還可以根據(jù)需要建立起地區(qū)級的、國家級的乃至世界級的監(jiān)控中心，便于大型生產(chǎn)企業(yè)集團對于所屬工廠的整體管理，從而提高經(jīng)濟效益。對于控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設備的制造商來說，可以對自己產(chǎn)品進行及時維護，對產(chǎn)品性能進行及時的跟蹤調(diào)查以便進一步改進設計。

要實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，第一要有一個能夠穩(wěn)定運行現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)；第二要有一個能夠通過Internet進行遠程訪問的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；第三要有遠程監(jiān)控系統(tǒng)在控制系統(tǒng)的各個組成部分間建立的虛擬通信關系，通過Internet接通遠程異地的控制網(wǎng)絡，并利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡豐富的軟硬件資源，以便通過Internet來監(jiān)視和控制生產(chǎn)現(xiàn)場。

出于對現(xiàn)場總線系統(tǒng)安全性的考慮，遠程監(jiān)控軟件可設置在服務器或另外的計算機上運行，而與圖3所示的“現(xiàn)場總線工作站”分開。

圖3遠程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

當然，遠程監(jiān)控系統(tǒng)是相對而言的?？梢詮谋镜乇O(jiān)控遠端，也可以由遠端監(jiān)控本地，還可以實現(xiàn)本地和遠端的雙向監(jiān)控。

國外許多公司在積極地研究和開發(fā)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，建立現(xiàn)場總線網(wǎng)絡與Internet連接的一套標準，并盡可能地采用現(xiàn)有的WWW技術。將采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)直接放到HTML文檔中，本地用戶可以通過控制網(wǎng)絡、局域網(wǎng)LAN，遠程用戶可以通過Internet對生產(chǎn)過程進行訪問。如國外某大型石化企業(yè)已基本實現(xiàn)在公司總部對分散在各地的下屬單位，進行經(jīng)營、生產(chǎn)概況的數(shù)據(jù)、曲線總覽，監(jiān)視工廠生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài)。又如在家庭自動化領域，Echelon公司開發(fā)了一個小型的實驗系統(tǒng)，可以讓全球的Internet用戶在網(wǎng)上訪問并控制實驗室內(nèi)的智能設備。這些設備包括可設置0～100％開度的窗簾，可設置0～100％亮度的臺燈，開關式的壁燈等。當然，這些設備無論處于什么狀態(tài)都對周圍沒有太大的影響，因此網(wǎng)絡安全性問題尚未完全解決之前，該遠程監(jiān)控系統(tǒng)不至于有大的麻煩。

隨著控制網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的發(fā)展，控制網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡正在結合而逐步走向一體化。當控制網(wǎng)絡中的操作信息和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的管理決策信息能更好地結合之時，網(wǎng)絡系統(tǒng)的功能會得到更大發(fā)揮。Internet的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，已經(jīng)為我們帶來了極大的方便，它推動而且改變著人們的生產(chǎn)生活方式。在未來的發(fā)展道路上，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與控制網(wǎng)絡的接合，必將給人們帶來更加美好的生活，使人類走向更為發(fā)達的社會。