3   PLC和工控機(jī)的軟件特性
   
    PLC、工控機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線為工業(yè)自動(dòng)化提供了很好的底層控制硬件基礎(chǔ)。隨著軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，控制軟件不再是單調(diào)的數(shù)字和菜單操作界面，而是圖形化的人機(jī)交互工具。好的工控軟件包括了從底層的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)、控制邏輯運(yùn)算到高層的人機(jī)圖形界面(MMI)。這里，我們從工控軟件體系結(jié)構(gòu)而不是個(gè)別軟件功能的角度介紹PLC和工控機(jī)的應(yīng)用軟件應(yīng)該具備的特性。
    
    微軟為制造業(yè)的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提出了一個(gè)功能強(qiáng)大的概念，它包括了企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）和制造資源規(guī)劃（MRP）的主要功能、控制、人機(jī)界面與數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、批量控制與設(shè)備界面等，但它們同時(shí)增加了用戶(hù)成本以及共享數(shù)據(jù)的難度。
    
    因此，在1998年，微軟公司引入了Windows分布式互連網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的概念，簡(jiǎn)稱(chēng)Windows DNA。它是在企業(yè)內(nèi)將各種商業(yè)應(yīng)用軟件進(jìn)行無(wú)縫連接的一種結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以使制造業(yè)的軟件開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)出強(qiáng)壯的、具有多種特性的產(chǎn)品，并使最終用戶(hù)將其各自獨(dú)立的制造和商業(yè)軟件應(yīng)用集成到一個(gè)數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)中去。

    各個(gè)控制設(shè)備生產(chǎn)廠家如羅克韋爾自動(dòng)化公司，通過(guò)其產(chǎn)品和與微軟的合作，正在將Windows DNA結(jié)構(gòu)引入制造業(yè)。這些公司在制造業(yè)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中具有自己的策略框架，如羅克韋爾互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，或稱(chēng)RNA，就是與微軟提出的為企業(yè)定義的DNA結(jié)構(gòu)緊密平行的一種。
    
    建立在微軟的Windows NT和Windows 9X操作系統(tǒng)和用戶(hù)接受的微軟Office套件、微軟BackOffice工具的基礎(chǔ)上，微軟公司于1998年引入了DNA結(jié)構(gòu)。Windows DNA立刻被采納為連接在一個(gè)單獨(dú)的企業(yè)分布式大系統(tǒng)中多種產(chǎn)品的策略結(jié)構(gòu)。

    DNA包含了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并允許組成可變結(jié)構(gòu)的Client/Sever系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提高技術(shù)等級(jí)以及進(jìn)行應(yīng)用革新。Windows DNA的關(guān)鍵元素包括工具、集成存儲(chǔ)、商務(wù)過(guò)程、用戶(hù)界面和導(dǎo)航。
更詳細(xì)地說(shuō)，DNA具有如下特征：
·   公共的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)；
·   公共數(shù)據(jù)訪問(wèn)；
·   BackOffice工具和服務(wù)；
·   公共的應(yīng)用底層結(jié)構(gòu)；
·   與微軟的Office應(yīng)用集成；
·   強(qiáng)有力的開(kāi)發(fā)工具；
·   可遺傳的系統(tǒng)集成工具；
    
    正如微軟定義的那樣，制造業(yè)的Windows DNA包含了企業(yè)資源規(guī)劃/制造資源規(guī)劃，控制(不論其為分布式、基于PC的或PLC)、人機(jī)接口和SCADA，制造執(zhí)行系統(tǒng)、批處理和設(shè)備接口。沒(méi)有制造業(yè)的DNA，那么在這些應(yīng)用功能之間的鴻溝只能由用戶(hù)界面和驅(qū)動(dòng)設(shè)備來(lái)填補(bǔ)。這將會(huì)使業(yè)主系統(tǒng)的成本增加，并且由于數(shù)據(jù)格式問(wèn)題而很難共享數(shù)據(jù)。
    
    早在80年代中期，羅克韋爾自動(dòng)化在其CIM版本中首先確定了將工廠底層與上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接的需求。但是，直到現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)以上概念的軟件和硬件的核心技術(shù)才成熟，它們包括商業(yè)方面的應(yīng)用如數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、人機(jī)界面（HMI）、批量控制（Batch）、MES、ERP接口、基于PC總線的控制和通訊。

    以RNA結(jié)構(gòu)為例，它包括了：

    (1)  操作系統(tǒng)平臺(tái)
    包括了從最早的Win3.1環(huán)境的人機(jī)界面和編程軟件到Windows NT開(kāi)發(fā)全功能人機(jī)界面。隨著Windows CE的到來(lái)，一些公司正計(jì)劃提供基于CE的全套的PLC編程、人機(jī)界面和控制軟件。

