网络化测控技术

摘要计算机网络、自动控制、分布式人工智能等理论和技术的融合促进了网络化智能测控技术的产生，网络化智能测控技术的发展和广泛应用正改变着人们的生产和生活方式，也引起了相关技术和理论的变革。本文围绕工业现场测控网络、远程智能测控、网络化分布式智能测控等技术中的国内外研究热点问题，阐述了其发展现状及技术特点，分析了其关键技术及发展趋势。

关键词现场总线;工业以太网;嵌入式Internet远程测控; Multi-Agent系统

A bstract

The integration of theory and technology for computer network, automatic control, and distributed artificial intelligence have prompt the generation of intelligent measurement and control technology network. The development and wide application of the intelligent measurement and control technology network is changing people's production and life, but also caused a relevant technology and theory revolution. This paper focuses on industrial field measurement and control network, remote intelligent monitoring and control, intelligent monitoring and control of distributed network technology and international research and other hot issues, describes its development status and technical characteristics, analysis of the key technologies and trends.

Keywords: field bus; Industrial Ethernet; remote monitoring and control of embedded Internet; Multi-Agent System

1 引言

网络信息技术的迅猛发展和广泛应用，使许多科学技术和生产领域发生了巨大的变革。网络信息技术与智能测控技术的结合，产生了基于网络环境的智能测控新领域，两者的融合正使信息和控制两大领域的相关理论和技术得到迅速发展。工业现场测控网络、远程智能测控、网络化分布式智能测控等正成为国内外研究的热点。这些网络化智能测控技术的发展和广泛深入应用必将极大地改变人们的生产方式、工作方式和生活方式，引起技术的、经济的、社会形态的变革。本文将围绕这些热点问题，阐述其发展现状及技术特点，分析其关键技术及发展趋势。

2 工业现场测控网络技术的演进

2.1 集散控制系统

早期的测控系统是由单片机、PC机、工控机等为核心的多个分散单元构成，借助于S－100或STD等总线形成测控系统。这样的测控系统由于采用集中式控制方式,系统的可靠性低,现场连线长且多,稳定性较差，抗干扰能力较弱，难以实现大范围的有效测控。之后出现了集散控制系统（DCS），在90年代占主导地位。其核心思想是集中监视、分散控制，上位操作员站用于集中监视管理功能，若干台下位控制站下放分散到各子控制室实现分散控制，各上下位工作站之间用通讯网络互连实现相互间的信号传送，为操作员站—控制站—现场仪表设备的三层结构模式。DCS的联网手段和网络结构均不灵活，缺乏开放性。不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享。集散控制系统实质上是一种封闭专用的、不具互操作性的网络控制环境。

2.2 现场总线控制系统

在用户对网络控制系统提出的开放化、彻底分散化和降低成本的迫切要求下，现场总线控制系统诞生了。现场总线（Fieldbus）是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型标准。现场总线控制系统（FCS，Fieldbus Control System）是用开放的现场总线通讯网络将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的分布式实时网络控制系统。现场总线是一种开放的、具有可互操作性的实时通讯网，FCS将控制功能彻底下放分散到现场各控制器和仪表设备，提高了现场控制仪表设备的智能化程度和功能自治性，系统有更高的可靠性和灵活性、较低的安装及维护成本。

FCS是工作站—现场智能仪表设备的二层分布式结构，FCS废弃了DCS的控制站，把DCS控制站分散到现场仪表设备，实现了彻底的全分布式网络测控。功能的分散使得风险分散，因此FCS比DCS有较高的可靠性。

90年代兴起的现场总线技术对工业测控系统的发展带来了很大的影响，其产生的巨大经济效益使得欧美大型控制设备生产集团在近十年来围绕现场总线的国际标准展开了激烈的竞争，导致了多种标准并存的局面。国际电工委员会（IEC）在2000年1月通过了IEC61158国际标准，该标准包括8种类型的现场总线标准：FF－H1，Control Net, Profibus, P-NET, FF-HSE, Swift Net, WorldFIP及Interbus。每种类型的现场总线采用完全不同的通信协议，难以实现这些总线的相互兼容，这种多种现场总线并存竞争的局面还将长期存在。现场总线技术对于面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术起到了巨大的推动作用，然而其标准的多样性和开放的不彻底性又不尽人意。

2.3 工业以太网

2.3.1 工业以太网的提出

随着工业测控要求的不断提高，传输的信息量愈来愈大，要求的网络传输速率越来越高，现场总线简单的协议、较低的通信速率显出其不适应。另外，基于以太网技术的企业信息网