【摘要】 隨著網絡通信技術、計算機硬件技術、現場總線技術等信息技術的發展 ，工業控製係統己成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支，特別是 DCS （分 散 式控製係統）。 本文給出基於 FDT 技術，集成現場總線（ Fieldbus ）的 分散控製係統（ DCS ）一體化網絡解決方案設計方法，在現階段 DCS 應用開發過程中 具有較好的應用推廣價值 。
【關鍵字】 FDT DTM DCS Fieldbus 分散控製係統 現場總 線
1 分散控製係統發展趨勢 從 50 niandaimoqi，jisuanjikaishiyingyongyugongyeguochengkongzhilingyu，shuzishikongzhijishuqudelechangzudefazhan，cihouweichulijijishuheshuzitongxunjishudefeisufazhan，cushile 1975 年分散控製係統的誕生。三十年來，分散控製係統在工業生產過程中迅速普及，目前廣泛應用於電力、石化、冶金等行業，分散控製係統的應用大幅度地提高了生產過程的安全性、經濟性、穩定性和可靠性。
隨著網絡通信技術、計算機硬件技術、現場總線技術、各種組態軟件技術、數據庫技術等信息技術的發展，以及用戶對先進的控製功能與管理功能需求的增加，近年來，各 DCS 廠商紛紛推出以 Information ( 信息 ) 和 Integration （集成）為主要標誌的第四代分散控製係統（ DCS ）。
信息化體現在各 DCS 係統已經不是一個以控製功能為主的控製係統，而是一個充分發揮信息管理功能的綜合平台係統； DCS 的集成性則體現在功能的集成和產品的集成。過去的 DCS 廠商基本上是以自主開發為主，提供的係統也是自己的係統。當今的 DCS 廠商更強調的係統集成性和方案能力， DCS 中除保留傳統 DCS 所實現的過程控製功能之外，還集成了 PLC （可編程邏輯控製器）、 RTU （采集發送器）、 FCS （總線控製係統）、各種多回路調節器、各種智能采集或控製單元等，形成包容了過程控製、邏輯控製和批處理控製的混合控製係統。
如何讓 DCS 更好的包容 FCS ，實現真正的 DCS ，充分展示 DCS 平台的開放性與服務的專業化，為不同的用戶提供專業化的解決方案並實施專業化的服務，將是今後各 DCS 廠家和係統集成商競爭的焦點，同時也是各廠家盈利的主要來源。
2 現場總線及應用現狀 現場總線（ Fieldbus ）是 90 年代中期發展起來的一種新技術，是將現場的控製器和智能儀表設備互連的實時控製通訊網絡，遵循 ISO 的 OSI 開放係統互連協議，雙向傳輸，支持雙向多節點，總線式的全數字通訊。現場總線技術順應了“智能化，數字化，信息化，網絡化，分散化”的de自zi控kong技ji術shu發fa展zhan的de主zhu流liu，是shi當dang今jin自zi動dong控kong製zhi技ji術shu發fa展zhan的de熱re點dian，代dai表biao了le工gong業ye控kong製zhi領ling域yu今jin後hou的de一yi種zhong發fa展zhan方fang向xiang。隨sui著zhe市shi場chang需xu求qiu的de急ji劇ju增zeng長chang和he包bao括kuo智zhi能neng儀yi表biao在zai內nei的de現xian場chang總zong線xian產chan品pin的de大da量liang出chu現xian，現xian場chang總zong線xian技ji術shu在zai工gong業ye控kong製zhi領ling域yu將jiang會hui扮ban演yan越yue來lai越yue重zhong要yao的de角jiao色se。
但總線目前處於多種並存的局麵， 成為國際標準的現場總線和工業以太網就有數十種； FCS 與成熟的 DCS 相(xiang)比(bi)，由(you)於(yu)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)標(biao)準(zhun)本(ben)身(shen)在(zai)發(fa)展(zhan)中(zhong)，從(cong)而(er)給(gei)產(chan)品(pin)的(de)開(kai)發(fa)和(he)測(ce)試(shi)帶(dai)來(lai)難(nan)度(du)，大(da)多(duo)數(shu)用(yong)戶(hu)更(geng)傾(qing)向(xiang)於(yu)對(dui)他(ta)們(men)現(xian)有(you)的(de)儀(yi)表(biao)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)逐(zhu)步(bu)的(de)增(zeng)添(tian)和(he)替(ti)換(huan)；其次，在某些場合中， FCS 還無法提供 DCS 已有的控製功能；再者， DCS 係統及其儀表的消失或完全被取代，對於費用或人力而言也都是不合理的。