摘　要：通過對控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化即現(xiàn)場總線技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及管理控制系統(tǒng)一體化等問題的分析，指出水工業(yè)自動化的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：水工業(yè)自動化；現(xiàn)場總線；plc；dcs；fcs

利用改革開放的機遇，通過引進國外的先進技術，經(jīng)過近10年的努力，以plc為基礎的集散型控制系統(tǒng)已成為當今水工業(yè)自動化系統(tǒng)的主流，并具備了一定的技術和物質(zhì)基礎。

由于信息技術的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡化、信息化概念向自動化領域的滲透，使得自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)面臨一場深刻的變革，這種變革也必將對水工業(yè)自動化產(chǎn)生重大影響。因此，有必要對由此所產(chǎn)生的自動化發(fā)展趨勢加以關注和討論。

1　控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化

工業(yè)自動化領域的發(fā)展趨勢之一是控制系統(tǒng)的智能化、分散化、網(wǎng)絡化，而現(xiàn)場總線的崛起正是這一發(fā)展趨勢的標志。

1.1現(xiàn)場總線的崛起

半個多世紀以來，工業(yè)自動化領域的過程控制體系歷經(jīng)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)等4代過程控制系統(tǒng)，當前我國水工業(yè)自動化的主流水平即處于以plc為基礎的dcs系統(tǒng)階段。這里要說明一點，dcs既是一個過程控制體系的名稱，有時也表示為由制造廠商出售的一個起完整作用而集成的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品，這種dcs系統(tǒng)相對較為封閉，而目前水工業(yè)自動化的dcs系統(tǒng)多數(shù)是由用戶集成的，因此相對較為開放。

與早期的一些控制系統(tǒng)相比，dcs系統(tǒng)在功能和性能上有了很大進步，可以在此基礎上實現(xiàn)裝置級、車間級的優(yōu)化和分散控制，但其仍然是一種模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，從現(xiàn)場到plc或計算機之間的檢測、反饋與操作指令等信號傳遞，仍舊依靠大量的一對一的布線來實現(xiàn)。這種信號傳遞關系稱之為信號傳輸，而不是數(shù)據(jù)通信，難以實現(xiàn)儀表之間的信息交換，因而呼喚著具備通信功能的、傳輸信號全數(shù)字化的儀表與系統(tǒng)的出現(xiàn)，從而由集散控制過渡到徹底的分散控制，正是在這種需求的驅(qū)動下，自20世紀80年代中期起，現(xiàn)場總線便應運而生，并通過激烈的市場競爭而不斷崛起。

現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場的全數(shù)字化、實時、雙向、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術將專用的cpu置入傳統(tǒng)的測控儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和通信能力，即所謂“智能化”；采用可進行簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為聯(lián)系的紐帶，把掛接在總線上作為網(wǎng)絡節(jié)點的多個現(xiàn)場級測控儀表連接成網(wǎng)絡，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，使現(xiàn)場測控儀表之間及其與遠程監(jiān)控計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成多種適應實際需要的控制系統(tǒng)，即所謂“網(wǎng)絡化”；由于這些網(wǎng)上的節(jié)點都是具備智能的可通信產(chǎn)品，因而它所需要的控制信息(如實時測量數(shù)據(jù))不采取向plc或計算機存取的方式，而可直接從處于同等層上的另一個節(jié)點上獲取，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(fcs)的環(huán)境下，借助其計算和通信能力，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)，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性。

fcs成為發(fā)展的趨勢之一，是它改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，形成了新型的網(wǎng)絡集成全分布系統(tǒng)，采用全數(shù)字通信，具有開放式、全分布、可互操作性及現(xiàn)場環(huán)境適應性等特點，形成了從測控設備到監(jiān)控計算機的全數(shù)字通信網(wǎng)絡，順應了控制網(wǎng)絡的發(fā)展要求。

1.2現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀和標準化問題

目前，國內(nèi)、外的現(xiàn)場總線有60幾種之多，由于這一新技術所具有的潛在而巨大的市場前景，在商業(yè)利益的驅(qū)動下，導致了近年來制訂現(xiàn)場總線國際標準大戰(zhàn)。在市場和技術發(fā)展需要統(tǒng)一的國際標準的呼聲下，修改后的iec 61158.3～6標準最終于2000年1月4日獲得通過。該標準包括了8種類型的現(xiàn)場總線子集，它們分別是：①基金會現(xiàn)場總線ff(原有的技術規(guī)范iec 61158)；②control net；③profibus；④p—net；⑤ff hse；⑥swift net；⑦word fip；⑧intferbus。這8種現(xiàn)場總線中，④、⑥是用于有限領域的專用現(xiàn)場總線；②、③、⑦、⑧是由plc為基礎的控制系統(tǒng)發(fā)展而來，本質(zhì)上以遠程i/o總線技術為基礎，通常不具備通過總線向現(xiàn)場設備供電和本征安全性能；①、⑤則由傳統(tǒng)dcs控制系統(tǒng)發(fā)展而來，具有總線供電和本征安全功能；①、⑧屬于現(xiàn)場設備級總線，②、⑤屬于監(jiān)控級現(xiàn)場總線；③、⑦則是包括兩個層次的現(xiàn)場總線。

以上8種類型的現(xiàn)場總線采用完全不同的通信協(xié)議，例如：profibus采用的是令牌環(huán)和主/從站方式；ffhse是csma/cd方式；wordfip是總線裁決方式。因此，要這8種現(xiàn)場總線實現(xiàn)相互兼容和互操作幾無可能。面對這種多總線并存的局面，系統(tǒng)集成將面臨更為復雜的任務，系統(tǒng)集成技術也將會有很大的發(fā)展。

1.3現(xiàn)場總線的新動向—工業(yè)以太網(wǎng)

長期以來的標準之爭，實際上已延緩了現(xiàn)場總線的發(fā)展速度。為了加快新一代系統(tǒng)的發(fā)展，人們開始尋求新的出路，一個新的動向是從現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)向ethernet，用以太網(wǎng)作為高速現(xiàn)場總線框架的主傳。以太網(wǎng)是計算機應用最廣泛的網(wǎng)