摘要：现场总线具有高性能和高可靠性特点，现已形成国际标准。现场控制总线系统比传统的集散控制系统的能力好，准确度高，误码率低。本论文通过对集散控制系统（DCS）与现场总线控制系统（FCS）的研究，阐述了集散控制系统发展到现场总线控制系统的进步性。同时，论文分析现场总线的体系结构、功能、类型，比较集散控制系统与现场总线控制系统的区别。本文从系统可靠性、管理维护要求、信息传输精度等方面进行了的对比分析，认为DCS在维持一定的活跃性同时，FCS也将成为工业控制领域发展的主流。
关键词：集散控制系统（DCS）；现场总线控制系统（FCS）；比较研究
集散控制系统DCS的本质是以微处理为基础，综合4C技术（计算机技术、测量控制技术、通信网络技术、屏幕显示技术）成果，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的综合计算机控制系统。从80年代中期起，在集散控制系统蓬勃发展的基础上，一种更为开放的现场总线开始出现。现场总线是一种适用于工业现场控制的网络集成式全分布控制系统FCS。本文对集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的构成和特点进行比较和分析，分析了两种系统之间的优劣并阐述了二者之间的联系和发展趋势。
一、FCS的特点研究
现场总线控制系统FCS（Field Bus Con-trol System）是基于现场总线技术的控制系统。现场总线是用于现场仪表与控制系统之间的一种分散、全数字化、智能、双向互联、多变量、多点、多站的通信网络系统。现场总线控制系统由于采用了智能现场设备，把控制功能直接置于现场设备之中，各输入输出模块置入现场设备，现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，实现了彻底的分散控制。采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号同时为多个设备提供电源，且不在需要A/D，D/A转换部件，概括而言FCS具有以下8个特点：
（1）具有较高的数据传输率，合理资源分配，源能够及时收发信息。
（2）可实行点对点，一点对多点的数字通信，要求不同制造商生产的装备能相互理解所传信息。
（3）要求不同制造商生产的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（4）通信协议公开，各设备之间可进行互连并实现信息交换。
（5）设备的智能化与功能自治性。
（6）节点和成本价格低，传输介质较廉价。
（7）解决防爆问题，满足本质安全防爆要求。
（8）解决环境适应性问题，具有较强的抗干扰能力
由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简单化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。
二、DCS的特点研究
集散控制系统DCS（Distributed Con-trol System）又称为分布式计算机控制系统，是是以微处理器为核心，实现地理上和功能上相对分散的控制系统，它通过数据通道把各个分散点的信息集中起来，进行集中的监视和操作，具有事故分析、性能计算、历史数据存储、分析、各种报表生成、打印等功能，目前已经在国内外得到非常广泛的应用。在DCS系统中，测量变送、执行器一般由模拟仪表来完成，他们与控制室的监控计算机共同构成控制系统，是模拟和数字混合系统，可实现高级复杂规律的控制， DCS可以概括为以下7个特点：
（1）集散控制系统是综合4C（Con-munication、Computer、Control、CRT）技术于一身的综合计算机控制系统。开发系统难度程度较低。
（2）可以执行从常规的PID运算到Smith预估，三阶矩阵乘法等各种运算。
（3）具有树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
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（4）回路控制功能由现场控制站完成，系统可有多台现场控制站，每台控制一部分回路。
（5）人机界面由操作员站实现，系统可有多台操作员站。
（6）采用局部网络通信技术，操作员站均通过数字通信网络实现连接。
（7）成本较高，不同厂家产品之间缺乏互操作性，互换性。
三、FCS和DCS的差异比较
1、FCS系统比DCS系统更好地体现了“信息集中，控制分散”的思想。由于DCS的不彻底的开放性，不同厂家的产品不能互换、互联、限制了用户的选择范围。而FCS具有开放性，遵循公开统一的技术标准，可实现设备互操作性和互换性。
2、DCS为模拟数字混合系统，FCS是分步式网络自动化系统。DCS采用独家封闭的通信协议，而FCS采用标准的通信协议。DCS属于多级分层网络结构，FCS则为分散控制结构。故FCS比传统DCS性能好，准确度高，误码率低，组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。
四、前景展望与总结论述
现场总线技术自出现就与DCS密不可分，DCS的进步伴随着现场总线的发展。在一些的应用场合中，现场总线的引入大大改变了DCS的体系结构。例如，在地理上分散的多组独立的闭环控制应用中，现场总线仪表和执行器之间可以直接进行数据交换，无需独立的DCS上层控制器，就可以在当地完成闭环控制，大大降低了系统的造价。在这种应用中，DCS结构发生较大的变化，可以认为DCS已经转变为FCS。所谓的FCS是一种高度分散的控制系统，实现一种扁平化的结构，是以现场总线为中心的控制系统，而不是采用DCS的控制器为中心的结构。但是在另外一些应用中，现场总线只是代替了原来的信号传输通道，对DCS结构基本没有影响。
DCS当前正面临着FCS技术的挑战。尽管现场总线的国际标准不理想，但是作为一种技术趋势已经是不可阻挡的了。FCS的出现导致了传统自动化控制系统结构的变革，使工业控制体系向网络化、集成化、智能化方向发展，顺应了控制系统的发展潮流，FCS代表了一种有突破意义的控制思想。由于DCS目前在全世界应用广泛，能满足当前控制的基本要求，从经济上考虑，完全抛弃掉原来的DCS而换成全新的FCS系统并不合算；从技术上考虑，虽然FCS采用的技术比较新，也比较先进，但近年来DCS在可靠性、开放性、标准化方面也有很大的进步。所以，只是将过去处于控制系统主导地位转为现场总线的一个站点上去，所以仍有一定的市场活跃性。但是DCS通常是一对一单独传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于“失控”状态，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。
而以现场总线系统为代表的新一代控制系统是连接了智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一对双绞线上可挂接多个控制设备，大大节省了安装费用和维护开销；提高了系统的可靠性；为用户提供了更为灵活的系统集成主动权，而这些正是DCS的缺点。
五、结束语
受技术发展的推动和商业利益的驱使，新型的技术将不断地应用到新一代的控制系统中去，具有HART协议、FF、ProfibusDP、CAN和其他种类的总线技术仪表在过去几年得到比较好的发展，智能变送器、智能流量计、智能液位计等类型的智能测量仪表已经广泛地应用于生产过程中，并得到了用户的好评，因此以现场总线为代表的新一代控制系统FCS将得到较大的发展。
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论文作者:盛佳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/2
标签：控制系统论文; 现场总线论文; 系统论文; 现场论文; 设备论文; 结构论文; 分散论文; 《电力设备》2018年第7期论文;