本文介紹了控制系統(tǒng)向著分散化、網絡化、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，以及控制網絡和數(shù)據網絡的結合為自動化技術所產生的影響。

隨著網絡技術的不斷發(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)據網絡。而現(xiàn)場總線技術的興起，改變了控制系統(tǒng)的結構，使其向著網絡化的方向發(fā)展，形成了對人類生產、生活有重要影響的另一類網絡——控制網絡。由于現(xiàn)場總線技術適應了控制系統(tǒng)向智能化、網絡化、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)場總線控制網絡的進一步發(fā)展，控制網絡與數(shù)據網絡的結合提上了日程，為開放型、全分布式控制系統(tǒng)與網絡系統(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絡節(jié)點，連接成開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網絡，并通過網絡將節(jié)點連接為控制系統(tǒng)。由于它位于網絡結構的底層，因而被稱之為底層網Infranet。在某些場合，Infranet已成為現(xiàn)場總線控制網絡的代名詞。具有開放的通信協(xié)議，擔負著測量控制任務，是它作為網絡系統(tǒng)最顯著的特征。

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

1數(shù)據網絡

數(shù)據網絡是指已在辦公和通信等領域廣為采用的計算機網絡，通過數(shù)據網絡人們可以直接獲取信息。這類網絡的特點是：數(shù)據通信量較大，需要經常傳送文檔、報表、圖形，以及信息量更大的音頻、視頻等多媒體數(shù)據。數(shù)據網絡從最初的局域網（LAN），局域網與局域網互連而逐步發(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，將局域網與Internet成功結合為Intranet，使數(shù)據網絡的發(fā)展和應用進入到一個嶄新的階段。

Intranet又稱為企業(yè)內部網或企業(yè)網，它成功地結合了局域網和Internet的優(yōu)點，也

可以看成是將Internet技術應用于局域網的產物。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)地訪問分布式網絡數(shù)據庫，信息共享的能力更加強大。Intranet采用了身份認證技術、網絡數(shù)據加密技術和防火墻技術，在企業(yè)內部網和公共網之間添加了保護屏障，因此Intranet既保留了互聯(lián)網的開放性，又具有企業(yè)網抵抗外部信息侵襲的安全性和可靠性。

數(shù)據網絡的通信技術已經相當成熟。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)據信息資源共享的環(huán)境，可以在完成企業(yè)內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)造更多的經濟效益。

2控制網絡

控制網絡是指用于完成自動化任務的網絡系統(tǒng)，它的網絡節(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，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絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。

控制網絡與數(shù)據網絡相比，主要有以下特點：

①控制網絡主要用于生產、生活設備的控制，對生產過程的狀態(tài)檢測、監(jiān)視與控制，或實現(xiàn)“家庭自動化”等。數(shù)據網絡則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖象等數(shù)據信息。

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

3現(xiàn)場總線系統(tǒng)是控制網絡發(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絡。其主機部分的計算機網絡由于采用獨家、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)字通信網絡，具備了與數(shù)字網絡連接溝通的條件，順應了控制網絡的要求。因而成為控制網絡的發(fā)展趨勢。

圖1為DCS與現(xiàn)場總線系統(tǒng)的網絡結構的比較?，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)場總線網段及與之有通信連接的其他網段實現(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現(xiàn)場執(zhí)行對生產過程的控制。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對生產過程按復雜的高等控制計算結果進行控制?？刂葡到y(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、網絡式的、靈活的體系所取代。網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絡與數(shù)據網絡的結合

現(xiàn)場總線技術使控制系統(tǒng)向著分散化、網絡化、智能化的方向發(fā)展，使控制技術與計算機及網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，控制設備具備了網絡通信能力,通過現(xiàn)場總線網絡連接成控制系統(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，為控制網絡與數(shù)據網絡的連接提供了方便，因而對控制網絡與數(shù)據網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)場總線控制網絡Infranet時候，便為構建Internet-Intranet-Infranet的網絡結構、組成一個協(xié)調的整體鋪平了道路。

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，豐富了網絡的信息內容，便于發(fā)揮出數(shù)據信息和控制信息的綜合優(yōu)勢。

5控制網絡與數(shù)據網絡的接合將對自動化領域的發(fā)展產生深遠影響

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

遠程監(jiān)控是指本地計算機通過網絡系統(tǒng)（主要是廣域網Internet），而實現(xiàn)的對遠端生產過程的監(jiān)視和控制。能夠實現(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，便于大型生產企業(yè)集團對于所屬工廠的整體管理，從而提高經濟效益。對于控制系統(tǒng)和現(xiàn)場設備的制造商來說，可以對自己產品進行及時維護，對產品性能進行及時的跟蹤調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絡，并利用公用數(shù)據網絡豐富的軟硬件資源，以便通過Internet來監(jiān)視和控制生產現(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。可以從本地監(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。將采集到的生產數(shù)據直接放到HTML文檔中，本地用戶可以通過控制網絡、局域網LAN，遠程用戶可以通過Internet對生產過程進行訪問。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，進行經營、生產概況的數(shù)據、曲線總覽，監(jiān)視工廠生產裝置的運行狀態(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用戶在網上訪問并控制實驗室內的智能設備。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。

隨著控制網絡操作系統(tǒng)的發(fā)展，控制網絡和數(shù)據網絡正在結合而逐步走向一體化。當控制網絡中的操作信息和數(shù)據網絡中的管理決策信息能更好地結合之時，網絡系統(tǒng)的功能會得到更大發(fā)揮。Internet的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，已經為我們帶來了極大的方便，它推動而且改變著人們的生產生活方式。在未來的發(fā)展道路上，數(shù)據網絡與控制網絡的接合，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。