本文介紹了控制系統向著分散化、網絡化、智能化方向發展的趨勢，探討了現場總線技術發揮的重要作用，以及控制網絡和數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展，Internet正在把全世界的計算機系統、通信系統逐漸集成起來，形成信息高速公路，形成公用數據網絡。而現場總線技術的興起，改變了控制系統的結構，使其向著網絡化的方向發展，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。由于現場總線技術適應了控制系統向智能化、網絡化、分散化的發展趨勢，顯示出強大生命力，得到了迅速發展，成為控制領域的熱點技術。隨著現場總線控制網絡的進一步發展，控制網絡與數據網絡的結合提上了日程，為開放型、全分布式控制系統與網絡系統的進一步開拓提供了新的領域。

現場總線作為控制設備之間實現數字通信的聯系紐帶，把具有通信能力的測控儀表作為網絡節點，連接成開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡，并通過網絡將節點連接為控制系統。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已成為現場總線控制網絡的代名詞。具有開放的通信協議，擔負著測量控制任務，是它作為網絡系統最顯著的特征。

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

1數據網絡

數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，通過數據網絡人們可以直接獲取信息。這類網絡的特點是：數據通信量較大，需要經常傳送文檔、報表、圖形，以及信息量更大的音頻、視頻等多媒體數據。數據網絡從最初的局域網（LAN），局域網與局域網互連而逐步發展，導致Internet的出現。而當企業看到Internet的巨大商業價值之后，將局域網與Internet成功結合為Intranet，使數據網絡的發展和應用進入到一個嶄新的階段。

Intranet又稱為企業內部網或企業網，它成功地結合了局域網和Internet的優點，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。可以認為：

Intranet＝Internet＋Web＋InformationTechnology

Intranet采用Internet的通信技術，具有開放性的互聯標準，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，使用戶可以動態地訪問分布式網絡數據庫，信息共享的能力更加強大。Intranet采用了身份認證技術、網絡數據加密技術和防火墻技術，在企業內部網和公共網之間添加了保護屏障，因此Intranet既保留了互聯網的開放性，又具有企業網抵抗外部信息侵襲的安全性和可靠性。

數據網絡的通信技術已經相當成熟。它采用TCP/IP協議進行通信，其遠程訪問服務有Telnet，FTP，WorldWideWeb（WWW）。其中WWW服務可以提供大量的文字、圖片乃至音頻、視頻等媒體數據的傳送，還支持多種嵌入式的應用程序的開發。

Internet和Intranet的結合可以為企業提供一個完善的數據信息資源共享的環境，可以在完成企業內部管理的基礎上進一步加強企業同外部的信息交流，給企業創造更多的經濟效益。

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，它的網絡節點除普通計算機、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。

現場總線系統采用可進行簡單連接的雙絞線等作為傳輸介質，把具有數字計算和數字通信能力的多個測量控制儀表連接成網絡系統，按公開、規范的通信協議，在位于現場多個微機化測量控制設備間、現場儀表與遠程監控計算機實現數據傳輸與信息交換，形成自動控制系統，實現基本控制、補償計算、參數修改、報警、顯示、監控、優化、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點，以現場總線為紐帶，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與控制系統。

控制網絡與數據網絡相比，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，對生產過程的狀態檢測、監視與控制，或實現“家庭自動化”等。數據網絡則主要用于通信、辦公，提供如文字、聲音和圖象等數據信息。

②控制網絡和數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。但它的數據傳輸量一般較小，而數據網絡則需要適應大批量數據的傳輸與處理。

3現場總線系統是控制網絡發展的必然趨勢

集散控制系統DCS和現場總線系統都屬于控制網絡。DCS大多為模擬數字混合系統，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、封閉的通信協議，給用戶的系統集成與應用帶來諸多不便，其技術發展受到較大束縛。

現場總線成為發展趨勢的原因之一，是它改變了傳統控制系統的結構，形成了新型的網絡集成式全分布控制系統。這是繼基地式儀表控制系統、電動單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統、集散控制系統DCS后的新一代控制系統。現場總線采用全數字式通信、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字通信網絡，具備了與數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展趨勢。

