和大部分科技发展一样，应用在生产和类似环境中的集中控制发展也是具有双重效应的，带来了新思路的同时也带来了许多问题和困难。说起集中控制的发展，就让人联想到怪医多利特（Doolittle）童话故事中的双头怪兽--“Pushmepullyou”。面对这样的困境，我们在设计控制系统时，是应该选择通过设计方案来决定生产过程的形式呢，还是以生产过程为基础决定设计方案呢？
集中控制通常是仅由来自一个终端的人或一个小组来操作整个作业过程（或生产线）。采用这样的集中控制--由单台或少量计算机控制所有回路，则危险集中，系统非常脆弱。在不使用冗余技术的集中型控制系统中，一旦服务器由于断电、系统故障或其他因素引发故障，与其相连的整个生产过程就会全面瘫痪。另外，位于不同地理位置上的设备或工作环境发生改变时，集中控制无法做出快速响应。所以，许多生产商都开始采用分散型控制思想。
图1： 控制室集中控制。
近年来，由于性能价格比的日益提高，微处理器广泛应用
在远程I/O设备、按钮、传感器及其他的系统部件中。这样，系统的各个“智能元件”就可以通过计算机网络对受控对象进行控制。新技术的发展，比如更友好和谐的人机界面，可以让工程师在生产现场利用手提设备（像PDA）直接看到控制室的控制画面。
应用上的比较
仅仅有了分散控制的思想还不够，仍存在一些必须解决的问题：如何分配中央控制端和工厂生产线的决策权限？哪些系统单元、什么情况下仍要采用集中控制？仍需采用集中控制的系统单元对分布式智能起到哪些作用？基于这些问题开发商们给出了无数的解决方案，每种方法都各有利弊，且都是针对某种特定的背景提供的最佳方案。如何来评判呢？
Invensys Foxboro 公司的自动化平台产品经理Sam Herb说：“生产商必须综合考虑很多问题：必需的控制回路的数量，受控生产过程的复杂程度，是否要采用先进的过程控制或最优化方法，停修期和冗余措施的成本，以及安全可靠性的需要”。他认为，具有精妙的故障自动安全装置、容错性能、或先进控制策略的大型、复杂控制装置无不得益于集中控制。并且集中控制系统更便于生产过程执行并记录各种管理命令，像制药厂和污染处理厂都是集中控制的典型应用例子。
图2： 生产现场分散控制。
同时，集中型控制要占用足够的通信带宽来传输需要发送到控制端的生产过程参数和其他数据，不可避免在数据的发送端和系统的响应端之间产生时间延迟。Wago公司的高级产品支持工程师Tracy Lenz 提出，工程师们必须要精确地计算出预期的数据通信量，以此为基础设计相适应的现场总线。而分散型控制则不同，它可以在各自的分散区域内监控输入数据和编码器。与集中型控制器相比，分散型控制器能够对高速的输入信号做出更迅速的响应，它只是在报告程序执行结束信号时才和主处理器通信。
以一个典型控制系统的开电自检为例来说明。若直接采用集中控制形式运行测试过程，那么测试指令、测量数据以及响应结果都必须通过网络传输，这样可能引起总线争用或其他故障，从而导致测试失败。同样的任务交给嵌入式分散自检来完成就极其便捷了。仅由中央主控室发出一条一位指令（或者由局部控制单元在满足确定边界条件下触发该指令），所需返回的响应信号也只是一条一位数据，通过自检或失败。当然，更实用的办法是让自检过程能够返回一些相关的故障信息，便于查找、维修控制系统的故障，这些信息代码也只是集中型控制系统所需数据量的极小部分。
中断不耐性
Lenz指出，当一些主处理器的响应出错或网络通信故障发生时，分散控制系统仍能按程序指令正常响应。一些生产过程，比如，制药过程，不允许生产过程中控制系统的信号中断。根据不同的工作环境，分散控制体系可以按需让生产过程继续恒定运行、或启动依次的关机程序，或执行全局但受控的关机。
分散控制也可以用来改造老式的控制系统。改造过程无需替换现有的硬件和软件，大大降低了改造成本。Lenz说一个多批次配置工作过程是由中央HMI向分散控制器传送指令，再由分散控制器来控制本区域的生产批次并将生产数据发送到网络上。这里的主控制器只作为全局网络的交互界面使用。局部节点通过网络和主控制器联系，节约了替换已有下层设施的成本。
图3： “颗粒”或“像素”控制, 非常迅速地完成测量、决策与执行任务。
Lantronix公司的现场应用工程师Garry Marrs回忆说，早期的控制系统主要体现了一种主/从关系。主机，可编程逻辑控制器（PLC）或其他控制器除了执行程序并管理所有的I/O设备，还
■ 远程通讯效率很低。主机向每一个远端节点发出指令并从他们那里请求更新的信息。在星型体系结构中，从节点之间的相互通讯需要通过主节点联系。发送和响应命令的时间延迟不满足实时操作系统的时间限制。尽管目前网络数据传输率很高，但控制网络中的数据交换与网络数据传输率相比也是非常频繁的。
