由于3c(computer、control、communication)技术的发展,过程控制系统将由dcs发展到fcs(fieldbus control system)。fcs可以将pid控制彻底分散到现场设备(field device)中。基于现场总线的fcs又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统,它将取代现场一对一的4(20ma模拟信号线,给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。
根据iec61158的定义,现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力,提高了信号的测量、传输和控制精度,提高了系统与设备的功能、性能。iec/tc65的sc65c/wg6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的现场总线标准工作,走过了16年的艰难历程,于1993年推出了iec61158-2,之后的标准制定就陷于混乱。2000年初公布的iec61158现场总线国际标准子集有八种,分别为:
类型1 iec技术报告(ffh1);
类型2 control-net(美国rockwell公司支持);
类型3 profibus(德国siemens公司支持);
类型4 p-net(丹麦process data公司支持);
类型5 ffhse(原ffh2)高速以太网(美国fisher rosemount公司支持);
类型6 swift-net(美国波音公司支持);
类型7 worldfip(法国alsto公司支持);
类型8 interbus(美国phoenix contact公司支持)。
除了iec61158的8种现场总线外,iec tc17b通过了三种总线标准:sds(smart distributed system);asi(actuator sensor interface);device net。另外,iso公布了iso 11898 can标准。其中device net于2002年10月8日被中国批准为国家标准,并于2003年4月1日开始实施。
目前在各种现场总线的竞争中,以ethernet为代表的cots(commercial-off-the-shelf)通信技术正成为现场总线发展中新的亮点。其关注的焦点主要集中在两个方面:
(1)能否出现全世界统一的现场总线标准;
(2)现场总线系统能否全面取代现时风靡世界的dcs系统。
采用现场总线技术构造低成本的现场总线控制系统,促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化,符合工业控制系统的技术发展趋势。国家在“九五”期间为了加快现场总线技术在我国的发展,重点放在智能化仪表和现场总线技术的开发和工程化上,补充和完善工艺设备、开发装置和测试装置,建立智能化仪表和开发自动化系统的生产基地,形成适度规模经济。2000年,“九五”国家科技攻关计划“新一代全分布式控制系统研究与开发”和“现场总线智能仪表研究开发”两个项目相继完成。这两个项目以及先期完成的“现场总线控制系统的开发”项目,针对国际上已经出现的多种现场总线协议并存的局面,重点选择了hart协议和ff协议现场总线技术攻关。
总之,计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电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统(dcs)后,将朝着现场总线控制系统(fcs)的方向发展。虽然以现场总线为基础的fcs发展很快,但fcs发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本身也在不断的发展与完善。可以肯定的是,结合dcs、工业以太网、先进控制等新技术的fcs将具有强大的生命力。工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,在工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。