仪 表 技 术 2005年第 4期
FCS技术国内应用的现状及存在的问题
高培林，程 良鸿
(上海理工大学，上海 200093)
摘要 ：阐述 目前现场总线技术存在的问题及国内应用现状，并对有望解决这些问题的新技术给予了简单介绍。
关键词 ：现 场总线控制 系统 ；开放性 ；工业 以太网 ；OPC技 术 ；lnternet技 术
中图分类 号 ：TP393 文献 标识码 ：B 文章编号 ：1006—2394(2005)04—0068—02
Present Condition of FCS Technology Applied in China and Existing Problems
GA0 Pei．1in．CHENG Liang．hong
(University of Shanghai for Science& Technology，Shanghai 200093，China)
Abstract：The existing problems of FCS technology and the condition of it’S application in China were discussed in this paper． Some
new technology to solve these problems was introduced simply．
Key words：FCS；opening；industry Ethernet；OPC technology；lnternet technology
1 期望与现实的距离
1．1 多种标准并存
目前现场总线国际标准有 12种 ，各个标准都有其
特点 ，都有其不足，没有一种标准能够覆盖所有的应用
面。由于不同的现场总线的通信协议有很大差异，要实
现不同总线产品的互连非常 困难 。这使得 FCS的开放
性，分散性和可互操作性等特点难 以体现 ，给现场总线
技术的推广及现场总线控制系统的应用带来不利影响。
1．2 开放性
一 般认为 DCS和 PLC是 封闭性 的控 制系统 ，而
FCS是开放性的系统。在 l2种国际标准的后面 ，那些
支持它们的公司 ，其中不乏就是制造 DCS或者 PLC的
大厂商，很难保证 FCS的完全的开放性。
1．3 可互操作性
现场总线的主要特点之一是可互操作性 ，但现有
的 12种现场总线国际标准中，异种现场总线之间是不
能进行互操作的，虽说可以通过网关 (gateway)通信或
通过 OPC协议进行互操作 ，但这种互操作只能在各 自
的主机问进行，不能在彼此的现场仪表问进行 ，这种互
操作达不到系统的实时性要求 。在一种国际标准现场
总线的内部 ，进行互操作应该是没有问题的；实际应用
中发现，不同供应商提供同一现场总线标准的设备之
间不能完全实现互操作 。
1．4 现场设备缺少选择余地
一 方面标准过 多 ，另一方面却缺少选择余地。以
FF为例 ，用 于连续过程是较为有利的 ，FF的 H1开发
已有 l0多年了，但 到 2001年 5月 31日为止 ，还 只有
30余品种 83个现场仪表被正式注册可供选用，国内
没有一种产品注册 。近几 年来 ，虽然国内也有不少
厂家生产现场总线仪表 ，但品种 ，数量都 比较少 ，达不
到批量生产，成本据高不下，性能也不十分理想。
2 国内工程应用存在的问题
2．1 价格问题
FCS的主要特点是节省安装 费用和维护 开销 ，在
硬件的价格方面并不 比传统的 DCS或者 PLC低 ，甚至
要略高于它们。国外的 FCS应 用试点报告 已说 明了
这种情况 ，FCS的总费用低。但在国内，一方面用户对
硬件的价格十分敏感，而进口FCS硬件的价格高得惊
人；另一方面，由于国内目前人工费用低，所以工程设
计 ，管理 ，安装 ，调试等费用远 比国外低 。这是 FCS在
国内应用不多的一个重要原因。
2．2 冗余 问题
按照现场总线的设计思想 ，低速部分不需要冗余 ，
因为它 已经将危险分散 了。局部故障不 会导致全局的
故障。现场总线的智能化仪表又有实现维修预报的功
能 ，可以事先防范；而且万一现场仪表故障 ，调节 回路
失灵 ，也可以由主机进行操作干预。主机出现故障时，
现场仪表在现场自成调节回路而实现自主调节。但在
实际生产中的一些特殊应用场合，控制系统用户(尤
其是出现过由于控制系统失灵导致工厂事故的生产企
业)特别强调冗余，有的甚至要冗余到底(包括电源，
网络等等 )，而 目前 现 场总 线 国际 标 准 FF的 Fl和
Profibus的 PA都 没有冗余。当然 ，要 完全冗余 ，在技
术上不是完全不可能的 ，但这样一来 ，在经济上往往是
不允许 的。
收稿 日期 ：2005—03
作者简介：高培林(1972一)，男，硕士研究生，研究方向：现代工业控制技术；程良鸿，男，教授 ，硕士研究生导师。
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2．3 调试和运行维护 比预料的难
由于现场总线技术包含许多新的技术内容，尤其
是像 FF这样 的现场 总线本身相 当复 杂，在调试过程
和运行维护中经常会遇到这样那样的困难。
