工业控制网络影响控制系统体系结构

工业控制网络的出现使控制系统的体系结构发生了根本性变化。把基本控制功能下放到现场具有智能的芯片或功能块中，不同现场设备中的功能块可以构成完整的控制回路，使控制功能彻底分散，直接面向对象，把具有控制、测量与通信功能的功能块与功能块应用进程作为网络节点，采用开放的控制网络协议进行互联，形成底层控制网络。整个自动化系统形成了在功能上管理集中、控制分散，在结构上横向分散，纵向分级的体系结构。控制系统体系结构大致经历了以下几个发展阶段。

（一）模拟仪表控制系统

模拟仪表控制系统于20世纪60年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。

（二）集中式数字控制系统

集中式数字控制系统于20世纪80年代占主导地位。采用单片机、PLC或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制时机的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。

（三）集散控制系统（DCS）(www.xing528.com)

集散控制系统（Distributed Control System，DCS）在20世纪九十年代占主导地位。核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统的体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技术的发展和应用，遗憾的是，不同的DCS厂家为达到垄断经营的目的而对其控制通信网络采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet，Internet信息网络之间难以实现网络互联和信息共享，因此集散控制系统从该角度而言实质是一种封闭专用的、不具可互操作性的分布式控制系统。在这种情况下，用户对网络控制系统提出了开放化和降低成本的迫切要求。

（四）现场总线控制系统（FCS）

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）正是顺应以上潮流而诞生，它用“现场总线”这一开放的，具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。FCS实质是一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。在现场总线技术快速发展的过程中，以太网技术也从办公自动化向工业自动化领域拓展，形成的工业以太网技术在迅速发展。

纵观控制系统体系结构的发展，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，以现场总线和工业以太网技术为代表的工业控制网络技术的不断发展彻底改变了工业控制系统体系结构，必将成为21世纪控制系统的主流产品。