電氣自動(dòng)化控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)u 陳亞林陳亞林 n南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 能源與電氣工程學(xué)院 自動(dòng)化教學(xué)部主任n主持2009版國(guó)家維修電工題庫(kù)建設(shè)n主持2015版國(guó)家電工題庫(kù)建設(shè)n第一、二、三屆江蘇狀元賽維修電工命題n2007-2016年江蘇職業(yè)院校技能大賽機(jī)電一體化、電氣安裝、電機(jī)裝配賽項(xiàng)負(fù)責(zé)人n國(guó)家職業(yè)院校技能大賽電氣安裝與維修賽項(xiàng)專家組組長(zhǎng)n42屆世界技能大賽機(jī)電一體化賽項(xiàng)中國(guó)隊(duì)技術(shù)指導(dǎo)專家 隨著計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、微電子等技術(shù)的發(fā)展，大量智能隨著計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制、微電子等技術(shù)的發(fā)展，大量智能控制芯片和智能傳感器的不斷出現(xiàn)，以及在傳感器、通信

2、和計(jì)算機(jī)領(lǐng)控制芯片和智能傳感器的不斷出現(xiàn)，以及在傳感器、通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所取得的巨大成就使人們對(duì)系統(tǒng)綜合性能尤其是安全性能提出了越域所取得的巨大成就使人們對(duì)系統(tǒng)綜合性能尤其是安全性能提出了越來(lái)越高的要求：希望能對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，來(lái)越高的要求：希望能對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能維護(hù)。對(duì)企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備而言，對(duì)其工并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能維護(hù)。對(duì)企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備而言，對(duì)其工作狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，不僅可方便設(shè)備管理者隨時(shí)了解設(shè)備工作狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，不僅可方便設(shè)備管理者隨時(shí)了解設(shè)備工作狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)報(bào)警，便于及時(shí)維修，還可

3、拓寬設(shè)備服作狀態(tài)，設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)主動(dòng)報(bào)警，便于及時(shí)維修，還可拓寬設(shè)備服務(wù)范圍，提高工作性能，延長(zhǎng)使用壽命。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)務(wù)范圍，提高工作性能，延長(zhǎng)使用壽命。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)在開(kāi)放性、互連性、分散性等方面提出了更高要求。在開(kāi)放性、互連性、分散性等方面提出了更高要求?，F(xiàn)狀現(xiàn)狀u 一一集集散控制系統(tǒng)散控制系統(tǒng)(DCS)u 當(dāng)前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍仍以大系統(tǒng)、分散對(duì)象、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍仍以大系統(tǒng)、分散對(duì)象、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程(如冶金如冶金、石化、電力、石化、電力)為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散控制系統(tǒng)仍在發(fā)展。由于開(kāi)放為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分散控制系統(tǒng)仍在發(fā)

4、展。由于開(kāi)放結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)展了大型分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)和集成技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)展了大型分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用。1.1.應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀 DCSDCS自自19751975年問(wèn)世以來(lái)，大約有年問(wèn)世以來(lái)，大約有3 3次比較大的變革，次比較大的變革，7070年代操作站的硬年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專用的，由各件、操作系統(tǒng)、監(jiān)視軟件都是專用的，由各DCSDCS廠家自己開(kāi)發(fā)并沒(méi)有動(dòng)態(tài)廠家自己開(kāi)發(fā)并沒(méi)有動(dòng)態(tài)流程圖，通信網(wǎng)絡(luò)基本上是輪詢方式；流程圖，通信網(wǎng)絡(luò)基本上是輪詢方式；8080年代通信網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方年代通信網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方式；式；9090年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，年

5、代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，9090年代末通信網(wǎng)絡(luò)有的部分遵循年代末通信網(wǎng)絡(luò)有的部分遵循TCP/IPTCP/IP協(xié)議，有的開(kāi)始采用以太網(wǎng)。協(xié)議，有的開(kāi)始采用以太網(wǎng)。2020多年來(lái)，多年來(lái)，DCSDCS已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域并趨于成熟，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。領(lǐng)域并趨于成熟，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流。雖以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的雖以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的FCSFCS發(fā)展很快，最終將取代傳統(tǒng)發(fā)展很快，最終將取代傳統(tǒng)DCSDCS，但其發(fā)展，但其發(fā)展仍面臨一些問(wèn)題，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)仍面臨一些問(wèn)題，如統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、儀表智能化等。而傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的維護(hù)和改造還需和改造還需DCSDCS