2．4 应用规模较小 ，与传统控制系统相比较优点不明显
FCS尽管已经发展多年 ，由于其经济性 ，安全性等
诸多方面的原因 ，目前应用主要集中在小系统 和旧系
统的改造 ，在大系统 、关键 系统 中不敢采用现场总线。
这导致两方面的问题 ：一方面 ，因系统小 ，没有把管理
自动化和远程诊断功能纳入系统 ，因此无法发挥现场
总线系统降低运行维护费用的优势 ；另一方面 ，应用规
模越大 ，它的优越性越能得到充分的体现，同时也能发
现它的缺陷 (一些 问题难 以 在小 系统应 用 中表现 出
来 )，从而使其不断得到完善和发展 ，逐步得到用户 的
认可和推广。仅在小系统中应用难以促进 FCS的快
速发展。
3 新技术展望
3．1 工业以太网技术
以太网适配器价格的大幅度下跌以及各种产品和
标准对以太网的支持是其成功的重要因素。企业 的信
息层大多数采用了以太 网的解决方案 ，当控制层和设
备层都采用以太网时，则可以实现各层之间信息的无
缝连接 ，并且整个 网络系统将是透明的。以太 网采用
IEEE802．3所定 义的数据传输协议 ，是一个开放 的协
议标准 ，从而为 PLC和 DCS厂家广泛接受 。在大多数
场合，它还可以使用现有的布线。此外，还允许逐步采
用新技术，可以一步步将网络升级。至于以太网存在
的不确定性 和实时性能欠佳 的问题 ，由于智 能集线器
的使用，主动交换功能的实现，优先权的引入以及双工
的布线等 ，基本上得到了解决 。通过提高数据传输速
率，仔细选择网络的拓扑结构及限制网络负载等，可以
将发生数据冲突的概率降到最低。这些都给以太网进
入实时控制领域创造 了条件。
3．2 OPC技术
OPC技 术以 OLE、组建对象模型 COM、分布式组
建对象模型 DCOM技术为基础，定义了一套适用于过
程控制应用 ，支持数据访问 、报警 、事件与历史数据访
问等功能的接 口，便于不同供应商的软硬件实现“即
插即用”的连 接与系统的集成 。当各现场设 备 、应用
软件都具有标准的 OPC接口时，便于集成不同数据源
的数据 ，使运行在不同平 台上 、用不同语言编写的各种
应用软件顺利集成。还可以跨越网络将不同网络节点
上的组建模型连接成应用系统，成为集成计算机应用
系统和软件的有效工具。OPC可以作为现场设备间
开放式数据交换的中间件，作为网段间数据共享的中
间件，作为集成 FCS，DCS与 PLC的中间件，作为访问
专有数据库的中间件 ，可以作为即插 即用的软件主板。
OPC技术为构建开放的自动化系统提供了有效的解
决方案和工具 ，成 为控制系统数 据交换 的核 心技术。
OPC DX(数据交换)、以太网(高速)和现场总线(低
速)三者的结合将在很多领域得到广泛的应用。
3．3 Internet技术
现场总线技术与互联网技术结合 已经成为当今现
场总线技 术发展的新亮点 。一方 面是因为它技术 成
熟 ，易于得到 ，性能价格 比高 ；另一方面是 因为技术的
发展 ，现场设备对通信性能的要求提高 ，原有的现场总
线技术难以满足应用要求，因而转向青睐互联网技术。
控制网络与互联网的结合无疑会拓宽测量控制系统的
范围与视野 ，为实现跨地 区的远程控制与故障诊断创
造了条件。人们可以在千里之外查询生产现场的运行
状态；方便地实现偏远地区生产设备的无人值守；远程
诊断生产过程或设备的故障等。在现场总线领域采用
快速以太网技术，以物美价廉的以太网设备代替控制
网络 中相对昂贵的专用设备是趋势之一。在现场设备
中内置 Web服务器使现场设备具有 网页发布功能 ，通
过网页与外界交换信息 ，应该说这是将互联 网设备的
功能与技术直接引入到现场总线设备的结果，当前许
多现场总线组织都在致力于与互联网技术相结合的现
场总线产品研发。
4 结束语
随着近年来各种新技术地不断涌现 ，新一代 工业
自动化系统也应运而生 ，目前正 向着整体 、综合 、集成
的方 向发展 。采用高可靠性智能化的现场总线控制系
统(FCS)，开发先进的过程控制策略(APC)；在各个层
次上实现在线 优化(OPC)；推行管理信 息系统 (MIS／
DSS)，进而开发 计算机 集成 的管理 与控制一 体化 系
统 ；部署企业资源计划系统 (MPR I1／EPR)，连接基 于
Internet的电子商务系统 ，已成为发达国家过程工业控
制与计算机在线应用 的标准发展模式 ，这也最终将成
为我国过程 自动化的发展方向。
参考文献 ：
[1]阳宪惠．现场总线技术及应用[M]．北京清华大学出版社 ，
l999．
[2]夏德海．现场总线的困惑、无奈与出路[J]．世界仪表与自
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[3]阳宪惠．开放工控系统的中间件一0Pc技术[J]．自动化博
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[4]邹益仁．现场总线控制系统的设计和开发[M]．北京：国防
工业 出版社 ，2003．
(许雪军编发)
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