【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 ，工業控制系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 式控制系統）。 本文給出基于 FDT 技術，集成現場總線（ Fieldbus ）的 分散控制系統（ 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 分散控制系統 現場總 線
1 分散控制系統發展趨勢 從 50 年代末期，計算機開始應用于工業過程控制領域，數字式控制技術取得了長足的發展，此后微處理機技術和數字通訊技術的飛速發展，促使了 1975 年分散控制系統的誕生。三十年來，分散控制系統在工業生產過程中迅速普及，目前廣泛應用于電力、石化、冶金等行業，分散控制系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制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）為主要標志的第四代分散控制系統（ DCS ）。
信息化體現在各 DCS 系統已經不是一個以控制功能為主的控制系統，而是一個充分發揮信息管理功能的綜合平臺系統； 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，提供的系統也是自己的系統。當今的 DCS 廠商更強調的系統集成性和方案能力， DCS 中除保留傳統 DCS 所實現的過程控制功能之外，還集成了 PLC （可編程邏輯控制器）、 RTU （采集發送器）、 FCS （總線控制系統）、各種多回路調節器、各種智能采集或控制單元等，形成包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制的混合控制系統。
如何讓 DCS 更好的包容 FCS ，實現真正的 DCS ，充分展示 DCS 平臺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并實施專業化的服務，將是今后各 DCS 廠家和系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，是將現場的控制器和智能儀表設備互連的實時控制通訊網絡，遵循 ISO 的 OSI 開放系統互連協議，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”的自控技術發展的主流，是當今自動控制技術發展的熱點，代表了工業控制領域今后的一種發展方向。隨著市場需求的急劇增長和包括智能儀表在內的現場總線產品的大量出現，現場總線技術在工業控制領域將會扮演越來越重要的角色。
但總線目前處于多種并存的局面， 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 相比，由于現場總線標準本身在發展中，從而給產品的開發和測試帶來難度，大多數用戶更傾向于對他們現有的儀表系統進行逐步的增添和替換；其次，在某些場合中， FCS 還無法提供 DCS 已有的控制功能；再者， DCS 系統及其儀表的消失或完全被取代，對于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 系統盡可能地協同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統組態，以適用于更廣泛的、富于實用價值的應用。現場總線集成于 DCS 系統是現階段控制網絡的發展趨勢。
3 FDT 技術 FDT ( Field Device Tool) 是一種開放、獨立、公開的軟件接口規范。該規范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系。 FDT 規范主要包括二個要素：設備類型管理器 (DTM) 、框架應用程序 (FA) 。它們是基于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 ，并通過 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系統的一致性，并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，由現場設備制造商提供，它必須在 FDT 框架程序中運行。 DTM 通過滿足此規范的 FDT 接口被集成到工程系統中。集成的方法向大多數的現場總線設備開放并且滿足了不同類型的設備集成到異構控制系統的需要。 DTM 提供了簡單的圖形用戶界面，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. 基于 FDT 集成 Fieldbus 的 DCS 系統模型 在一個傳統的控制系統項目中大量的來自不同供應商的不同類型設備使系統的組態任務十分費時費力。工程人員必須掌握不同的工具使數據在這些工具之間交換。由于數據交換方式沒有標準化，所以經常必須將數據進行轉換，這需要很精深的專業知識。為了保證數據、文件、組態信息完全轉換，必須對系統進行十分嚴格的測試。此外，中央控制室對系統的監控無法覆蓋現場總線設備的全部功能，不同的設備專用工具也無法整合到系統軟件工具。隨著工業網絡通信協議越來越多，給用戶的系統集成帶來很多困惑和困難。為了把不同標準的網絡、不同廠商的設備集成到一起并整合到同一用戶界面，用戶不得不承受很高的代價，承擔很大的系統穩定和安全風險。
F D T 出現，很好的解決上述的這個問題，把多通信協議連接到一個簡單易用的用戶平臺，充分利用設備供應商在設備上傳遞的專業知識，降低最終用戶的成本和風險。結合現場總線（ Fieldbus ）新特性，將 FDT 技術應用于分散控制系統（ DCS ）中，一方面，降低 DCS 廠商開發 DCS 系統集成現場總線（ Fieldbus ）的難度，將多種現場總線友好的集成到 DCS 系統中；另一方面，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 系統功能，向信息化和集成化方向發展，實現真正的 DCS 。
體系結構主要分為四層結構：現場儀表層、控制單元層、工廠（車間）層和企業管理層，其系統結構圖如下：
系統結構圖
在此種集成現場總線的 DCS 系統結構體系中，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 系統并行集成。 DCS 系統中的 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；現場總線于 DCS 過程總線層的集成是把現場總線通過接口卡掛到 DCS 系統的網絡層，現場總線中的控制信息和測量信息都可以通過 DCS 的操作員站進行瀏覽并進行修改；現場總線與 DCS 系統并行集成，是現場總線通過網關與 DCS 系統實現信息互聯，現場總線本身是一套 FCS 系統。這種集成中 FCS 系統和 DCS 系統是完全獨立的。
系統的研發與傳統 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 ）基于 FDT 規范接口協議，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，便于 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面。 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。
基于 FDT 集成 Fieldbus 的 DCS 系統，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、日志記錄跟蹤、設備資產管理功能于 DCS 系統一體。為客戶在解決非現場過程控制同時，提供的設備管理與維護功能，使智能設備自身能夠發揮最大的生產效益，減少儀表的損耗并降低維護成本，為用戶提供一個快速、方便、統一的管理平臺，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系統與 DCS 的無縫集成。可以方便地將不同的廠家設備、不同的系統、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
本文介紹的系統作為對常規 DCS 系統的一種改進系統，突出了如何借助 FDT 技術充分發現場總線控制系統的優越性，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。