6、，因此，因此FCSFCS完全取代傳統(tǒng)完全取代傳統(tǒng)DCSDCS尚有較長(zhǎng)過(guò)程?，F(xiàn)尚有較長(zhǎng)過(guò)程?，F(xiàn)DCSDCS的新產(chǎn)的新產(chǎn)品的特點(diǎn)為：系統(tǒng)開(kāi)放、管控一體化及帶有先進(jìn)控制軟件，品的特點(diǎn)為：系統(tǒng)開(kāi)放、管控一體化及帶有先進(jìn)控制軟件，DCSDCS生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家也從事也從事FCSFCS的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。的研發(fā)、生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。u 2.2.DCSDCS存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題u (1)1(1)1對(duì)對(duì)1 1結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。1 1臺(tái)儀表，臺(tái)儀表，1 1對(duì)傳輸線，單向傳輸對(duì)傳輸線，單向傳輸1 1個(gè)信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)造成接個(gè)信號(hào)。這種結(jié)構(gòu)造成接線龐雜、工程周期長(zhǎng)、安裝費(fèi)用高、維護(hù)困難。線龐雜、工程周期長(zhǎng)、安裝費(fèi)用高、維護(hù)困

7、難。u (2)(2)可靠性差。模擬信號(hào)傳輸不僅精確度低，且易受干擾。為此采用各種可靠性差。模擬信號(hào)傳輸不僅精確度低，且易受干擾。為此采用各種措施提高抗干擾性和傳輸精確度，其結(jié)果是增加了成本。措施提高抗干擾性和傳輸精確度，其結(jié)果是增加了成本。u (3)(3)失控狀態(tài)。操作員在控制室既不了解現(xiàn)場(chǎng)模擬儀表的工作狀況，也不失控狀態(tài)。操作員在控制室既不了解現(xiàn)場(chǎng)模擬儀表的工作狀況，也不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測(cè)事故，導(dǎo)致操作員對(duì)其處于失控狀態(tài)。能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測(cè)事故，導(dǎo)致操作員對(duì)其處于失控狀態(tài)。因操作員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表故障，而發(fā)生事故已屢見(jiàn)不鮮。因操作員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)儀表故障，而發(fā)生

8、事故已屢見(jiàn)不鮮。u (4)(4)互操作性差。盡管模擬儀表已統(tǒng)一互操作性差。盡管模擬儀表已統(tǒng)一4 420mA20mA信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，可大部分技術(shù)參信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，可大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造商自定，致使不同品牌儀表無(wú)法互換。因此導(dǎo)致用戶依賴制造數(shù)仍由制造商自定，致使不同品牌儀表無(wú)法互換。因此導(dǎo)致用戶依賴制造廠，無(wú)法使用性能價(jià)格比最優(yōu)的配套儀表，甚至出現(xiàn)個(gè)別制造商壟斷市場(chǎng)廠，無(wú)法使用性能價(jià)格比最優(yōu)的配套儀表，甚至出現(xiàn)個(gè)別制造商壟斷市場(chǎng)的局面。的局面。u 3.3.DCSDCS在中國(guó)在中國(guó)u 因我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和新建工程項(xiàng)目對(duì)因我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和新建工程項(xiàng)目對(duì)DCSDCS的急需，的急需，8080年代從國(guó)外引進(jìn)了年代從

