DCS、FCS、CIPS 3种系统的集成与应用

3DCS、FCS、CIPS的集成

计算机网络技术的发展，解决了企业办公自动化的问题，即企业高层的计算机设备互连问题较易实现。而企业过程控制级采用的设备可能是各个时期或各个厂家的产品，是个异构环境。考虑控制技术和生产的延续性与企业的投资效益，不可能完全摈弃原有可行系统，而采用全新技术和设备。企业现场控制网络必将出现多种总线共存、多种系统集成和多种技术集成的局面。

3．1　FCS与DCS的集成

多种系统的集成是指现场总线控制系统FCS与传统控制系统（DCS、PLC……）的集成及各种现场总线控制系统FCS之间的集成（因目前仍存在多种现场总线协议，如：FF、Profibus、CAN、LonWorks和HART等）。

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。



DCS应用广泛、技术成熟，尤其它在先进控制方面已有多年应用。现场总线的功能模块一般只能解决基本的控制问题，而且在现有的技术条件和市场条件下，FCS还不能完全取代DCS，而应考虑两者的集成，以综合DCS和FCS的优势。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。

目前，DCS和FCS可以在3个层次上实现集成，如图3—1a、图3—1b、图3—1c所示；

a．现场总线集成在DCS的I／O层次上，即现场总线设备在DCS中作为I／O卡件的功能出现。

b．现场总线集成在DCS网络上，即现场总线通过一个现场总线接口单元挂在DCS的通信网络上。

c．DCS和FCS独立工作，通过网关实现通信协议的转换和信息的互访。

以上3种集成途径的应用中可能会遇到一些实际困难，因DCS的设计要素不同于FCS，DCS的封闭性限制了现场总线分散化、网络化特点的实现。不同的DCS与不同的FCS集成需相应的转换协议，会出现多种协议共存于现场控制网络的局面。

3．2　基于现场控制网络的CIPS

CIPS是集管理与控制于一体的综合自动化系统，往往采用多级递阶控制体系结构（基本控制→先进控制→约束控制→局部优化→全局优化→综合管理与决策）和“分解／综合、协调”的方法。现场控制网络是传输过程信息的基础与关键，是CIPS数据信息流的起点。只有获得过程的大量信息，CIPS才能进行系统的优化、综合管理与决策。

通常大型CIPS网含有4类网：最上层采用广域网（WAN）、上层采用办公自动化局域网（TOP），中间层采用制造自动化协议MAP主干网，下层采用现场控制网（工厂底层控制网）。这4类网可通过网桥（Bridge）、路由器（Router）和网关（Gateway）互联成CIPS网或Intranet网。

基于现场总线或DCS网络的大中型CIPS网有WAN／TOP／MAP／Fieldbus or DCS网络结构和TOP／MAP／Fieldbus or DCS网络结构、小型CIPS网有LAN／Fieldbus or DCS网络结构及LAN／DCS＋Fieldbus网络结构（即现场控制网络为DCS与FCS的集成）。

近两年来许多控制系统设备供应商纷纷采用Ethernet作为工厂底层控制网络的信息传输主干，用以连接系统监控设备和现场高级智能设备且TCP／IP进入现场，使得工厂的管理可以直接进入控制现场。在工业现场最为典型的应用形式是Ethernet＋TCP／IP，基于Ethernet＋TCP／IP的传感器、变送器可以直接成为网络的节点，其控制参数和它的状态可以直接在企业信息网络内传输和共享，从而避免了DCS和FCS因存在多种协议而难集成的局面。

4　结束语

DCS应用广泛、技术成熟，但各厂家的DCS自成封闭的通信体系，难以实现全企业内信息的集成与综合。

FCS具有全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站、互操作的特点。

FCS可视为DCS向下全数字开放的结果，CIPS可视为DCS向上扩展的产物。FCS和DCS侧重于过程的监控与管理，CIPS侧重于企业内信息集成、综合管理与决策。DCS和FCS是CIPS数据信息流的起点。CIPS系统实现的关键技术是网络技术，网络是命脉。今后的自动化系统主要呈现出开放化、集成化、智能化、信息化和网络化的特点。