PSS PS 24 Power Supply,301051 系统对相关标准具有一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换，通过现场总线可构筑自动化领域的开放互连系统。系统的开放性决定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互连设备间、系统间信息传送与沟通；而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。作为工厂网络底层的现场总线还对现场环境有较强地适应性。它支持双绞线、同轴电缆、光缆、无线和电力线等，具有较强的抗干扰能力。 由于结构上的改变，FCS比DCS更节约硬件设备。使用FCS可以减少大量的隔离器、端子柜、I/O卡及I/O端口，这样就节省了I/O装置及装置室的空间；同时减少了大量电缆，可以极大地节省安装费用。与此同时，FCS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A与A/D变换，使仪表精度得到极大的提高；通过将PID功能植入到相应的智能传感器中去，使控制周期大为缩短。目前FCS可以从DCS的每秒调节2～5次增加到每秒调节10～20次，改善了调节性能。 5．4．3现场总线的优点 由于现场总线的以上特点，特别是其系统结构的简化，使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。它不仅节省了硬件数量与投资，节省了安装费用，而且系统的维护开销也大大地降低。现场总线控制系统不仅度与可靠性高，在方便使用和维护性方面，FCS也比DCS有优势。FCS使用统一的组态方式，安装、运行、维修简便；利用智能化现场仪表，使维修预报（Predicted maintenance）成为可能；由于系统具有互操作性和互用性，用户可以自由选择不同的设备达到佳的系统集成，在设备出现故障时，可以自由选择替换的设备，保障用户的高度系统集成主动权。 此外，它还具有设计简单，易于重构等特点。 5．4．4发展趋向 传统的集散控制系统（DCS系统）具有集中监控、分散控制、操作方便的特点。但是，在实际应用中也发现DCS的结构存在一些不足之处，如控制不能做到分散，危险仍然相对集中；由于系统的不开放性，不同厂家的产品不能互换、互联，限制了用户的选择范围。利用现场总线技术，开发FCS系统的目标是针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高其性能和通用性。 FCS想要在实际中取代DCS，既要具备DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺点。FCS由于采用了现场总线技术，在开放性、控制分散等方面优于传统DCS。但是由于它是一种新技术，目前连标准本身都还没有制定统一，因此FCS与成熟的DCS相比，还存在下列的一些欠缺。 （1）由于现场总线标准本身尚在发展中，从而给产品的开发和测试带来难度。这在一定程度上造成产品开发商、生产商少，产品品种单一而且价格昂贵。 （2）在某些场合中，FCS还无法提供DCS已有的控制功能。由于软硬件水平的限制，其功能块的功能还不是很强，品种也不够齐全；用现场仪表还只能组成一般的控制回路如单回路、串级、比例控制等，对于复杂的、的控制算法还无法在仪表中实现，对于单回路内有多输入、多输出的情况缺乏好的解决方案。 （3）目前FCS的应用实例不多，难以评估实际应用效果。 由于以上这些原因，FCS取代DCS将是一个逐渐的过程。在这一过程中，会出现一些过渡型的系统结构，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系统。用户将现场总线设备连接到独立的现场总线网络服务器，服务器配有DCS中连接操作站的上层网络接口，与操作站直接通信。在DCS的软件系统中可增添相应的通信与管理软件。这样不需要对原有控制系统作结构上的重大变动。 （4）当前，各种形式的现场总线协议并存于控制领域。在楼宇自控领域，Lonworks和CAN网络具有一定的优势；在过程自动化领域，主要有过渡型的HART协议、得到广泛支持的FF现场总线协议以及同样较有竞争力的PROFIBUS协议。HART协议将是目前几年内智能化仪表的主要通信协议；基金会现场总线是过程自动化领域中较有前途的一种现场总线，得到许多自动化仪表设备厂商的支持；由于Lonworks技术的开放性，国内出现了利用它开发控制系统的许多开发商。考虑到统一的开放式现场总线协议标准制定的长期性和艰巨性，传统DCS的退出将是一个渐进过程。在一段时期内，会出现几种现场总线共存、同一生产现场有几种异构网络互连通讯的局面。但是，发展共同遵从的统一的标准规范，真正形成开放式互连系统，是大势所趋。 [b]6．DCS的硬件系统及其发展方向 [/b] 关于硬件系统，我们还没有更深入的讨论。