現階段最可行的方案是考慮如何使現場總線與傳統的 DCS 係統盡可能地協同工作，這種集成方案能夠得到靈活的係統組態，以適用於更廣泛的、富於實用價值的應用。現場總線集成於 DCS 係統是現階段控製網絡的發展趨勢。
3 FDT 技術 FDT ( Field Device Tool) 是一種開放、獨立、公開的軟件接口規範。該規範描述了工程框架和設備軟件組織之間的軟件接口和相互關係。 FDT 規範主要包括二個要素：設備類型管理器 (DTM) 、框架應用程序 (FA) 。它們是基於客戶端與服務器模型，其中 DTM 作為框架應用程序管理的服務器組件。
3.1 FDT 框架應用程序 (FA) FDT 框架應用程序提供 FDT 接口，可以集成各種類型的 DTM ，並通過 DTM 訪問現場設備，實現數據的交互與管理。 FDT 框架應用程序保證了係統的一致性，並可實現多用戶環境與客戶服務器操作。
3.2 設備類型管理器 (DTM) 設備類型管理器（ DTM ）是一種設備描述軟件的組件，由現場設備製造商提供，它必須在 FDT 框架程序中運行。 DTM 通過滿足此規範的 FDT 接口被集成到工程係統中。集成的方法向大多數的現場總線設備開放並且滿足了不同類型的設備集成到異構控製係統的需要。 DTM 提供了簡單的圖形用戶界麵，了解硬件的邏輯規則，參數設定與配置信息。它可以分為三類：直接訪問通訊模塊的被稱為通訊 DTM ；用來作為不同通訊協議間路由的稱為網關 DTM ；代表現場設備的稱為設備 DTM 。設備 DTM 必須要通過通訊 DTM 或網關 DTM 來訪問各種智能設備。
FA 與 DTM 之間 C/S 交互模式如圖 1 所示：
4. 基於 FDT 集成 Fieldbus 的 DCS 係統模型 在zai一yi個ge傳chuan統tong的de控kong製zhi係xi統tong項xiang目mu中zhong大da量liang的de來lai自zi不bu同tong供gong應ying商shang的de不bu同tong類lei型xing設she備bei使shi係xi統tong的de組zu態tai任ren務wu十shi分fen費fei時shi費fei力li。工gong程cheng人ren員yuan必bi須xu掌zhang握wo不bu同tong的de工gong具ju使shi數shu據ju在zai這zhe些xie工gong具ju之zhi間jian交jiao換huan。由you於yu數shu據ju交jiao換huan方fang式shi沒mei有you標biao準zhun化hua，所suo以yi經jing常chang必bi須xu將jiang數shu據ju進jin行xing轉zhuan換huan，這zhe需xu要yao很hen精jing深shen的de專zhuan業ye知zhi識shi。為wei了le保bao證zheng數shu據ju、文件、zutaixinxiwanquanzhuanhuan，bixuduixitongjinxingshifenyangedeceshi。ciwai，zhongyangkongzhishiduixitongdejiankongwufafugaixianchangzongxianshebeidequanbugongneng，butongdeshebeizhuanyonggongjuyewufazhenghedaoxitongruanjiangongju。suizhegongyewangluotongxinxieyiyuelaiyueduo，geiyonghudexitongjichengdailaihenduokunhuohekunnan。weilebabutongbiaozhundewangluo、不同廠商的設備集成到一起並整合到同一用戶界麵，用戶不得不承受很高的代價，承擔很大的係統穩定和安全風險。