9、國(guó)外引進(jìn)了幾百套幾百套DCSDCS來(lái)裝備石化、冶金、電力等行業(yè)。進(jìn)入來(lái)裝備石化、冶金、電力等行業(yè)。進(jìn)入9090年代，我國(guó)一些新型年代，我國(guó)一些新型高科技公司進(jìn)入高科技公司進(jìn)入DCSDCS領(lǐng)域。目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的領(lǐng)域。目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的DCSDCS不僅具有價(jià)格低廉、備不僅具有價(jià)格低廉、備品備件方便的優(yōu)勢(shì)，而且在技術(shù)先進(jìn)、組態(tài)學(xué)習(xí)容易、技術(shù)支持有力等品備件方便的優(yōu)勢(shì)，而且在技術(shù)先進(jìn)、組態(tài)學(xué)習(xí)容易、技術(shù)支持有力等方面都獲得用戶肯定。國(guó)內(nèi)方面都獲得用戶肯定。國(guó)內(nèi)DCSDCS生產(chǎn)的最新產(chǎn)品具有系統(tǒng)開(kāi)放、兼容現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的最新產(chǎn)品具有系統(tǒng)開(kāi)放、兼容現(xiàn)場(chǎng)總線、管控一體化和帶有先進(jìn)控制軟件，在技術(shù)上可初步與國(guó)外產(chǎn)品相

10、總線、管控一體化和帶有先進(jìn)控制軟件，在技術(shù)上可初步與國(guó)外產(chǎn)品相抗衡。目前，我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)一般仍采用抗衡。目前，我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)一般仍采用DCSDCS。u 4.4.發(fā)展方向發(fā)展方向u DCSDCS發(fā)展至今已相當(dāng)成熟和實(shí)用，毫無(wú)疑問(wèn)，它仍是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展至今已相當(dāng)成熟和實(shí)用，毫無(wú)疑問(wèn)，它仍是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用及選型的主流，不會(huì)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)而立即退出現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的舞及選型的主流，不會(huì)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)而立即退出現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的舞臺(tái)。面對(duì)挑戰(zhàn)，臺(tái)。面對(duì)挑戰(zhàn)，DCSDCS將沿著以下趨勢(shì)繼續(xù)向前發(fā)展：將沿著以下趨勢(shì)繼續(xù)向前發(fā)展：u (1)(1)向綜合方向發(fā)展：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信鏈

11、路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單向綜合方向發(fā)展：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信鏈路和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，將各種單( (多多) )回路調(diào)節(jié)器、回路調(diào)節(jié)器、PLCPLC、工業(yè)、工業(yè)PCPC、NCNC等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)化要等工控設(shè)備構(gòu)成大系統(tǒng)，以滿足工廠自動(dòng)化要求，并適應(yīng)開(kāi)放式的大趨勢(shì)。求，并適應(yīng)開(kāi)放式的大趨勢(shì)。u (2)(2)向智能化方向發(fā)展：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、推理機(jī)能等的發(fā)展，尤其是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展：數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、推理機(jī)能等的發(fā)展，尤其是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)(KBS)(KBS)和專家系統(tǒng)和專家系統(tǒng)(ES)(ES)的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、遠(yuǎn)距離診斷、自尋優(yōu)等，人工的應(yīng)用，如自學(xué)習(xí)控制、遠(yuǎn)距離診斷、自尋優(yōu)等，人工智

12、能會(huì)在智能會(huì)在DCSDCS各級(jí)實(shí)現(xiàn)。與各級(jí)實(shí)現(xiàn)。與FFFF現(xiàn)場(chǎng)總線類似，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備如現(xiàn)場(chǎng)總線類似，以微處理器為基礎(chǔ)的智能設(shè)備如智能智能I/OI/O、PIDPID控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器、人機(jī)接口、控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行器、人機(jī)接口、PLCPLC相繼出現(xiàn)。相繼出現(xiàn)。u (3)DCS(3)DCS工業(yè)工業(yè)PCPC化：由化：由IPCIPC組成組成DCSDCS已成為一大趨勢(shì)，已成為一大趨勢(shì)，PCPC作為作為DCSDCS的操作站或節(jié)點(diǎn)的操作站或節(jié)點(diǎn)機(jī)已很普遍，機(jī)已很普遍，PC-PLCPC-PLC、PC-STDPC-STD、PC-NCPC-NC等就是等就是PC-DCSPC-DCS

