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摘 要： 考虑到集散控制系统（DCS）技术成熟、应用广泛以及生产过程的实际情况， 在现有的DCS控制系统中如何集成现场总线控制系统（FCS）的新技术是一个很重要的问题。本文在详细论述DCS与FCS的工作原理和不同特点的基础上比较了二者的优缺点，探讨了选择FCS时应注意的问题， 并就FCS与DCS 集成的问题， 简单介绍了一些思路和方法。
关键词： DCS；FCS；系统集成；系统设计
1 引言
随着生产由简单过程向大型化、集成化和复杂化方向发展， 与之相应的控制理论和技术、控制系统和工具都发生了很大的变化。集散控制系统（DCS）问世到现在， 已经广泛地应用于工业的各个领域。DCS在传统控制系统中引入计算机技术， 利用软件组成各个功能块替代过去传统的电动单元组合仪表，使得控制策略更容易实现。使用DCS 集散控制系统后， 非常方便灵活，这给控制领域带来了质的飞跃。但是从发展的眼光来看， 现在DCS已经暴露出来了它自身的弱点。随着现场总线控制系统（FCS） 的兴起， 拥有DCS产品的各大公司竞相开发新一代产品， 已确保在新的市场中不被淘汰。相比较于完全取代DCS系统，充分利用已有的DCS设施， 用现有DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS系统是首选之途。
2 系统集成的必要性
在现阶段，现场总线控制系统FCS与集散控制系统DCS 相互兼容有如下的必要性：
（1）从工程角度看， 现场总线具有良好的互操作性，同时结构简单， 布线费用低，控制功能分散，并且灵活可靠。然而如果企业建立有完善的DCS， 要集成FCS， 则必须仔细考虑现有投资对产业升级的回报率。
（2）从技术的继承及控制手段上，也要求FCS与DCS应相互兼容。FCS实现控制功能下移至现场层，使得DCS多层网络扁平化，各个现场设备节点的独立功能得以加强。因此，在FCS中有必要增加和完善子层设备间的数据通讯功能。
3 系统集成分析
FCS与DCS集成主要体现在现场通信协议的相容和组态、监控、操作软件的统一，即FCS实现基本的测控回路，DCS作为高一层的管理协调者实现复杂的先进控制和优化功能。FCS实现基本的测控回路，是控制系统获得原始数据的基础，在控制系统中至关重要。而对于不同的DCS系统必然要求不同的FCS型态，FCS的型态关系到集成性能的优劣，所以集成之前FCS的选型问题显得尤其突出。选择FCS时要综合各种影响因素，应着重从以下方面给予考察：
（1）布线安装
现场总线能节约大量布线和安装费用， 但必须结合具体情况区别对待。对于一个新建的控制系统，现场总线的确能节省大量的电缆、接线端子和I/ O接口卡，但是对于一个改建工程， 更新已有的电缆和设备就不太经济了，这时应考虑如何最大限度地利用现有的装置设施。此外，还应根据系统的实际情况采用合理的网络拓扑结构。FCS的初期投资中，布线安装费用占了相当一部分，因此对于实际系统应充分合理地利用已有的结构和配置，以降低成本，优化系统性能。
（2）系统结构
FCS系统具有两层结构，即控制层和执行层，而DCS系统是三层结构，即过程控制层、控制管理层和生产管理层。FCS中大量数据在执行层之间传递，同时现场设备的很多状态和诊断信息要向上位监控机传送，因此对网络的实时性要求很高，在数据量很大的情况下可能会出现阻塞； DCS更多的信息是在层与层之间传输，容易实现递阶控制以及子系统之间的协调，但数据传输速度较慢。用户在选择时应就上述FCS与DCS的结构差异认真考虑，不能盲目放弃已有的DCS系统。
（3）可用性与兼容性
可用性指系统是否包括完整的系列产品以满足用户特定的需求以及具体产品的使用特性。具体到FCS， 就要考虑厂家是否提供从现场智能变送器、执行器到网络管理设备、网络转换接口、人机接口界面的全系列产品。如果系统构成不完整，会给用户的系统集成和实际应用带来很大不便。此外， 还要考虑所选系统的向上和向下的兼容性，向下兼容性是对原有DCS系统的兼容性， 這对改建项目的用户尤其重要； 向上兼容性则是对后续FCS系统的兼容性， 即提供相应的接口设备支持先进的网络技术。
（4）开放性与互操作性