F D T 出(chu)現(xian)，很(hen)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)的(de)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，把(ba)多(duo)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)易(yi)用(yong)的(de)用(yong)戶(hu)平(ping)台(tai)，充(chong)分(fen)利(li)用(yong)設(she)備(bei)供(gong)應(ying)商(shang)在(zai)設(she)備(bei)上(shang)傳(chuan)遞(di)的(de)專(zhuan)業(ye)知(zhi)識(shi)，降(jiang)低(di)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)的(de)成(cheng)本(ben)和(he)風(feng)險(xian)。結(jie)合(he)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)（ Fieldbus ）新特性，將 FDT 技術應用於分散控製係統（ DCS ）中，一方麵，降低 DCS 廠商開發 DCS 係統集成現場總線（ Fieldbus ）的難度，將多種現場總線友好的集成到 DCS 係統中；另一方麵，充分利用設備供應商在設備上傳遞的專業知識，豐富和提升 DCS 係統功能，向信息化和集成化方向發展，實現真正的 DCS 。
體係結構主要分為四層結構：現場儀表層、控製單元層、工廠（車間）層和企業管理層，其係統結構圖如下：
係統結構圖
在此種集成現場總線的 DCS 係統結構體係中，自下而上，現場總線可與 DCS 的 I/0 總線、過程總線集成，或通過網關與 DCS 係統並行集成。 DCS 係統中的 I/O 總線其實也是一種現場總線，現場總線與 I/O 總線的集成其實是不同總線協議之間的互聯互通，其關鍵是通過一個現場總線接口卡掛接到 DCS 的 I/O 總線上，把現場總線當中的數據信息映射成原有 DCS 的 I/O 總線上相對應的數據信息；現場總線於 DCS 過程總線層的集成是把現場總線通過接口卡掛到 DCS 係統的網絡層，現場總線中的控製信息和測量信息都可以通過 DCS 的操作員站進行瀏覽並進行修改；現場總線與 DCS 係統並行集成，是現場總線通過網關與 DCS 係統實現信息互聯，現場總線本身是一套 FCS 係統。這種集成中 FCS 係統和 DCS 係統是完全獨立的。
係統的研發與傳統 DCS 研發相比主要在硬件和軟件兩部分增加相應的功能。
硬件部分：自下而上完成現場總線協議（ FF 、 HART 、 Profibus 等）到私有協議的轉換，包括相關支持硬件部分。
軟件部分：（ 1 ）基於 FDT 規範接口協議，完成 FDT 應用程序框架及與協議匹配的通信 DTM 、網關 DTM 的開發；（ 2 ）與 DCS 上位機軟件交互接口，便於 DCS 上位機軟件集成；（ 3 ）與企業管理軟件交互接口，為信息化提供數據。
工作流程為：框架應用程序發出命令；設備 DT M 向通信 DTM 發送請求；通信 DTM 向網絡發送通信命令；通信 DTM 對設備 DT M 的請求做出回應，設備 DT M 將采集到的數據顯示在它的用戶界麵。 DCS 上位機軟件和企業管理軟件通過 FDT 接口與 DTM 的數據交互獲得非實時數據，監控層與企業管理層也能隨時了解設備狀況和整個工廠的生產情況。
基於 FDT 集成 Fieldbus 的 DCS 係統，它將集數據采集與數據分析、遠程配置與診斷、在線調校、標定管理、預測性維護、日誌記錄跟蹤、設備資產管理功能於 DCS xitongyiti。weikehuzaijiejuefeixianchangguochengkongzhitongshi，tigongdeshebeiguanliyuweihugongneng，shizhinengshebeizishennenggoufahuizuidadeshengchanxiaoyi，jianshaoyibiaodesunhaobingjiangdiweihuchengben，weiyonghutigongyigekuaisu、方便、統一的管理平台，不僅可以使工廠在減少操作、維護的工作量和運營成本，大幅提高工廠設備的可用性、生產能力和產品質量，而且可以實現設備管理係統與 DCS 的無縫集成。可以方便地將不同的廠家設備、不同的係統、不同的運行軟件集成為一個整體，從而為智能設備預防性維護、預測性維護及前攝性維護提供一體化解決方案。
5 結語
本文介紹的係統作為對常規 DCS 係統的一種改進係統，突出了如何借助 FDT 技術充分發現場總線控製係統的優越性，真正實現 DCS 的開放性及互操作性，推進 DCS 向信息化、集成化方向發展；在其他工業應用場合，都具有較好的應用推廣價值。