    (2)  COM和DCOM
    建立COM（組件對(duì)象模型）和DCOM（分布式組件對(duì)象模型）使得產(chǎn)品具有互操作性、擴(kuò)展性和靈活性。COM與其它工控軟件產(chǎn)品的結(jié)合增加了提供集成套裝軟件（ProcessPak和ControlPak）的能力，還增加了各獨(dú)立軟件的模塊化程度和促進(jìn)某公司產(chǎn)品與其它廠家產(chǎn)品的集成能力。例如，羅克韋爾軟件RS SQL是一個(gè)數(shù)據(jù)登入和傳送處理的系統(tǒng)，采用COM技術(shù)提供連接控制系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的雙向聯(lián)系，是支持制造業(yè)DNA數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境的版本。

    (3)  Visual Basic的應(yīng)用
    微軟認(rèn)為VB是在DNA框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部集成的關(guān)鍵技術(shù)。VBA為DNA結(jié)構(gòu)提供了三大益處，首先，它為最終用戶(hù)提供不需要學(xué)習(xí)特定語(yǔ)言而能編制自己的實(shí)際應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)方法；其次，VBA提供了多個(gè)應(yīng)用間共享數(shù)據(jù)或集成功能的方法，例如，它允許人機(jī)界面軟件可以利用微軟的Excel表格的功能，這是一個(gè)系統(tǒng)模型公司的產(chǎn)品，具有計(jì)算功能和生產(chǎn)計(jì)劃功能；最后，最終用戶(hù)如將內(nèi)嵌VBA產(chǎn)品集成到基于DNA的制造信息系統(tǒng)，它能夠使目前工業(yè)界眾多使用VB作為系統(tǒng)快速開(kāi)發(fā)工具的工程師們提升其軟件產(chǎn)品。

    (4)  ActiveX
    ActiveX技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，許多廠商推出的產(chǎn)品都支持ActiveX。羅克韋爾軟件公司首先為制造工業(yè)的應(yīng)用軟件引入了ActiveX技術(shù)，并且是第一個(gè)授權(quán)的軟件開(kāi)發(fā)商，同時(shí)能將VBA嵌入到核心產(chǎn)品中去。

    (5)  OPC－過(guò)程控制OLE
    DDE是微軟為front-office應(yīng)用開(kāi)發(fā)的共享小量相對(duì)不變的數(shù)據(jù)的技術(shù)。與DDE不同，過(guò)程控制OLE技術(shù)面向制造環(huán)境的控制性能、結(jié)構(gòu)和可靠性而設(shè)計(jì)。微軟的制造業(yè)DNA確定了設(shè)備、控制應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用間應(yīng)該具有開(kāi)放性和互操作性接口特征（OPC）。羅克韋爾是OPC組織制定者和主要開(kāi)發(fā)者。OPC負(fù)責(zé)建立基于COM技術(shù)的應(yīng)用規(guī)范，它允許所有的應(yīng)用程序采用同樣的基于COM技術(shù)的接口去訪問(wèn)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)的采集和共享方法。
    
    根據(jù)以上要求采用了制造業(yè)DNA的許多技術(shù)后，羅克韋爾還提供面向企業(yè)和工業(yè)的集成軟件包，如用于批量控制的RSBatch、RSView32、RSLogix等可用于對(duì)功能框圖進(jìn)行編程。它們也利用COM集成、VBA和OPC為應(yīng)用間提供互操作性和與企業(yè)的其它層連接。控制軟件包還為連接I/O、PC總線的控制、編程、VBA和COM對(duì)象提供相同的互操作性。
    
    制造業(yè)信息技術(shù)的最高境界是采用無(wú)縫連接、投資有效、規(guī)模靈活和兼顧未來(lái)的發(fā)展的思想并在企業(yè)內(nèi)共享從工廠底層采集的數(shù)據(jù)。RNA的技術(shù)保證了其用戶(hù)用他們的現(xiàn)有軟件去實(shí)現(xiàn)基于DNA的環(huán)境。只有當(dāng)企業(yè)能夠得到足夠的信息以制定更好的決策、將其供應(yīng)渠道和運(yùn)作結(jié)合起來(lái)，才能使其整個(gè)系統(tǒng)更接近用戶(hù)。雖然計(jì)算機(jī)硬件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已有很大發(fā)展，在軟件領(lǐng)域仍還有很多的工作要做。