DCS或者是今后的FCS硬件肯定会大量采用单片嵌入式软硬件系统。这是因为： 1. 无论是DCS的智能模件还是今后FCS的现场模块，必须具备自我诊断、数据交换等功能； 2. 由于DCS和今后的FCS都会将控制、采集任务下达给远端绝大部分的模件或模块，以让其分散系统任务，故该类模件或模块必须具备状态或数据采集、或者进行PID控制。因此，它不能缺少MCU； 3. 由于通讯功能的增强，有必要加强通讯协议的认可、总线设备地址的辨识、误码的智能判断及相应错误的纠正等。 所谓单片嵌入式软硬件系统是指具备可安装与PCB（印制板）还仪器、仪表、模块设备内的计算机系统。它并不包括我们常说的PC计算机。 6．1采用单片微处理器的嵌入式软硬件系统 这种系统即是我们常说的单片计算机系统。它往往采用一片单片机加外围芯片构成。主要有AD、DA、DI、DO芯片作为与外部设备交换传统的模拟量信号和开关量信号。并增加与外部的通讯接口电路、完成所谓的RS485物理接口并配合通讯协议在控制总线或现场总线上与主计算机或其他设备交换数据。 由于传统的单片机功能有限，往往还加入了大量的逻辑处理单元和大容量存储器。例如：采用PAL 、GAL、CPLD等。也有采用FPGA以完成逻辑、译码、存储、通讯控制和特殊布尔计算。 必须指出，单片计算机计术仍然在不断发展。很多单片机采用RISC精简指令集和CPLD、FPGA或者是DSP技术，可以片内带FLASH MEMORY，并有JTAG接口，可以在线完成程序擦除、下载、调试等工作。工业控制领域以16BIT单片机为主，逐步采用32BIT甚至64BIT单片机，而应用于通讯领域中以8BIT单片机为多。据《电子工程专辑》报道：由于因特网的接入需求为8位MCU带来新的活力。这表现在8位单片机供应商纷纷采取措施推出增强因特网接入功能的8位MCU，这给本来由于常规8位单片机极高的市场需求又注入新的活力。市场预计从2000年的90亿美元增加到2004年的160亿美元。而16位、32位MCU加起来还不到8位MCU的一半。完全打破某些和公司预计的16位MCU将在短时间内替代8位MCU。他们的依据8位MCU是没有能力实现与因特网连接。然而，这些预言是错误的。基于8位MCU的格性和软件嵌入式操作系统的支持，加上单片机上集成硬件的TCP/IP控制协处理器。这比采用16位甚至32位MCU要可靠、经济。如果说世界各大厂商在采用8位MCU完成通讯功能、而你却想用16位MCU，这除非是你的产品成本比别人低得多，否则无法与别人竞争。 单片机系统配备TCP/IP通讯协议完成以太网接口是目前单片机的热点。国外甚至推出可以发E_mail、上Web浏览的单片机系统。因此，上网冲浪不再是PC 计算机的。只有充分享受网上资源的一切设备才是人们所追求的目标。这种技术的大量使用，无疑给未来的工业以太网探明道路。 6．2采用DSP数字处理器的嵌入式软硬件系统 DSP数字处理器是近来发展起来的新技术。它实际上也是单片计算机。一般的单片机内部总线采用程序区和存储器区共用的冯－诺依曼结构。程序按步进行，必须完成取指、运算、执行才能完成一个指令。而DSP采用哈佛结构，程序区和存储器区完全分开，取指、运算可以完全分开，即在运算阶段时可以进行取下一条指令操作。故可以高速、并行工作。由于集成大量的存储器和布尔处理器、复杂逻辑阵列及特殊算法功能块，可以高速处理大量数据甚至轻而易举地完成模糊控制或自适应控制等，是未来嵌入式系统的发展方向。 TMS320系列DSP是美国德州公司的产品。因其内部可以并行运行多个程序故可以处理更复杂的问题，相应程序执行速度得以大大提高。由于硬件回路功能较强，甚至AD、DA转换器也可以直接选择DSP某些接口来构成。 对于需要更快的处理速度（与纯硬件执行速度相当）某些设计完全可以由FPGA组成硬件，而采用VHDL设计语言来满足系统要求。则其执行方式完全并行工作，执行指令也完全与常规的us/步不同，因为它不是按每个功能需要个执行周期来完成，而是每个功能由个“硬件”构成，它共延时ns。这个“硬件”是由软件来描述，而完能确实内部的硬件进行。可以说，它如同一个半导体厂定制的ASIC电路。内部功能由硬件构成（不过是看不见硬件），而生成的硬件却是由软件进行描述而生成的。 未来的DSP终会向FPGA过渡。
