1 引 言
跟着出产由简略进程向大型化、接连化、集成化和杂乱化方向开展，与之相应的操控技能、操控理论、操控体系和操控东西都发生了很大的改变。即操控技能由单变量操控技能开展到多变量和谐操控技能；操控理论由经典操控理论（依据频域法）开展到现代操控理论（依据时域法）和智能操控理论（依据规矩、常识）；操控体系由简略操控体系（如：PID操控、串级、比值、前馈、Smith等）开展到先进操控体系（如：猜测、揣度、含糊、神经、鲁棒等操控）和归纳自动化体系（操控、办理与决议方案一体化）；操控东西由惯例仪器仪表开展到核算机及其网络。
核算机技能的开展为先进操控的完结奠定了物质根底，而操控技能的使用又促进了核算机技能的开展，两者密切相关。以核算机为主的操控体系阅历了DDC（Direct Digital Control—单机操控体系）、DCS（Distributed Control System—集散操控体系）、FCS（Field Bus Control System—现场总线操控体系）和CIPS（ComputerIntegrated Process System—核算机集成进程操控体系）四个开展阶段。
DDC操控会集、风险也会集，一般选用双机／多机体系冗余结构，来确保操控体系的可靠性。为进一步进步操控体系的可靠性，70年代中推出了DCS体系。80年代中～90年代初是DCS开展的高峰时期，DCS使用广泛，技能老练。国内企业纷繁引入各种成套的DCS产品，如Honywell的TDC－3000／S9000、WestingHouse的WDPFⅡ／Ⅲ、Bailey的INFI－90、Foxboro的I／AS系、横河的Centum－XL／μXL等。但各厂家的DCS自成关闭的通讯体系，难以完结企业界各种DCS体系的集成与归纳。
90年代呈现的新式FCS则突破了DCS体系中通讯由专用网络的关闭体系来完结所构成的缺点，把依据关闭、专用的处理方案变成了依据公开化、规范化的处理方案。FCS及其使用是当今研讨的热门。
以现场总线／DCS为根底的归纳自动化体系CIPS集进程操控与归纳办理（运营决议方案、办理、方案、调度等）于一体，便于企业能快速习惯风云改换的商场，以增强企业的竞争力。CIPS的完结是未来寻求的方针。
2 DCS、FCS、CIPS的体系结构与特色
2．1 DCS
典型DCS体系的体系结构一般为三层，即办理级、监控级（工程师站／操作站）和进程操控级，有三DCS进程操控器与现场变送器、执行器之间的衔接选用1对1的设备衔接办法，需耗费很多的衔接电缆且装置和保护费时吃力，如图2—1所示。DCS属“半数字”体系，还需很多的AI／AO、DI／DO和PI／PO等中心模板来完结模拟量与数字量间的信息转化。
2．2 FCS
FCS体系因为选用了智能现场设备和现场总线，具有以下长处：
①选用一对N的设备衔接办法，成本低
FCS属“纯数字”体系，无需AI／AO、DI／DO和PI／PO中心模板。依据现场总线的现场设备与操作站之间是一种全数字化、串行、双向、多站的通讯方式，体系的可靠性高。并且，用数字信号代替模拟信号传输，在一对双绞线或一条电缆上可挂接多个现场设备，节约硬件数量与出资，节约装置费用，体系的成本低，如图2—2所示。
②完结了彻底的涣散操控
能够将原先DCS体系中处于操控室的操控功用置入现场设备，直接在现场完结，即就地收集信息、就地处理、就地操控。上位机首要对其进行整体监督、和谐、优化操控与办理，完结了彻底的涣散操控。
③敞开性与互操作性简化了体系的集成 现场总线的最大特色是选用一致的协议规范，使之具有敞开性和互操作性，不同厂家的现场设备可便利地接入同一网络中，且可彼此拜访，简化了体系的集成。
④信息归纳，组态灵敏
经过数字化传输现场数据，FCS能获取现场设备的各种状况、确诊信息，完结实时的体系监控和办理。FCS引入了功用块概念，使得组态非常便利、灵敏，不同现场设备中的功用块能够构成完好的操控回路；可在上位机上进行组态，完结之后再下装至现场设备；用户依据标识符来指定某一设备，不需考虑设备地址、存储地址等。
总归，现场总线具有全涣散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站、互操作的特色，是进程操控体系完结的根底，也是归纳自动化体系CIPS数据信息流的起点。
2．3 CIPS