13、先驅(qū)，先驅(qū)，IPCIPC成為成為DCSDCS的硬件的硬件平臺(tái)。平臺(tái)。u (4)DCS(4)DCS專業(yè)化：專業(yè)化：DCSDCS為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解相應(yīng)專業(yè)的為更適合各相應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，就要進(jìn)一步了解相應(yīng)專業(yè)的工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電工藝和應(yīng)用要求，以逐步形成如核電DCSDCS，變電站，變電站DCSDCS、玻璃、玻璃DCSDCS、水泥、水泥DCSDCS等等。u 二二現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)u 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是繼現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是繼DCS之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)帶來(lái)了工之后的又一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，它的出現(xiàn)帶來(lái)了工業(yè)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)深刻革命。

14、現(xiàn)場(chǎng)總線代表一種突破意義的控制思想，改變了原有業(yè)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)深刻革命?，F(xiàn)場(chǎng)總線代表一種突破意義的控制思想，改變了原有控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的控制體系結(jié)構(gòu)，使模擬與數(shù)字混合的DCS更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，真正做到危險(xiǎn)分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。真正做到危險(xiǎn)分散、控制分散、集中監(jiān)控和全數(shù)字化。u 1.1.應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀u 現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的階段。目前已開(kāi)發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展迅速，現(xiàn)處于群雄并起、百家爭(zhēng)鳴的階段。目前已開(kāi)發(fā)出4040多多種現(xiàn)場(chǎng)總線，如種現(xiàn)場(chǎng)總線，如InterbusInterbus、BitbusBit

15、bus、DeviceNetDeviceNet、ModbusModbus、ARCentARCent、P-NetP-Net、FIPFIP、ISPISP等，其中最有影響力的有等，其中最有影響力的有5 5種，分別為種，分別為FFFF、ProfibusProfibus、HARTHART、CANCAN、LonWorksLonWorks，如表所示。，如表所示。 u FCSFCS全數(shù)字化通信使過(guò)程控制具有更高可靠性，從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器全數(shù)字化通信使過(guò)程控制具有更高可靠性，從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器，均為數(shù)字信號(hào)，這就使得復(fù)雜、精確的信號(hào)處理得以實(shí)現(xiàn)。因采用數(shù)字總，均為數(shù)字信號(hào)，這就使得復(fù)雜、精確的信號(hào)處理

16、得以實(shí)現(xiàn)。因采用數(shù)字總線式通信線路代替線式通信線路代替DCS 1DCS 1對(duì)對(duì)1 1的的I/OI/O連線，對(duì)于大規(guī)模連線，對(duì)于大規(guī)模I/OI/O系統(tǒng)，減少了由連線系統(tǒng)，減少了由連線帶來(lái)的不可靠，同時(shí)也降低了布線成本。此外帶來(lái)的不可靠，同時(shí)也降低了布線成本。此外FCSFCS還具有互操作性、分散性還具有互操作性、分散性、EIC(EIC(電氣傳動(dòng)、儀表、計(jì)算機(jī)電氣傳動(dòng)、儀表、計(jì)算機(jī)) )一體化等優(yōu)點(diǎn)。在由現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的一體化等優(yōu)點(diǎn)。在由現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的FCSFCS中中，儀表實(shí)際上已成為具有綜合功能的智能儀表。，儀表實(shí)際上已成為具有綜合功能的智能儀表。EICEIC一體化結(jié)構(gòu)恰恰是鋼鐵一體化結(jié)構(gòu)恰恰是鋼鐵

17、工業(yè)自動(dòng)化用得較多而又急需的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。工業(yè)自動(dòng)化用得較多而又急需的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。u 2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線存在的不足現(xiàn)場(chǎng)總線存在的不足u 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種正在發(fā)展中的技術(shù)，在許多方面還需改善。現(xiàn)場(chǎng)總線是一種正在發(fā)展中的技術(shù)，在許多方面還需改善。IEC 61158IEC 61158規(guī)規(guī)定了定了FFFF、ProfibusProfibus、WorldFIPWorldFIP等等8 8種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，還有一些事實(shí)上的標(biāo)種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，還有一些事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，如準(zhǔn)，如LonWorksLonWorks和和CANCAN總線等?，F(xiàn)有總線等?，F(xiàn)有8 8種現(xiàn)場(chǎng)總線為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們采用的種現(xiàn)場(chǎng)總線為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們采用的通信