FCS最大的特点是采用统一的协议标准，因此具有很强的开放性和互操作性。虽然统一的协议是现场总线技术的发展方向，但是目前各厂家支持不同的现场总线协议标准，即已有的FCS 产品只能实现有限的开放性，因此用户在实施FCS时，需要在其中做出选择，详细考查厂家所提供的现场总线网络产品和现场智能设备是否通过权威机构的一致性和互操作性认证，是否能真正实现与其他厂家同协议产品的互连和互操作。在当前多种现场总线协议标准林立的情况下，用户应选择能最大限度地提供一致性和互操作性保证的现场总线产品。
（5）控制策略
FCS 更多地从网络硬件上考虑对DCS的改进，对于控制策略的加强，FCS效果不明显。DCS在先进控制方面已有多年应用，技术成熟。现场总线的功能模块一般只能解决基本的控制问题，如果用户希望通过FCS解决一些先进控制的难题，可以将FCS 集成到原有的DCS中，FCS实现基本的测控回路，DCS作为高一层的管理协调者实现复杂的先进控制和优化功能。
4 结论
现场总线控制系统FCS与集散控制系统DCS相比，具有价格低、性能好以及更加灵活等优势。但从工业控制领域现状来看，更多地考虑FCS与DCS的集成， 这样一方面保留了DCS丰富的监控、协调管理功能，另一方面也发挥了FCS网络化、分散化控制的优势，从而以较低的成本应用现场总线新技术，提高生产过程的综合自动化水平。■
参考文献
[1] 李玮. DCS向FCS平滑过渡的探讨[J]. ASE自动化系统工程， 2006， 2：20-22
[2] 阮惠卿. PLC_DCS_FCS三大控制系统[J]. 长春理工大学学报（综合版）2005， 1（4）： 119-121.
[3] 冯丽辉. DCS、FCS、CIPS 的集成与应用[J]. 工业仪表与自动化装置， 2002， 2：7-9.
[4] 吴登权. DCS与FCS控制系统集成方案[J]. 自动化应用， 2010， （5）：73-74.
[5] 殷红. DCS与FCS在控制系统中的应用比较[J]. 机械研究与应用， 2006， 19（5）： 66-67.
[6] 程晓琳， 徐用懋. FCS选型及与DCS 的集成[J]. 工业控制计算机，2000， 13（2）：1-4.
作者简介：张新亮，（1981.1--）男，汉族，重庆渝北人，硕士，讲师，研究方向：智能制造技术、数控技术与数控系统、PLC应用、金属热处理、材料成型技术。
关键词： DCS；FCS；系统集成；系统设计
1 引言
随着生产由简单过程向大型化、集成化和复杂化方向发展， 与之相应的控制理论和技术、控制系统和工具都发生了很大的变化。集散控制系统（DCS）问世到现在， 已经广泛地应用于工业的各个领域。DCS在传统控制系统中引入计算机技术， 利用软件组成各个功能块替代过去传统的电动单元组合仪表，使得控制策略更容易实现。使用DCS 集散控制系统后， 非常方便灵活，这给控制领域带来了质的飞跃。但是从发展的眼光来看， 现在DCS已经暴露出来了它自身的弱点。随着现场总线控制系统（FCS） 的兴起， 拥有DCS产品的各大公司竞相开发新一代产品， 已确保在新的市场中不被淘汰。相比较于完全取代DCS系统，充分利用已有的DCS设施， 用现有DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS系统是首选之途。
2 系统集成的必要性
在现阶段，现场总线控制系统FCS与集散控制系统DCS 相互兼容有如下的必要性：
（1）从工程角度看， 现场总线具有良好的互操作性，同时结构简单， 布线费用低，控制功能分散，并且灵活可靠。然而如果企业建立有完善的DCS， 要集成FCS， 则必须仔细考虑现有投资对产业升级的回报率。
（2）从技术的继承及控制手段上，也要求FCS与DCS应相互兼容。FCS实现控制功能下移至现场层，使得DCS多层网络扁平化，各个现场设备节点的独立功能得以加强。因此，在FCS中有必要增加和完善子层设备间的数据通讯功能。
3 系统集成分析
FCS与DCS集成主要体现在现场通信协议的相容和组态、监控、操作软件的统一，即FCS实现基本的测控回路，DCS作为高一层的管理协调者实现复杂的先进控制和优化功能。FCS实现基本的测控回路，是控制系统获得原始数据的基础，在控制系统中至关重要。而对于不同的DCS系统必然要求不同的FCS型态，FCS的型态关系到集成性能的优劣，所以集成之前FCS的选型问题显得尤其突出。选择FCS时要综合各种影响因素，应着重从以下方面给予考察：