    4   PLC和工控機(jī)的網(wǎng)絡(luò)特性
    
    現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化最深刻變革之一。PLC和工控機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)總線后可方便地作為I/O站和監(jiān)控站連接在DCS系統(tǒng)中。現(xiàn)場(chǎng)總線是一種取代4～20mA標(biāo)準(zhǔn)，用于連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通訊技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線具有開(kāi)放性和互操作性，它使得一些控制功能下移到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。
現(xiàn)場(chǎng)總線還可以處理復(fù)雜的事情：本質(zhì)安全、危險(xiǎn)場(chǎng)合、多變量的過(guò)程以及法規(guī)要求嚴(yán)格的環(huán)境。PLC和工控機(jī)采用現(xiàn)場(chǎng)總線有以下益處：

    (1)  互操作性   互操作性定義為在沒(méi)有任何功能損失的條件下，不同廠家的多個(gè)設(shè)備可以工作在一個(gè)系統(tǒng)中，互操作性允許工廠工程師可在相同的現(xiàn)場(chǎng)總線中集成不同廠家的設(shè)備，也允許工程師用別的廠家的設(shè)備來(lái)替換一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。

    (2)  更低的安裝費(fèi)用   現(xiàn)場(chǎng)總線將極大地降低工廠最初的費(fèi)用，包括簡(jiǎn)化接線、更少的接線端子排和簡(jiǎn)化了的儀表選型。此外，減少的費(fèi)用還有：簡(jiǎn)化了圖紙、簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的工程實(shí)施、減少了用于連線、接線柜和接線盒的費(fèi)用。通過(guò)把控制功能轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場(chǎng)，控制系統(tǒng)的費(fèi)用也降低了：減少了DCS所需的空間，減少了控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，減少了機(jī)柜的空間和I/O接線端子排?，F(xiàn)場(chǎng)總線將能提供在線的遠(yuǎn)方數(shù)字通訊，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)更快的調(diào)試、更快的診斷，降低安裝和調(diào)試設(shè)備的人工費(fèi)用。

    (3)  更低的維護(hù)費(fèi)用   現(xiàn)場(chǎng)總線將擴(kuò)大操作人員觀察整個(gè)過(guò)程的視角，這樣，可以方便和有效地進(jìn)行維護(hù)和過(guò)程管理，加快查找和消除故障的速度?，F(xiàn)場(chǎng)總線可以實(shí)現(xiàn)在線診斷，更方便的標(biāo)定和預(yù)測(cè)維護(hù)性。

    (4)  改進(jìn)性能   隨著控制功能從DCS轉(zhuǎn)移到單獨(dú)的控制回路，由于就地控制更快，更準(zhǔn)確，系統(tǒng)的集成度和可靠性也增加了?，F(xiàn)場(chǎng)總線還能充分利用具有多傳感器設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谝粚?duì)導(dǎo)線上允許多個(gè)信息流動(dòng)。

    由于現(xiàn)場(chǎng)總線使得更容易從現(xiàn)場(chǎng)獲取設(shè)備信息，工廠操作員和管理人員能夠?qū)ζ溥^(guò)程進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，從而改進(jìn)性能、增加過(guò)程的可用性和一致性。
    
    現(xiàn)場(chǎng)總線不僅是一種信號(hào)通訊協(xié)議，還是一種全新的控制過(guò)程的方法。目前，在PLC和工控中使用的主流現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議有西門(mén)子的ProfiBus，羅克韋爾自動(dòng)化的ControlNet和DeviceNet以及基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF等。以下以ControlNet和DeviceNet為例介紹工業(yè)自動(dòng)化中的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和通訊技術(shù)。

    控制網(wǎng)（ControlNet）是近年來(lái)推出的一種新的面向控制層的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理介質(zhì)鏈路上提供時(shí)間關(guān)鍵性I/O數(shù)據(jù)和報(bào)文數(shù)據(jù)，包括程序的上載/下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的報(bào)文傳遞等通訊支持，是具有高度確定性、可重復(fù)的高速控制和數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)，I/O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大提高。
    