集惯例操控、先进操控、在线优化、出产调度、企业办理、运营决议方案等功用于一体的归纳自动化体系CIPS是当时自动化开展的趋势和热门。CIPS是在核算机通讯网络和分布式数据库的支撑下，完结信息与功用的集成、归纳办理与决议方案，终究构成一个能习惯出产环境不确定性和商场需求多变性的大局最优的高质量、高柔性、高效益的智能出产体系。
依据接连出产进程操控与工程整体优化、信息集成的需求，CIPS工程可由出产进程操控分体系、企业归纳办理分体系、集成支撑分体系、人与安排分体系4个分体系及相应的基层子体系组成，如图2—3所示。
3 DCS、FCS、CIPS的集成
核算机网络技能的开展，处理了企业办公自动化的问题，即企业高层的核算机设备互连问题较易完结。而企业进程操控级选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。考虑操控技能和出产的延续性与企业的出资效益，不可能彻底抛弃原有可行体系，而选用全新技能和设备。企业现场操控网络必将呈现多种总线共存、多种体系集成和多种技能集成的局势。
3．1 FCS与DCS的集成
多种体系的集成是指现场总线操控体系FCS与传统操控体系（DCS、PLC……）的集成及各种现场总线操控体系FCS之间的集成（因现在仍存在多种现场总线协议，如：FF、Profibus、CAN、LonWorks和HART等）。
FCS与DCS集成首要体现在现场通讯协议的相容和组态、监控、操作软件的一致。
DCS使用广泛、技能老练，特别它在先进操控方面已有多年使用。现场总线的功用模块一般只能处理根本的操控问题，并且在现有的技能条件和商场条件下，FCS还不能彻底替代DCS，而应考虑两者的集成，以归纳DCS和FCS的优势。即FCS完结根本的测控回路，DCS作为高一层的办理和谐者完结杂乱的先进操控和优化功用。
现在，DCS和FCS能够在3个层次上完结集成，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卡件的功用呈现。
b．现场总线集成在DCS网络上，即现场总线经过一个现场总线接口单元挂在DCS的通讯网络上。
c．DCS和FCS独立作业，经过网关完结通讯协议的转化和信息的互访。
以上3种集成途径的使用中可能会遇到一些实际困难，因DCS的规划要素不同于FCS，DCS的关闭性束缚了现场总线涣散化、网络化特色的完结。不同的DCS与不同的FCS集成需相应的转化协议，会呈现多种协议共存于现场操控网络的局势。
3．2 依据现场操控网络的CIPS
CIPS是集办理与操控于一体的归纳自动化体系，往往选用多级递阶操控体系结构（根本操控→先进操控→束缚操控→局部优化→大局优化→归纳办理与决议方案）和“分化／归纳、和谐”的办法。现场操控网络是传输进程信息的根底与要害，是CIPS数据信息流的起点。只要取得进程的很多信息，CIPS才干进行体系的优化、归纳办理与决议方案。
一般大型CIPS网含有4类网：最上层选用广域网（WAN）、上层选用办公自动化局域网（TOP），中心层选用制作自动化协议MAP骨干网，基层选用现场操控网（工厂底层操控网）。这4类网可经过网桥（Bridge）、路由器（Router）和网关（Gateway）互联成CIPS网或Intranet网。
依据现场总线或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（即现场操控网络为DCS与FCS的集成）。
近两年来许多操控体系设备供货商纷繁选用Ethernet作为工厂底层操控网络的信息传输骨干，用以衔接体系监控设备和现场高档智能设备且TCP／IP进入现场，使得工厂的办理能够直接进入操控现场。在工业现场最为典型的使用方式是Ethernet＋TCP／IP，依据Ethernet＋TCP／IP的传感器、变送器能够直接成为网络的节点，其操控参数和它的状况能够直接在企业信息网络内传输和同享，然后避免了DCS和FCS因存在多种协议而难集成的局势。
4 结束语
DCS使用广泛、技能老练，但各厂家的DCS自成关闭的通讯体系，难以完结全企业界信息的集成与归纳。
FCS具有全涣散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站、互操作的特色。
FCS可视为DCS向下全数字敞开的成果，CIPS可视为DCS向上扩展的产品。FCS和DCS侧重于进程的监控与办理，CIPS侧重于企业界信息集成、归纳办理与决议方案。DCS和FCS是CIPS数据信息流的起点。CIPS体系完结的要害技能是网络技能，网络是命脉。往后的自动化体系首要呈现出敞开化、集成化、智能化、信息化和网络化的特色。
