三大技术定义工业控制系统未来.docx

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1、三大技术定义工业控制系统未来目录1 .序言1.现场总线控制系统12 .工业PC2.管控一体化系统集成31 .序言自动化与工业控制系统通常简称为ICS,它是工业设施与自动化系统的中 枢神经。在ISA-99/IEC62443标准中，工业控制系统指的是“一个包括人员、 硬件以及软件，能够对工业过程的平安性、可靠性造成影响的集合”。工业控制系统通常具有以下四个功能：1 .测量一一获取传感器数据并将其作为下一步处理的输入或直接作为输 出；2 .比拟一一将获取的传感器数据与预先设定的数据进行比拟；3 .计算一一计算历史误差、当前误差与后续误差；4 .矫正一一基于测量、比拟及计算的结果对自动化过程进行调整。

2、上述四个功能通常由工业控制系统中的五个部件完成：传感器一一用于测 量目标的物理参数；转换器一一将测量所得的电学/非电学测量值转换为可用 的电信号；发射器一一负责控制系统中的电信号的发送；控制器一一为整个控 制系统提供控制逻辑与输入输出接口；执行器一一用于改变控制过程。现代工业控制系统就是由各种传感器、控制器、执行器以及各种具有具体 功能的子系统构成的具有复杂结构的控制网络。工业控制系统的变革仍在继 续，有以下三个主要开展方向：新型现场总线控制系统、基于PC的工业控制 计算机以及管控一体化系统集成技术。2 .现场总线控制系统由于技术的开展，计算机控制系统的开展在经历了基地式气动仪表控制系 统、电

3、动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系第1页共4页 统(DCS)后，将朝着现场总线控制系统(FCS)的方向开展。现场总线控制系统 (FCS)是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点 通信网络。它也被称为现场底层设备控制网络。新一代的现场总线控制系统正 从实验室走向实用化，必然会影响工业控制系统的前景。很多人相信，经过一 段时间，现场总线控制系统将与分布式控制系统逐步融合，并最后取而代之。 可以预见，能遵循现场总线通信协议或能与其交换信息的可编程逻辑控制器将 成为下一代PLC的主流，充分发挥其在处理开关量方面的优势。固然以现场总线为基础的FCS开展很快

4、，但FCS开展还有很多工作要做， 如统一标准、仪表智能化等。另外，传统控制系统的维护和改造还需要DCS, 因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程，同时DCS本身也在不 断的开展与完善。确定的是，结合DCS、产业以太网、先进控制等新技术的 FCS将具有强大的生命力。产业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方 便、可靠的数据传输方式，在产业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领 域中占有更加重要的地位。3 .工业PC工业PC自上世纪90年代初进入军工业自动化以来，正势不可挡地深入各 领域，获得了广泛应用。究其原因，在于PC机的开放性，具有丰富的硬件资 源、软件资源和人力资源，能够得到广

5、大工程技术人员的支持，也为广大人群 所熟悉。基于PC (包括嵌入式PC)的工业控制系统，正以每年20%以上的速 率增长。各大可编程逻辑控制器厂商、工业控制系统集成商也接受了工业PC 的技术路线，使基于PC的工业控制技术成为本世纪初的主流技术之一。工业PC低本钱的这一特点，也是其有望成为工业控制自动化主流的另一 重要因素。在传统自动化系统中，基础自动化局部基本被PLC和DCS垄断， 过程自动化和管理自动化局部主要由各种高端过程计算机或小型机组成，其硬 件、系统软件和应用软件的价格之高令众多企业望而却步。在企业开展的前中 期，选择走低本钱工业控制自动化的道路是企业的首选，并且由于基于工业 PC的控

6、制器被证明可以像PLC 一样可靠，具有易于被操作和维护人员接受、 易于安装和使用以及可实现高级诊断功能等特点，为系统集成商提供了更灵活 的选择，因此越来越多的制造商开始在局部生产中采用工业PC控制方案。第2页共4页可以预见，工业PC与PLC的竞争将主要在高端应用上，其数据复杂且设 备集成度高。从开展趋势看，控制系统的将来很可能会介于工业PC和PLC之 间，而这些融合的迹象也已经出现。今后在相当长的一段时间内，现场总线技 术、可程序设计逻辑控制器与工业PC将会相互补充，相互促进，但工业PC的 优势将更加突出，其应用范围会迅速扩大到全部的工业控制领域。4 .管控一体化系统集成随着Internet技

7、术深入到工业控制领域，控制系统与管理系统的结合成为 必然，这使得工业自动化界渴望已久的管控一体化、工业企业信息化以及基于 网络的自动化的目标成为可能。管控一体化可以使企业选择到真正符合新经济 时代的最正确解决方案，从而提高企业的生产效率，增强市场竞争能力。因此， 工业控制技术开展新方向是通过以太网和Web技术实现开放型分布式智能系 统，基于以太网和TCP/IP协议的技术标准，提供模块化、分布式、可重用的 工业控制方案。其最主要的方面就是开展基于网络的工程化工业控制与管理软 件。建设管控一体化系统，包括多种系统的集成和多种技术的集成。在多种系 统集成方面，首先是现场控制网络多种系统的集成，这其中

8、包含三种集成模 型。第一是现场总线控制系统FCS与DCS的集成，即FCS实现基本的测控回 路，DCS作为高一层的管理协调者实现复杂的先进控制和优化功能。第二是现 场总线控制系统FCS、DCS与PLC的集成，即逻辑联锁比拟复杂的场合使用 PLC、FCS实现基本的测控回路，DCS作为高一层的管理协调者，实现复杂的 先进控制和优化功能。第三是多种FCS的集成，解决不同通信协议的转换问 题，重点研究不同现场总线设备的互操作性和统一的组态、监控和软件的研 制，以实现无缝集成而不损失或者影响各个独立系统的功能和性能。其次是管 理网络与控制网络的集成，在未来的企业管理中，大量的数据来自控制网络， 建设企业应

9、用软件系统，包括实时数据库、历史数据库、数据发布、数据挖 掘、模型计算、过程仿真、配方设计、运行优化、参数检测、偏差分析和故障 诊断等，通过在Internet/Web应用网络环境上建立各类数据库，才能真正实 现管控一体化。它向下可以为控制软件提供智能决策，向上可以为管理软件提 供有价值的数据。第3页共4页在多种技术集成方面，包括设备互操作技术、通用数据交换技术、 EtherNET和工业以太网技术等多种技术的集成。其中通用数据交换技术又包 括了 DDE动态数据交换技术、NetDDE网络动态交换技术、ODBC开放数据库 互联技术、COM/DCOM组件对象模型以及OPC技术。而EtherNETTCP/IP技 术可以实现工业现场的控制参数和各网络节点的状态直接在企业信息网络内传 输和共享，从而防止了 PLC、DCS和FCS存在多种协议而难以集成的局面。相信在不久的将来，在上述三项技术的推动下，我们能够看到工业控制领 域的再一次质的飞跃，而人类文明也会随之继续前进。第4页共4页