■ 集中型控制系统运行容错性较差。系统维护周期长、花费大。
■ 某些集中控制维护成本很高。工程师们设计集中控制系统时，要在中心控制室实现尽量全面的控制和输入/输出功能。所有的传感器、电动机、开关和执行器都在控制室里统一布线，大大增加了安装成本。大量繁杂的连接线路不但给系统故障时查找故障带来困难，而且还会因为电磁干扰产生信号断续问题。
分散控制可以解决这些问题。对等工作模式将控制器和I/O端口布置在受控设备周围。系统无需经历数据冲突就可以在本地执行实时控制回路，还能和其他控制器直接通讯来发送或接收数据。如果某个控制器出错，系统的其他部分还能继续工作。
Marrs认为是PC革命带动了分散控制的发展。
缺乏统一网络标准的缺陷阻碍了分散控制系统的蓬勃发展。值得庆幸的是，这种状况正在改善。一些标准，比如OLE，为提高互操作性提供了有力工具。网络服务器通过网络浏览器可以将数据和信息传送到任意计算机上。XML和SOAP协议实现了分布式环境的信息共享。
虽然题目听起来像是诗句，但这是很多人都禁不住要问的问题。
工业以太网，应用还是放弃？
为解决现存多种工业协议不规范的问题，许多制造商开始转向基于Ethernet构建的工业网络--值得一提的是，最近通过的国际标准让网络具有更快的通信速率。Wago公司的Lenz指出目前大部分的工厂控制系统已经具备构建Ethernet的能力。构建时不许采用常规的现场总线连线方式，利用基于Ethernet的通讯方式将分布的控制器互连起来即可。这种连接方式可以扩大到更广的范围，整个厂房内的连接或其他的厂房设备互联，同时分散控制器仍能和主控制器通讯。如果Ethernet负载过多或发生拥塞，分散控制器仍能工作。
同时，Ethernet使控制系统具有更丰富的功能。高性能的无线通信系统就如同地方的水泵站或自来水厂，可以将主控制器的信息传递到各个本地设备。IEEE标准802.11的实施让网络通讯速率加快，无线连接更轻松，而且利用PDA，工程师们即使在现场也可以和各级系统直接联络。为便于访问控制系统，可以在PDA上安装HMI软件。举个例子，一座建筑物的自动控制系统，管理员利用这些PDA似的普通手掌大小的设备，就可以检查所有楼层的照明情况，或是调节室温或其他环境条件。
早先的文章已经提到，目前Ethernet是研究的热点问题，但它不应被看作工业网络的最佳或唯一的解决方案。罗克韦尔自动化公司Netlinx部的经理Doug McEldowney说：“作为面向商业用途的Ethernet，直接将它强加到工厂现场系统中恐怕不会有什么好结果”。
工业网络，比如DeviceNet， Interbus，Profibus等，是专门针对工厂环境设计的，更适于工业应用。McEldowney还建议说，许多管理人员认为Ethernet比其他的解决方案更低廉，但这可能源于一种误解，他们没认清Ethernet在让系统正常工作的同时带来的所有问题。Ethernet架构需要用到各种主动组件（交换机）。尽管安装并不复杂，但这种基于交换机构成的Ethernet是为办公室环境下应用而设计的，将它应用到工业现场管理人员们就会体会到这种不同了。而专门为工厂现场设计的网络不但安装简便而且灵活性很高。再者，大部分的Ethernet在端对端通讯中采用树型/星型拓扑结构，虽然足以应付办公室应用，但在工厂现场中应用时，它不易满足实时操作的要求。相比之下，其他网络结构的总线拓扑结构（树型/线型）更加有效。
他提醒，Ethernet和其他工业网络一样，具有不同的网络协议。同样地，他相信，Ethernet新技术的发展，将使它的功能更强大，更适于其他的应用领域。比如，IEEE1588时钟同步协议标准能使Ethernet实现远程节点的精确同步。同步化的实现，允许网络应用到更广的分布范围，而且通过主控区域到现场的网络连接，它仍能保持严密的整体性。
前景展望
人们相信，朝着分散控制发展的趋势将会继续持续，直到微小的自治智能节点都能紧密协作。他们共同构成“控制系统”，只通过一个监控
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Invensys Foxboro
www.foxboro.com
Lantronix Inc.
www.lantronix.com
Rockwell Automation
www.rockwellautomation.com
Wago Corp
www.wago.com