18、協(xié)議完全不同，因此要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難。許多通信協(xié)議完全不同，因此要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難。許多標(biāo)準(zhǔn)的并存，將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)的并存，將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)用。u 現(xiàn)場(chǎng)總線還存在著瓶頸問(wèn)題，表現(xiàn)在：現(xiàn)場(chǎng)總線還存在著瓶頸問(wèn)題，表現(xiàn)在：(1)(1)總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生總線切斷后，系統(tǒng)有可能產(chǎn)生不可預(yù)知的后果；不可預(yù)知的后果；(2)(2)在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長(zhǎng)度和在本安防爆應(yīng)用中，現(xiàn)有防爆規(guī)定限制總線長(zhǎng)度和總線上所掛設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也限制了現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；總線上所掛設(shè)備數(shù)量，同時(shí)也限制了現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)省線纜優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮；

19、(3)(3)系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過(guò)于復(fù)雜，不易掌握，而其設(shè)定的好壞對(duì)系統(tǒng)性能影響很大系統(tǒng)組態(tài)參數(shù)過(guò)于復(fù)雜，不易掌握，而其設(shè)定的好壞對(duì)系統(tǒng)性能影響很大。u 3.3.現(xiàn)場(chǎng)總線在中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線在中國(guó)u 以智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在以智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，其優(yōu)點(diǎn)不僅在控制方面，更多的是在自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。但國(guó)內(nèi)使用的系控制方面，更多的是在自診斷、自校正等自動(dòng)管理方面。但國(guó)內(nèi)使用的系統(tǒng)規(guī)模一般不大，沒(méi)有把管理自動(dòng)化和遠(yuǎn)程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無(wú)法統(tǒng)規(guī)模一般不大，沒(méi)有把管理自動(dòng)化和遠(yuǎn)程診斷功能納入系統(tǒng)，因此無(wú)法發(fā)揮發(fā)揮FCSFCS降低運(yùn)行維

20、護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)，所以與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的優(yōu)勢(shì)，所以與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有完全體現(xiàn)出來(lái)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)還有很多企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品是否成沒(méi)有完全體現(xiàn)出來(lái)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)還有很多企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和產(chǎn)品是否成熟可靠持懷疑態(tài)度?，F(xiàn)場(chǎng)總線在中國(guó)需進(jìn)一步促進(jìn)其快速發(fā)展，最主要的熟可靠持懷疑態(tài)度。現(xiàn)場(chǎng)總線在中國(guó)需進(jìn)一步促進(jìn)其快速發(fā)展，最主要的則是推動(dòng)企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。則是推動(dòng)企業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用。u 我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，還不擁有自主版權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線。我們應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待出現(xiàn)我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，還不擁有自主版權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線。我們應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線問(wèn)題上的爭(zhēng)論，它已阻礙了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)

21、域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和在現(xiàn)場(chǎng)總線問(wèn)題上的爭(zhēng)論，它已阻礙了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我們應(yīng)抓住網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新機(jī)遇，努力發(fā)展我國(guó)自己的現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，我們應(yīng)抓住網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新機(jī)遇，努力發(fā)展我國(guó)自己的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。u 4.4.發(fā)展方向發(fā)展方向u 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過(guò)程控制領(lǐng)域?qū)ζ湟笫牵含F(xiàn)場(chǎng)總線是一種正在發(fā)展的技術(shù)，在過(guò)程控制領(lǐng)域?qū)ζ湟笫牵?1)(1)改善實(shí)時(shí)改善實(shí)時(shí)性，不允許有不確定性；性，不允許有不確定性；(2)(2)克服本安防爆對(duì)總線中節(jié)點(diǎn)數(shù)和電纜長(zhǎng)度的限制克服本安防爆對(duì)總線中節(jié)點(diǎn)數(shù)和電纜長(zhǎng)度的限制，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線本安概念理論研究；，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線