    ControlNet是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer/ Consumer）模式的網(wǎng)絡(luò)，允許在同一鏈路上有多個(gè)主控制器共存，支持輸入數(shù)據(jù)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息的多路發(fā)送，大大減少了網(wǎng)絡(luò)上的交通量，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能。
ControlNet 是高度確定性、可重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)。所謂確定性就是預(yù)見(jiàn)數(shù)據(jù)何時(shí)能夠可靠傳輸?shù)侥繕?biāo)的能力，而可重復(fù)性則是指數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)添加/刪除情況或網(wǎng)絡(luò)繁忙狀況影響而保持恒定的能力。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)選擇性設(shè)定有計(jì)劃I/O分組或互鎖時(shí)間，這些要求能得到更進(jìn)一步的保證。因此，ControlNet非常適用于一些控制關(guān)系有復(fù)雜關(guān)聯(lián)，要求控制信息同步、協(xié)調(diào)實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。如協(xié)同工作的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，焊接控制，運(yùn)動(dòng)控制，視覺(jué)系統(tǒng)，復(fù)雜的批次控制，有大量數(shù)據(jù)傳送要求的過(guò)程控制系統(tǒng)，有多個(gè)控制器和人機(jī)界面共存的系統(tǒng)等。對(duì)于有多個(gè)基于PC的控制器之間，不同PLC之間或PLC和DCS之間存在通訊要求的場(chǎng)合， ControlNet非常適用。 ControlNet允許多個(gè)各自擁有自己獨(dú)立或共享的I/O的控制器之間相互通訊或以靈活的互鎖方式組織。由于其突出的實(shí)時(shí)性、確定性、可選的本征安全等特性，越來(lái)越多地應(yīng)用于過(guò)程控制等要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。
    
    ControlNet是開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線，截止1999年底在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)擁有包括Rockwell Autom-ation、ABB、Honeywell等近70家著名廠商組成的成員單位，由獨(dú)立國(guó)際組織——控制網(wǎng)國(guó)際（ControlNet International）負(fù)責(zé)管理，該組織旨在維護(hù)和發(fā)行ControlNet技術(shù)規(guī)范，管理成員單位的共同的市場(chǎng)推廣工作。同時(shí)提供各個(gè)廠商產(chǎn)品之間的一致性和互操作性測(cè)試服務(wù)，保證 ControlNet的開(kāi)放性。

    控制網(wǎng)的通訊是基于一種全新的通訊模式：生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模式。工業(yè)控制要求控制網(wǎng)絡(luò)提供越來(lái)越高的生產(chǎn)率、更高的系統(tǒng)性能，同時(shí)又提供確定性的、可重復(fù)的、可估計(jì)的設(shè)備間通訊。單純提高波特率或單純提高協(xié)議效率，都不能從根本上解決問(wèn)題。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊模型是源/目的型或者稱(chēng)點(diǎn)到點(diǎn)的通訊方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是通訊的內(nèi)容和形式都十分明確，在傳送的報(bào)文中都包含了明確的源和地址信息，但是在源/目的網(wǎng)絡(luò)模式下，當(dāng)同一數(shù)據(jù)源上的數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)上其它多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)多次才能實(shí)現(xiàn)，這就大大增加了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，降低了通訊的效率。另外，由于數(shù)據(jù)到達(dá)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間可能因網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目的不同而變化，不同節(jié)點(diǎn)之間的同步就變得困難，通訊的實(shí)時(shí)性不能得到保障。
   
     不同于以往的通訊模式，生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式允許網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)存取同一個(gè)源的數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式下，數(shù)據(jù)被分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，根據(jù)具體的標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)可以接收到來(lái)自同一發(fā)送者的數(shù)據(jù)，其結(jié)果是，數(shù)據(jù)的傳輸更為經(jīng)濟(jì)，每個(gè)數(shù)據(jù)源一次性把數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，其它節(jié)點(diǎn)選擇性的收取這些數(shù)據(jù)，不浪費(fèi)帶寬，提高了系統(tǒng)生產(chǎn)率，通訊效率提高，數(shù)據(jù)只須產(chǎn)生一次，不管有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)需要接收這個(gè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)同樣的時(shí)間傳送到不同的節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)通訊的精確同步。
DeviceNet是一種用于連接工業(yè)設(shè)備(如限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、閥門(mén)、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、過(guò)程傳感器、條型碼讀入器、變頻器、屏幕顯示和操作界面等)與網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)總線，其特點(diǎn)是成本低、開(kāi)發(fā)容易、支持的廠家多并且不需要昂貴的連接線路。
    