圖1為DCS與現場總線系統的網絡結構的比較。現場總線系統除了采用開放的通信協議之外，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與現場總線系統的網絡結構

現場總線技術使自控設備具有數字計算和數字通信能力，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，實現其遠程傳送創造了條件。在現場總線的環境下，借助設備的計算、通信能力，在現場就可進行許多復雜計算，形成真正分散在現場的完整的控制系統，提高了控制系統運行的可靠性。并可借助現場總線網段及與之有通信連接的其他網段實現遠程自動控制，如操作遠在數百公里之外的電氣開關等。還可提供傳統儀表所不能提供的如閥門開關動作次數、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場和自控設備的運行狀態。

同時，現場總線控制系統FCS改變了分布式控制系統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場智能儀表，都被看成是系統中的節點，由不同的節點執行不同的功能。FCS的控制功能完全分散到現場的智能儀表中，智能儀表可以在生產現場執行對生產過程的控制。因此，即使計算機發生故障，控制系統也不會“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字化通信，除了能夠完成組態與管理功能外，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。控制系統過去那種封閉式的、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DCS更為優越。

4現場總線促進了控制網絡與數據網絡的結合

現場總線技術使控制系統向著分散化、網絡化、智能化的方向發展，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展注入了新的活力。

在基于現場總線的控制系統FCS中，控制設備具備了網絡通信能力,通過現場總線網絡連接成控制系統。把DCS系統中基于封閉、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。也正因為現場總線基于開放統一的通信協議標準，為控制網絡與數據網絡的連接提供了方便，因而對控制網絡與數據網絡的融合起到了積極的促進作用。當傳統的控制系統逐步走向現場總線控制網絡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實現與Internet和Intranet互連，豐富了網絡的信息內容，便于發揮出數據信息和控制信息的綜合優勢。

5控制網絡與數據網絡的接合將對自動化領域的發展產生深遠影響

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

遠程監控是指本地計算機通過網絡系統（主要是廣域網Internet），而實現的對遠端生產過程的監視和控制。能夠實現遠程監控的計算機軟硬件系統稱為遠程監控系統。

現場總線系統接入Internet，在一定條件下，便可通過Internet監視并控制這些生產系統和現場設備的運行狀況及各種參數，即不必親臨現場，通過網絡實現對遠程被控對象的監視控制，以節省大量的交通、人力。還可以根據需要建立起地區級的、國家級的乃至世界級的監控中心，便于大型生產企業集團對于所屬工廠的整體管理，從而提高經濟效益。對于控制系統和現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。

要實現遠程監控系統，第一要有一個能夠穩定運行現場總線的控制系統；第二要有一個能夠通過Internet進行遠程訪問的數據通信系統；第三要有遠程監控系統在控制系統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，并利用公用數據網絡豐富的軟硬件資源，以便通過Internet來監視和控制生產現場。

出于對現場總線系統安全性的考慮，遠程監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“現場總線工作站”分開。

圖3遠程監控系統示意圖

當然，遠程監控系統是相對而言的。可以從本地監控遠端，也可以由遠端監控本地，還可以實現本地和遠端的雙向監控。

國外許多公司在積極地研究和開發遠程監控系統，建立現場總線網絡與Internet連接的一套標準，并盡可能地采用現有的WWW技術。將采集到的生產數據直接放到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已基本實現在公司總部對分散在各地的下屬單位，進行經營、生產概況的數據、曲線總覽，監視工廠生產裝置的運行狀態。又如在家庭自動化領域，Echelon公司開發了一個小型的實驗系統，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，該遠程監控系統不至于有大的麻煩。

隨著控制網絡操作系統的發展，控制網絡和數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據網絡中的管理決策信息能更好地結合之時，網絡系統的功能會得到更大發揮。Internet的出現和迅速發展，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。在未來的發展道路上，數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，使人類走向更為發達的社會。