22、本安概念理論研究；(3)(3)實(shí)現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。實(shí)現(xiàn)可互操作性和信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。今后，對(duì)上述今后，對(duì)上述3 3方面還要進(jìn)行積極研究、不斷探索。實(shí)時(shí)性和可互操作性是以方面還要進(jìn)行積極研究、不斷探索。實(shí)時(shí)性和可互操作性是以太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用所要解決的重要問(wèn)題。太網(wǎng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用所要解決的重要問(wèn)題。u 由于由于EthernetEthernet技術(shù)的快速發(fā)展，其介入控制已成為事實(shí)。技術(shù)的快速發(fā)展，其介入控制已成為事實(shí)。EthernetEthernet的主要特的主要特點(diǎn)是：數(shù)字式互連網(wǎng)絡(luò)、可操作性、開(kāi)放性和高網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)功能包括實(shí)點(diǎn)是：數(shù)字式互連網(wǎng)絡(luò)、可操作性、開(kāi)放性和高網(wǎng)絡(luò)功能。網(wǎng)絡(luò)功

23、能包括實(shí)時(shí)性、可靠性等。而開(kāi)放性最為重要。時(shí)性、可靠性等。而開(kāi)放性最為重要。EthernetEthernet是世界上應(yīng)用最為廣泛的計(jì)是世界上應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)之一，受到廣泛技術(shù)開(kāi)發(fā)支持，而且已使用多年，具有大量軟算機(jī)通信技術(shù)之一，受到廣泛技術(shù)開(kāi)發(fā)支持，而且已使用多年，具有大量軟、硬件資源和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在以太網(wǎng)上層應(yīng)用的、硬件資源和開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在以太網(wǎng)上層應(yīng)用的TCP/IPTCP/IP協(xié)議也已開(kāi)發(fā)較成協(xié)議也已開(kāi)發(fā)較成熟；絕大多數(shù)熟；絕大多數(shù)PCPC機(jī)均提供以太網(wǎng)接口，操作系統(tǒng)也已配備機(jī)均提供以太網(wǎng)接口，操作系統(tǒng)也已配備TCP/IPTCP/IP協(xié)議；以太協(xié)議；以太網(wǎng)適配器及其相關(guān)產(chǎn)品

24、價(jià)格低廉，一塊以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只是網(wǎng)適配器及其相關(guān)產(chǎn)品價(jià)格低廉，一塊以太網(wǎng)網(wǎng)卡的價(jià)格只是ProfibusProfibus、FFFF等現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡的一小部分；而且許多現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)已向上支持以太網(wǎng)，其等現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡的一小部分；而且許多現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)已向上支持以太網(wǎng)，其中主流現(xiàn)場(chǎng)總線中主流現(xiàn)場(chǎng)總線FFFF于于20002000年年3 3月宣布用以太網(wǎng)增強(qiáng)月宣布用以太網(wǎng)增強(qiáng)H2H2的方案。的方案。u 因此，一般認(rèn)為整合因此，一般認(rèn)為整合EthernetEthernet和和TCP/IPTCP/IP技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線是今后發(fā)展的主流體技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線是今后發(fā)展的主流體系和應(yīng)用熱點(diǎn)。系和應(yīng)用熱點(diǎn)。u 三三以太網(wǎng)以太網(wǎng)

25、(Ethernet)(Ethernet)u u 開(kāi)放的以太網(wǎng)是開(kāi)放的以太網(wǎng)是2020多年來(lái)發(fā)展最為成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并導(dǎo)致了一場(chǎng)信息技術(shù)多年來(lái)發(fā)展最為成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并導(dǎo)致了一場(chǎng)信息技術(shù)的革命?？梢灶A(yù)見(jiàn)，正如當(dāng)年的革命?？梢灶A(yù)見(jiàn)，正如當(dāng)年P(guān)CPC機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一樣，采用以太網(wǎng)技機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域一樣，采用以太網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)。術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)。u 1.1.應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用現(xiàn)狀u 工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展越來(lái)越分散化，同時(shí)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展越來(lái)越分散化，同時(shí)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，內(nèi)部連接越來(lái)越高速化、緊密化，更多的是系統(tǒng)細(xì)分成為獨(dú)立控制孤島，對(duì)驅(qū)部

