關于工業控制系統網絡化的研究

摘要：隨著我國計算機技術、控制技術以及通信技術的迅猛發展，一場前所未有的變革在傳統的控制領域當中，并且日益向網絡化方向發展。本文通過對工業控制系統網絡化進行研究，認為工業控制系統網絡化浪潮將如今多種流行技術融合，使得工業控制領域拓展了發展空間，并且有著新的發展機遇。

關鍵詞：工業控制系統；網絡化

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

一、計算機控制系統發展狀況

由于控制系統的發展和計算機及網絡技術有著緊密的聯系。在上世紀五十年代，在控制系統當中就開始應用計算機。而在上世紀六十年代初期，控制系統當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字控制。到了上世紀七十年代中期之后，由于當時忑微處理器，這使得有著快速發展的時期在計算機控制系統當中，由于這一時期的計算機控制系統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據信息網絡來實現，這時候也被稱為集散控制系統。在上世紀八十年代之后，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字式儀表所代替，這種控制方式的采納，使得整個系統的控制精度和控制的靈活性得到顯著的提高，并且由于系統當中是使用多回路的巡回采樣及控制技術，這就使得和傳統模擬儀表相比，其有著的性價比比較高。在八十年代中后期這一階段，在面臨著日益復雜的工業系統，這就使得進一步增多回路控制，單一的控制系統在面臨著現場生產控制要求以及生產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，大量的進行應用微機和中小型計算機兩者共同作用下的分層控制系統當中。而進入九十年代之后，該階段計算機網絡技術得以迅猛發展，這使得計算機控制系統也得到更迅速的發展，并且系統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依然在工業控制領域占據著明顯的主導地位，可是由于顯現出的封閉性、所需要的費用比較高以及進行布線比較復雜，這使得有著很大的困難在進行不同廠家產品的集成上。而在上世紀八十年代后期以來，由于出現大規模集成電路的大發展，現場設備智能化趨勢增強，這樣就積極的需求能夠通過一根通信電纜，就能夠將具有統一通信協議通信接口的現場設備技能型連接，而設備層所傳遞的是數字信號，而不是傳統之前的I/O信號，這也就是俗稱的現場總線。由于現場總線將網絡控制系統當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的發展趨勢是現場總線技術。自從現場總線技術提出之后，一些發達的工業國家以及跨國工業公司都退出自己的現場總線標準和相關產品。

二、現場總線技術的研究現狀

為了對計算機控制系統當中的技術瓶頸進行克服，更加適合現場需要，這時候就應運而生現場總線技術，其實質性的內容就是通過現場只能設備和自動化控制設計使用多借點、數字式以及雙向串行通信網絡連接，這也就是現場底層設備控制網絡。由于控制網絡所直接面向的對象是生產過程，這是和Internet、Intranet等類型的信息網絡有著本質上的區別，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，則必須將標準的網絡協議進行簡化，使得其中的一些中間層進行省略。只是應用層、數據鏈路層和物理層這三個層次。

在進行現場總線的發展初期階段，各個公司都有著自己的現場總線協議的提出。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確定了國際現場總線標準，而之后在此基礎上所形成的新的現場總線控制系統，其中糅合了智能儀表、自動控制技術、數字通信技術、網絡技術以及計算機技術等多種技術手段，并且做到了從根本上突破以往的傳統點對點模擬信號或者是數字，解決了以往模擬信號控制所具備的局限性，這使得新構成的通信和控制系統具有多接點、互連、智能、全分散、多變量、雙向以及全數字化。并且有著比較大的變化在相對應的控制網絡結構當中。其典型結構分為3層：設備層、控制層和信息層。

三、現場總線技術存在的問題

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

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

其次是系統的集成問題。在及時的應用過程當中，一般在一個系統的現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控制網絡和數據網絡之間實現，其關鍵環節就是管控一體化在整個系統當中實現。在設計網絡布局的時候，現場總線系統要對各現場節點距離進行考慮，還應該對現場節點的功能關系和網絡上信息的流動情況等情況進行考慮。而現實情況是智能化的現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中，要仔細考慮哪個功能塊在組態時選用，并且要最小化在網絡當中的信息流動上。并且有著很重要的是組態通信參數，要做好平衡在系統的實時性與網絡效率兩者之間。

最后存在著技術瓶頸。在系統當中存在著技術瓶頸主要體現在：一方面當總線電纜截斷時，整個系統有可能癱瘓。用戶希望這時系統的效能可以降低，但不能崩潰，這一點目前許多現場總線不能保證；另一方面系統組態參數過分復雜。現場總線的組態。參數很多，不容易掌握，但組態參數設定得好壞，對系統性能影響很大。

四、結束語

綜上所述，立足于當前的趨勢分析，工業進入現場控制當前還比較難做到使用現場總線進行替代和作為進行實時控制通信的單一標準。當前的工業控制系統網絡化采納現場總線顯得良莠不齊，而以后的發展趨勢是通過混合式控制系統進行發展。

參考文獻：

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