    DeviceNet是一個(gè)開(kāi)放式的協(xié)議，它最初是由美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司開(kāi)發(fā)應(yīng)用。目前，DeviceNet技術(shù)屬“開(kāi)放DeviceNet廠商協(xié)會(huì)”歸ODVA組織(Open DeviceNet Vendor Associaiton)所有和推廣。ODVA在世界范圍擁有300多家著名自動(dòng)化設(shè)備廠商的會(huì)員（如羅克韋爾自動(dòng)化、ABB、歐姆龍）。中國(guó)的ODVA組織由上海電器科學(xué)研究所牽頭成立，目前正積極推廣該技術(shù)。設(shè)備廠商只要參加ODVA組織，就可以得到有關(guān)DeviceNet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，還可以加入產(chǎn)品討論組來(lái)得到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的幫助。DeviceNet產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)并不復(fù)雜。設(shè)備DeviceNet是基于CAN的技術(shù)。作為一種串行通訊技術(shù)，CAN是80年代中后期適應(yīng)汽車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)化要求而產(chǎn)生并迅速發(fā)展起來(lái)的，并已成為開(kāi)放的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議（ISO 11898），在包括工業(yè)自動(dòng)化在內(nèi)的眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
   
     DeviceNet在1994年問(wèn)世，1995年成為開(kāi)放協(xié)議，并由ODVA負(fù)責(zé)推廣，在北美及亞太地區(qū)都有日益廣泛的應(yīng)用。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可采用五線制電纜，它包括了二條信號(hào)線，二條24V電源線和一條屏蔽線。DeviceNet設(shè)備可以從網(wǎng)絡(luò)上直接獲得電源，并能在線地從網(wǎng)絡(luò)上連接和切下設(shè)備。

    DeviceNet的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)有：
·   它是一種支持多方廠家產(chǎn)品互操作的開(kāi)放式通訊標(biāo)準(zhǔn)；
·   能快速方便地安裝；
·   是一種考慮未來(lái)的設(shè)計(jì)，能根據(jù)擴(kuò)展和變化需要來(lái)方便地增加功能；
·   由設(shè)備內(nèi)部的智能機(jī)制提高運(yùn)行效率；
·   通過(guò)數(shù)據(jù)生成源/消費(fèi)源通訊結(jié)構(gòu)提供高效的帶寬；
·   可不斷電地在線對(duì)設(shè)備組態(tài)和增加設(shè)備。
    
    現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、智能化設(shè)備儀表的發(fā)展，不可避免地影響著DCS的體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可以看到的一個(gè)明顯的趨勢(shì)是DCS的進(jìn)一步分散化。傳統(tǒng)的DCS，在I/O控制站這一層仍然是一個(gè)集中式的結(jié)構(gòu)，有些系統(tǒng)出于成本或其它方面的考慮，將I/O控制站的規(guī)模做得很大。這種考慮包括：高性能CPU的價(jià)格己降得很低，為了充分發(fā)揮CPU的能力，可以將一個(gè)I/O控制站的點(diǎn)數(shù)、回路數(shù)擴(kuò)充，以降低成本。但是這種設(shè)計(jì)提高了危險(xiǎn)性的集中度，如果為了提高可靠性增加冗余措施，系統(tǒng)成本仍然會(huì)上升，因此并不是一個(gè)理想的解決方案。從當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)看，利用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)和智能化設(shè)備、智能化儀表，加上通用的工控機(jī)完全可以組成一個(gè)小型的DCS，這就對(duì)傳統(tǒng)的DCS提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)榛诂F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)的DCS具有很多優(yōu)越性，無(wú)論從系統(tǒng)的成本上、可靠性上，安裝使用、維護(hù)的方便性及可擴(kuò)充性上都有很大的優(yōu)勢(shì)。那么，傳統(tǒng)的DCS將如何發(fā)展才能接受這個(gè)挑戰(zhàn)呢？
    
    答案是明確的，只有在I/O控制站這一層進(jìn)一步分散化，采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)技術(shù)，形成以現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)基礎(chǔ)的、以智能I/O模塊構(gòu)成的分布式控制站。也就是說(shuō)，將過(guò)去DCS中集中式的I/O控制站變成分布式的控制站，在傳統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)的下一層再引入一層現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，形成設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)、控制級(jí)網(wǎng)絡(luò)和管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)這樣三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以此來(lái)滿(mǎn)足不斷提高的應(yīng)用需求。
    
    DCS在形成了三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以后，基本控制單元深入到了設(shè)備控制這一級(jí)，向上，DCS的功能延伸到管理控制級(jí)，逐步形成了一個(gè)較完整的控制、管理一體化的體系結(jié)構(gòu)。

    圖3給出了一個(gè)典型的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其低層是以DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線將設(shè)備、PLC的遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)連接在一起的設(shè)備層、中間是以ControlNet（或DH+、DH485等）將PLC、工控機(jī)以及操作員界面連接在一起的控制層網(wǎng)絡(luò)，而上層的Ethernet以PC或工作站為主完成管理和信息服務(wù)任務(wù)。三層網(wǎng)絡(luò)各司其職，代表了工業(yè)控制的典型結(jié)構(gòu)。