（1）布线安装
现场总线能节约大量布线和安装费用， 但必须结合具体情况区别对待。对于一个新建的控制系统，现场总线的确能节省大量的电缆、接线端子和I/ O接口卡，但是对于一个改建工程， 更新已有的电缆和设备就不太经济了，这时应考虑如何最大限度地利用现有的装置设施。此外，还应根据系统的实际情况采用合理的网络拓扑结构。FCS的初期投资中，布线安装费用占了相当一部分，因此对于实际系统应充分合理地利用已有的结构和配置，以降低成本，优化系统性能。
（2）系统结构
FCS系统具有两层结构，即控制层和执行层，而DCS系统是三层结构，即过程控制层、控制管理层和生产管理层。FCS中大量数据在执行层之间传递，同时现场设备的很多状态和诊断信息要向上位监控机传送，因此对网络的实时性要求很高，在数据量很大的情况下可能会出现阻塞； DCS更多的信息是在层与层之间传输，容易实现递阶控制以及子系统之间的协调，但数据传输速度较慢。用户在选择时应就上述FCS与DCS的结构差异认真考虑，不能盲目放弃已有的DCS系统。
（3）可用性与兼容性
可用性指系统是否包括完整的系列产品以满足用户特定的需求以及具体产品的使用特性。具体到FCS， 就要考虑厂家是否提供从现场智能变送器、执行器到网络管理设备、网络转换接口、人机接口界面的全系列产品。如果系统构成不完整，会给用户的系统集成和实际应用带来很大不便。此外， 还要考虑所选系统的向上和向下的兼容性，向下兼容性是对原有DCS系统的兼容性， 這对改建项目的用户尤其重要； 向上兼容性则是对后续FCS系统的兼容性， 即提供相应的接口设备支持先进的网络技术。
（4）开放性与互操作性
FCS最大的特点是采用统一的协议标准，因此具有很强的开放性和互操作性。虽然统一的协议是现场总线技术的发展方向，但是目前各厂家支持不同的现场总线协议标准，即已有的FCS 产品只能实现有限的开放性，因此用户在实施FCS时，需要在其中做出选择，详细考查厂家所提供的现场总线网络产品和现场智能设备是否通过权威机构的一致性和互操作性认证，是否能真正实现与其他厂家同协议产品的互连和互操作。在当前多种现场总线协议标准林立的情况下，用户应选择能最大限度地提供一致性和互操作性保证的现场总线产品。
（5）控制策略
FCS 更多地从网络硬件上考虑对DCS的改进，对于控制策略的加强，FCS效果不明显。DCS在先进控制方面已有多年应用，技术成熟。现场总线的功能模块一般只能解决基本的控制问题，如果用户希望通过FCS解决一些先进控制的难题，可以将FCS 集成到原有的DCS中，FCS实现基本的测控回路，DCS作为高一层的管理协调者实现复杂的先进控制和优化功能。
4 结论
现场总线控制系统FCS与集散控制系统DCS相比，具有价格低、性能好以及更加灵活等优势。但从工业控制领域现状来看，更多地考虑FCS与DCS的集成， 这样一方面保留了DCS丰富的监控、协调管理功能，另一方面也发挥了FCS网络化、分散化控制的优势，从而以较低的成本应用现场总线新技术，提高生产过程的综合自动化水平。■
参考文献
[1] 李玮. DCS向FCS平滑过渡的探讨[J]. ASE自动化系统工程， 2006， 2：20-22
[2] 阮惠卿. PLC_DCS_FCS三大控制系统[J]. 长春理工大学学报（综合版）2005， 1（4）： 119-121.
[3] 冯丽辉. DCS、FCS、CIPS 的集成与应用[J]. 工业仪表与自动化装置， 2002， 2：7-9.
[4] 吴登权. DCS与FCS控制系统集成方案[J]. 自动化应用， 2010， （5）：73-74.
[5] 殷红. DCS与FCS在控制系统中的应用比较[J]. 机械研究与应用， 2006， 19（5）： 66-67.
[6] 程晓琳， 徐用懋. FCS选型及与DCS 的集成[J]. 工业控制计算机，2000， 13（2）：1-4.
作者简介：张新亮，（1981.1--）男，汉族，重庆渝北人，硕士，讲师，研究方向：智能制造技术、数控技术与数控系统、PLC应用、金属热处理、材料成型技术。