FCS与网络集成方法优化

FCS是一种分布式网络控制系统，它的基础是现场总线，且位于网络结构的最底层，因而被称为底层网（Infranet）。FCS的上层是Intranet，Intranet下面可以挂接多个FCS或DCS的底层网或控制网络；Intranet的上层网是Internet，Internet下面可以挂接多个Intranet。FCS和网络的集成可以通过FCS和Intranet的集成、FCS和Internet的集成来实现。

1.FCS和Intranet的集成

高度分散的工业现场传感器、变送器以及执行器等智能设备通过现场总线网络连接到控制器或上位管理机上，构成局域网络控制系统。这种系统可以节省大量的传输导线，增强整个系统的扩展性，具有较长的传输距离和较强的抗干扰能力，可实现无上位机的全分布式无主工作，为工业控制和企业管理决策提供了一种全新的解决方案，大大促进了控制技术的发展和信息系统的集成。

FCS和Intranet的集成可以通过以下几种方法来实现。

（1）通过网桥、中继器等转换接口来实现

这种集成方式需要通过硬件来实现。在底层网段与中间监控层之间加入中继器、网桥以及路由器等专门的硬件设备，使底层控制网络与上层信息网络集成。硬件设备可以是一台专门的计算机，依靠其中运行的软件完成数据包的识别、解释和转换；对于多网段的应用，它还可以在不同网段之间存储转发数据包，起到网桥的作用。

通过转换接口实现集成的方式功能较强，但实时性较差。信息网络一般采用TCP/IP的以太网，而TCP/IP没有考虑数据传输的实时性，当现场设备有大量信息上传或远程监控操作频繁时，转换接口将成为实时通信的瓶颈。

（2）采用DDE技术

当FCS和Intranet之间具有中间系统或共享存储器工作站时，可以采用动态数据交换（Dynamic Data Exchange，DDE）方式实现两者的集成，其实质是各应用程序通过共享内存来交换信息，中间系统中的信息处理既是现场总线控制网络的工作站，也是Intranet中的工作站。其中运行两个程序：一是为Intranet数据库提供实时数据信息的通信程序；另一个是数据访问应用程序接口，它接收DDE服务器实时数据，并写入数据库服务器中，供信息网络实现信息处理、统计分析等功能。

DDE方式使用灵活、具有较强的实时性，且比较容易实现，可以采用标准的Windows技术。但是DDE的速度是主要问题，适合配置简单的小系统。

（3）采用OPC技术

图10-6 采用OPC技术的系统集成(www.xing528.com)

OPC（OLE for Process Control）是用于过程控制的对象链接与嵌入技术。它是由世界上多个自动化公司、软硬件供应商与微软合作开发的一套数据交换接口的工业标准，能够为现场设备、自动控制应用、企业管理应用软件之间提供开放的、一致的接口规范，为来自不同供应商的软硬件提供“即插即用”的连接。OPC采用客户/服务器（Client/Server）结构，服务器对下层设备提供标准的接口，使得现场设备的各种信息能够进入OPC服务器，从而实现向下互联；服务器对上层设备提供标准的接口，使得上层Intranet设备能够取得OPC服务器中的数据，从而实现向上互联，如图10-6所示。由于OPC技术的“即插即用”，设备可以很容易加入现有系统并立即使用，不需要复杂的配置，也不会影响现有系统。

（4）使用ODBC技术

ODBC（Open Database Connectivity）是开放数据库互联技术，是一种用来在相关或不相关的数据库管理系统（Database Management System，DBMS）中存取数据的标准应用程序编程接口（Application Programming Interface，API），是为用户提供简单、标准、透明、统一的数据库联接的公共编程接口，在各个厂家的支持下能为用户提供一致的应用开发界面，使应用程序独立于数据库产品，实现各种数据库之间的通信。

实时数据库与关系数据库是企业信息集成的重要支撑，是实现数据交换与资源共享的有效工具。ODBC技术可作为连接数据库的统一界面标准，通过它能创建与各种数据库进行交互的程序，是系统集成的又一有效工具。

（5）采用统一的协议标准

FCS和Intranet网络采用统一的协议标准将成为现场总线控制网络和Intranet集成的最终解决方案。由于控制网络和信息网络采用了面向不同应用的协议标准，两者集成需要进行数据格式的转换，这样既不能确保数据完整，又使得系统复杂化。但如果信息网络能提高其实时性，控制网络能提高其传输速率，则两者的兼容性就会提高；如果从现场控制层到远程监控层都使用统一的协议标准，则可以确保信息准确、快速、完整的传输，并能简化系统设计。发展成熟后的工业以太网就是这种最终解决方案的产物。

目前，像FF、PROFIBUS和WorldFIP等现场总线致力于使自己的通信协议尽量兼容TCP/IP协议，以便实现与以太网和Intranet的集成，最终实现统一的网络结构。

2.FCS和Internet的集成

在现代社会中，网络已把家庭、企业和社会连接在一起，而Internet也把整个世界紧密地联系起来。如果把控制网络中的实时控制信息和数据网络中管理决策信息结合起来，会使网络功能得到更大的发挥。

实现控制网络与信息网络的紧密集成是建立企业综合实时信息库的基础，可以保证系统数据的一致性、完整性和互操作性，能够为企业的优化控制、调度决策提供依据。

FCS和Internet的集成有两种方式，一种是FCS通过Intranet间接和Internet集成；另一种是FCS直接和Internet集成。

FCS和Intranet、Internet网络的集成可以构成远程监控系统，使用户通过信息网络中标准的图形界面实时掌握生产设备的运行状况、实现远程监控和诊断维护等功能，同时在完成内部管理的同时，还可以加强与外部信息的交流。