FCS的发展历史与现状

　　前言：现场总线技术是自动化领域计算机、通讯和网络技术的发展而发展起来的新兴技术，它是先进的电子技术、仪表技术、计算机技术和网络技术的集成体。现场总线（Filedbus）是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，现场总线控制系统FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。 纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。

　　早期的控制系统主要是模拟仪表控制系统，设备之间传输的信号为1～5V或4～20mA的直流模拟信号，信号的精度较低，传输过程中易受干扰。随着电子技术和计算机技术的发展，以单片机、计算机和可编程序控制器（PLC）为控制器的集中数字控制

系统逐步取代了模拟仪表控制系统，集中数字控制系统中控制器内部传输的是数字信号，克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度较低的缺点，提高了系统的抗干扰能力。但是集中数字控制系统对控制器的要求很高，必须具有足够的处理能力和很高的可靠性，当系统任务增加时控制器的效率和可靠性会下降。

　　 以集中管理、分散控制为核心思想的集散控制系统（DCS）在20世纪末期逐步占据了主导地位。在集散控制系统中管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，多台下位机下放分散到现场实现分布式控制功能，上下位机之间以控制网络互联以实现相互之间的信息传递，克服了集中数字控制系统对控制器的的处理能力和可靠性要求很高的缺点。在集散控制系统中分布式控制功能的实现正是得益于网络技术的发展和应用，然而，由于不同的DCS厂家出于垄断经营的目的而对其控制通讯网络采用专用的封闭形式，不同厂家的DCS 系统之间以及DCS与上层的Intranet、Internet之间难以实现网络互联和信息共享，因此DCS 系统实质上是一种专用封闭的、不能互联的分布式控制系统，且DCS价格昂贵，用户对此提出了开放性和降低成本的迫切要求。

　　现场总线控制系统FCS正是顺应了上述的用户要求，采用了现场总线这一开放的、可互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表设备相互连接，把控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。因此FCS 系统实质上是一种开放的、可以互连的、彻底分散的分布式控制系统。

　　1984年，美国仪表协会（ISA）下属的标准与实施工作组中的ISA/SP50开始制定现场总线标准；1985年，国际电工委员会决定由Proway Working Group负责现场总线体系结构与标准的研究制定工作；1986年，德国开始制定过程现场总线（Process Fieldbus）标准，简称为PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发的序幕。

　　1992年，由Siemens，Rocemount，ABB，Foxboro，Yokogawa等80家公司联合，成立了ISP（Interoperable System Protocol）组织，着手在PROFIBUS的基础上制定现场总线标准。1993年，以Honeywell，Bailey等公司为首，成立了World FIP（Factory Instrumentation Protocol）组织，有120多个公司加盟该组织，并以法国标准FIP为基础制定现场总线标准。1994年，ISP和World FIP的北美分部合并成立了现场总线基金会（Fieldbus Foundation简称FF），推动了现场总线标准的制定和产品开发，并于1996年第一季度颁布了低速总线H1的标准，安装了示范系统，将不同厂商的符合FF规范的设备互连构成控制系统和通讯网络，使H1低速总线开始步入实用阶段。

　　与此同时，在不同行业还陆续派生出一些有影响的总线标准。它们大都在某些公司标准的基础上逐渐形成，并得到其他公司、厂商、用户及国际组织的支持。如德国Bosch公司推出的CAN（Control Area Network），美国Echelon公司推出的LonWorks等。预计在今后的一段时期内，会出现几种现场总线标准共存、同一生产现场有几种异构网络互连通讯的局面。但是发展共同遵从的统一的标准规范，真正形成开放的互连系统，将是现场总线技术的发展趋势。 现场总线技术是工业控制领域出一种新兴的控制技术，它是计算机技术，通信技术，集成电路技术及智能传感技术几种技术的结合，是当今自动控制技术发展的热点

，代表了工业控制 领域今后的一种发展方向。它的出现，将使传统的控制系统无论在结构上还是在性能上出现巨大的飞跃，可以说现场总线是控制领域的一场革命，它代表了一种有突破意义的新的控制思想，它将开辟一个新的时代。现场总线出现于80年代中后期，从本质上来说，它是一种数字通信协议，是一种应用于生产现场、在智能化控制设备之间实行双向串行通信、多节点的数字通信的系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使得自控系统和设备有了通信能力。现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）是继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，集中实式数字控制系统集散式控制系统DCS后的新一代控制系统。现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”使得“危险分散，控制分散”，但即使是现在流行的DCS 控制，其与工业过程打交道的过程控制站仍然还是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的4~20mA的模拟信号，这正是对分散控制，集中监控思想的违背。而FCS 控制系统真正做到了这一点，把控制彻底地下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集，数据处理，控制运算和数据输出大部分现场功能，只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。而且现场节点之间可以相互通信实现互操作，现场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机，有益于设备管理。