26、連接越來(lái)越高速化、緊密化，更多的是系統(tǒng)細(xì)分成為獨(dú)立控制孤島，對(duì)驅(qū)動(dòng)器和用戶接口需求越來(lái)越多。而無(wú)論如何傳統(tǒng)動(dòng)器和用戶接口需求越來(lái)越多。而無(wú)論如何傳統(tǒng)PLCPLC技術(shù)無(wú)法滿足該要求，現(xiàn)技術(shù)無(wú)法滿足該要求，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也不能提供相關(guān)性能。只有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)解決，而在所有網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)總線技術(shù)也不能提供相關(guān)性能。只有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)解決，而在所有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，以太網(wǎng)技術(shù)是最理想的選擇。技術(shù)中，以太網(wǎng)技術(shù)是最理想的選擇。u 目前以太網(wǎng)還只適合于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息層應(yīng)用。以太網(wǎng)是目前以太網(wǎng)還只適合于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息層應(yīng)用。以太網(wǎng)是ByteByte級(jí)網(wǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，只能部分代替現(xiàn)場(chǎng)總線作用，而將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場(chǎng)絡(luò)，

27、只能部分代替現(xiàn)場(chǎng)總線作用，而將以太網(wǎng)用于現(xiàn)場(chǎng)I/OI/O級(jí)，這是目前工控級(jí)，這是目前工控領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。2.2.EthernetEthernet的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì) 與以往控制網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制具有以下的優(yōu)勢(shì)：與以往控制網(wǎng)絡(luò)相比，以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制具有以下的優(yōu)勢(shì)：(1)(1)更高的通信帶寬。以太網(wǎng)是一種成熟、快速的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率更高的通信帶寬。以太網(wǎng)是一種成熟、快速的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸速率為為1010100Mb/s100Mb/s。新一代以太網(wǎng)傳輸速率更快，可達(dá)。新一代以太網(wǎng)傳輸速率更快，可達(dá)1Gb/s1Gb/s，能滿足不斷增長(zhǎng)，能滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)通信需要

28、，成為企業(yè)范圍的主干網(wǎng)絡(luò)。的數(shù)據(jù)通信需要，成為企業(yè)范圍的主干網(wǎng)絡(luò)。(2)(2)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和企業(yè)管理層的無(wú)縫連接。以太網(wǎng)早已成為企業(yè)管理網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層和企業(yè)管理層的無(wú)縫連接。以太網(wǎng)早已成為企業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)的首選，將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的首選，將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)的融合，促進(jìn)整個(gè)企業(yè)信息化的集成。的融合，促進(jìn)整個(gè)企業(yè)信息化的集成。(3)(3)控制系統(tǒng)成本降低。主要體現(xiàn)在兩方面：支持以太網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較控制系統(tǒng)成本降低。主要體現(xiàn)在兩方面：支持以太網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較低；熟悉以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)操作的用戶較多，整個(gè)系統(tǒng)培訓(xùn)、維護(hù)都較容易。

29、低；熟悉以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)操作的用戶較多，整個(gè)系統(tǒng)培訓(xùn)、維護(hù)都較容易。(4)(4)更高穩(wěn)定性。光纖網(wǎng)絡(luò)已成為更高穩(wěn)定性。光纖網(wǎng)絡(luò)已成為InternetInternet的主干網(wǎng)絡(luò)，光纖所具有的良的主干網(wǎng)絡(luò)，光纖所具有的良好抗噪聲干擾性能使得以太網(wǎng)更適合在實(shí)時(shí)監(jiān)控的高噪聲設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。好抗噪聲干擾性能使得以太網(wǎng)更適合在實(shí)時(shí)監(jiān)控的高噪聲設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。3.3.EthernetEthernet在中國(guó)的應(yīng)用在中國(guó)的應(yīng)用 目前國(guó)內(nèi)對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論研究主要局限于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，部分目前國(guó)內(nèi)對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的理論研究主要局限于現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，部分學(xué)者對(duì)建立工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了探討，但仍停留在概念上，未能進(jìn)入學(xué)者對(duì)建立工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了探討，但仍停留在概念上，未能進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究