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　　編者語：隨著計算機技術、通信技術和控制技術的發展，傳統的控制領域正經歷著一場前所未有的變革，開始向網絡化方向發展。控制系統的結構從初的CCS（計算機集中控制系統），到第二代的DCS（分散控制系統），發展到現在流行的FCS（現場總線控制系統）。對諸如圖像、語音信號等大數據量、高速率傳輸的要求，又催生了當前在商業領域風靡的以太網與控制網絡的結合。這股工業控制系統網絡化浪潮又將諸如嵌入式技術、多標準工業控制網絡互聯、無線技術等多種當今流行技術融合進來，從而拓展了工業控制領域的發展空間，帶來新的發展機遇。

　　計算機控制系統的發展

　　計算機及網絡技術與控制系統的發展有著緊密的聯系。早在50年代中后期，計算機就已經被應用到控制系統中。60年代初，出現了由計算機完全替代模擬控制的控制系統，被稱為直接數字控制（Direct Digital Control, DDC ）。70年代中期，隨著微處理器的出現，計算機控制系統進入一個新的快速發展的時期，1975年上套以微處理為基礎的分散式計算機控制系統問世，它以多臺微處理器共同分散控制，并通過數據通信網絡實現集中管理，被稱為集散控制系統（Distributed Control System, DCS）。

　　進入80年代以后，人們利用微處理器和一些外圍電路構成了數字式儀表以取代模擬儀表，這種DDC的控制方式提高了系統的控制精度和控制的靈活性，而且在多回路的巡回采樣及控制中具有傳統模擬儀表無法比擬的性能價格比。

　　80年代中后期，隨著工業系統的日益復雜，控制回路的進一步增多，單一的DDC控制系統已經不能滿足現場的生產控制要求和生產工作的管理要求，同時中小型計算機和微機的性能價格比有了很大提高。于是，由中小型計算機和微機共同作用的分層控制系統得到大量應用。

　　進入90年代以后，由于計算機網絡技術的迅猛發展，使得DCS系統得到進一步發展，提高了系統的可靠性和可維護性，在今天的工業控制領域DCS仍然占據著主導地位，但是DCS不具備開放性，布線復雜，費用較高，不同廠家產品的集成存在很大困難。

　　從八十年代后期開始，由于大規模集成電路的發展，許多傳感器、執行機構、驅動裝置等現場設備智能化，人們便開始尋求用一根通信電纜將具有統一的通信協議通信接口的現場設備連接起來，在設備層傳遞的不再是I/ O（4～2 0 m A/ 2 4VDC）信號，而是數字信號，這就是現場總線。由于它解決了網絡控制系統的自身可靠性和開放性問題，現場總線技術逐漸成為了計算機控制系統的發展趨勢。從那時起，一些發達的工業國家和跨國工業公司都紛紛推出自己的現場總線標準和相關產品，形成了群雄逐鹿之勢。

　　信息網絡與控制系統的關系

　　從發展歷程看，信息網絡體系結構的發展與控制系統結構的發展有相似之處。企業信息網絡的發展大體經歷了如下幾個發展階段：

　　①基于主機的集中模式

　　由功能強大的主機完成幾乎所有的計算和處理任務，用戶和主機的交互很少。

　　②基于工作組的分層結構

　　微機和局域網技術的發展使工作性質相近的人員組成群體，共享某些公共資源，用戶之間的交流和協作得到了加強。

　　③基于Internet/Intranet/Extranet的網絡化企業組織

　　計算機網絡技術的發展使它成為現代信息技術的主流，特別是Internet的發展和普及應用使它成為公認的未來全球信息基礎設施的雛形。采用 Internet成熟的技術和標準，人們提出了Intranet和Extranet的概念，分別用于企業內部網和企業外聯網的實現，于是便形成了以 Intranet為中心，以Extranet為補充，依托于Internet的新一代企業信息基礎設施（企業網）。

　　計算機控制系統也是經歷了集中控制、分層控制、基于現場總線的網絡控制等幾個發展階段，它們的發展過程是非常相似的。

　　隨著企業信息網絡的深入應用與日臻完善，現場控制信息進入信息網絡實現實時是必然的趨勢。為提高企業的社會效益和經濟效益，許多企業都在盡力建立的管理信息系統，它必須包括生產現場的實時數據信息，以確保實時掌握生產過程的運行狀態，使企業管理決策科學化，達到生產、經營、管理的優化狀態。信息一控制一體化將為實現企業綜合自動化CIPA （ computer integrated plant automation）和企業信息化創造有利條件。

　　企業信息網絡與控制系統在體系結構發展過程上的相似性不是偶然的。在計算機控制系統的發展過程中，每一種結構的控制系統的出現總是滯后于相應計算機技術的發展。實際上，大多數情況下，正是在計算機領域一種新技術出現以后，人們才開始研究如何將這種新技術應用于控制領域。鑒于兩種應用環境的差異，其中的技術細節作了適當修改和補充，但關鍵技術的原理及實現上，它們有許多共同的地方。正是由于二者在發展過程中的這種關系，使得實現信息一控制一體化成為可能。

　　現場總線技術的研究現狀

　　在40年代，過程控制是基于3～15PSI的氣動標準信號。其后，由于4～20mA模擬信號的使用，使得模擬控制器得到了廣泛應用，但是并不是所有的傳感儀表和驅動裝置都使用統一的4～20mA信號。70年代，由于在檢測、模擬控制和邏輯控制領域率先使用了計算機，從而產生了集中控制。進入80年代，由于微處理器的出現，促使工業儀表進入了數字化和智能化的時代，4～20mA模擬信號傳輸逐步被數字化通信代替，加之分布式控制以及網絡技術的迅速發展，促進了控制、調度、優化、決策等功能一體化的發展。然而由于檢測、變送、執行等機構大都采用模擬信號連接，其傳送方式是一對一結構，這使得接線復雜，工程費用高，維護困難，而信號傳輸精度底，易受干擾，儀表互換性差，這都阻礙了上層系統的功能發揮。另一方面，由于智能儀表的功能遠遠過了現場模擬儀表，如對量程和零點進行遠方設定，儀表工作狀態實現自診斷，能進行多參數測量和對環境影響的補償等。由此可見，智能儀表和控制系統的發展，都要求上層系統和現場儀表實現數字通信。