工業控制網絡技術與計算機技術、網絡技術和控制技術的發展息息相關，并且它是在現代化對工業生產的要求下提出與發展起來的。在20世紀60年代，模擬儀表被人們用微處理器和一些外圍電路構成的數字儀表所取代，這種控制方式被稱為直接數字控制（Direct Digital Control--DDC），提高了系統的控制精度和控制的靈活性。20世紀80年代中后期，控制回路進一步增多，簡單的DDC系統已經不能滿足當時的管理要求。于是，分層控制系統應運而生。之后由于計算機網絡技術的飛速發展，同時生產過程和控制系統也進一步復雜化，計算機網絡技術被應用到了控制系統的前置機之間和上位機的數據傳輸中。其中，前置機與上位機之間的數據傳輸更改為采用計算機網絡實現。同時，上位機與普通站點，它們完成的邏輯功能不同。此外，上位機增加了網絡的配置功能。這樣的控制系統稱為集散控制系統，即Distributed Control System—DCS。20世紀80年代后期，人們對DCS進行了改進，在DCS的基礎上開始開發適用于工業環境的網絡協議和網絡結果，并且實現了傳感器、控制器層的通信，即為現場總線（Field-Bus）。

隨著時間的推移，人們對工業控制系統的要求越來越高，使得國際上許多著名的自動化公司開發出更為復雜的多層結構的工業控制網絡。其中，工業控制網絡是工業企業網的重要組成部分，也是工業企業網中不可或缺的一部分。

1 關于現場總線技術

1.1 現場總線的概念

根據國際電工委員會IEC61158標準的定義，現場總線是指應用在制造過程區域現場裝置和控制室內自動控制裝置之間的包括數字式、多點、串行通信的數據總線，即工業數據總線。是開放式、數字化、多點通信的底層通信網絡。以現場總線為技術核心的工業控制系統，稱為現場總線控制系統FCS（Fieldbus Control System），它是自20世紀80年代末發展起來的新型網絡集成式全分布控制系統。

其中，現場總線系統一般被稱為第五代控制系統。第一代控制系統為50年代前的氣動信號控制系統PCS，第二代為4~20mA等電動模擬信號控制系統，第三代為數字計算機集中式控制系統，第四代為70年代中期以來的集散式分布控制系統DCS。

1.2 現場總線技術

現場總線技術將專用的微處理器置入了傳統的測量控制儀表，使其各自都具有了多多少少的數字計算和數字通信能力，成為能獨立承擔某些控制、通信任務的網絡節點。它們通過普通雙絞線、光纖、同軸電纜等多種途徑進行信息傳輸，這樣就能夠形成以多個測量控制儀表、計算機等作為節點連接成的網絡系統。該網絡系統按照規范和公開的通信協議，在位于生產現場的多個微機化自控設備之間，以及現場儀表與用作管理、監控的遠程計算機之間，實現數據傳輸與信息共享，進一步構成了各種適應實際需要的自動控制系統。

如圖一所示，為一簡單的現場總線系統。

1.3 現場總線的分類

典型的現場總線技術包括了基金會現場總線FF（Foudation Fieldbus），LonWork現場總線，Profibu現場總線，CAN現場總線以及HART現場總線。

1.4 現場總線技術的特點

現場總線技術具有系統的開放性，互可操作性與互用性，現場設備的智能化與功能自治性，系統結構的高度分散性以及對現場環境的適應性等。

其中開放系統是指通信協議的公開，不同廠家的設備之間也可以互聯并互相交換信息。一個開放系統可以與任何遵守相同標準的其他設備、系統相連接。這樣用戶才可以按照自己的需要把來自不同供應廠商的產品自由組合。

除此之外，現場總線技術還具備以下優點：節省硬件數量與投資，節省安裝費用，節省維護開銷，用戶具有高度的系統集成主動權以及提高了系統的準確性與可靠性。

2 關于DCS系統

2.1 DCS系統的概念

集散控制系統，英文為Total Distributed Control System，即為DCS系統。它是20世紀70年代中期發展起來的分散型計算機控制系統，并且以微處理器為基礎，同時結合了控制技術、通信技術、計算機技術、網絡技術和陰極射線管圖形顯示技術。該裝置是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統。

如圖二所示，為DCS系統。

2.2 DCS系統的組成

迄今為止，全世界已經開發各種類型的DCS系統千余種。雖然各具特色，但是它們在系統組成和控制功能等方面，都有共同的特點。集散控制系統基本上都由分散過程監控裝置、集中操作管理裝置和通信系統三大部分組成。其結構如圖三所示。

集散控制系統的基本結構圖

2.3 DCS系統的基本功能

DCS系統雖然形式多樣，但是其具備的功能基本上是一樣的，包括：輸入處理功能、輸出處理功能、控制功能、通信功能、人-機接口功能、自診斷功能以及冗余技術、

2.4 DCS系統的優越性

運用分散控制和集中顯示、集中操作、集中管理這一基本思想構成的DCS，具有的特點為：控制功能完善、完善的人-機聯系和集中監控功能、系統擴展靈活、安全可靠性高、安裝調試簡單以及具有良好的性能價格比。

3 現場總線技術與DCS系統的聯系

3.1 現場總線技術的發展

現場總線技術的發展體現在兩個方面，一個是高速現場總線技術的發展，另外一個是低速現場總線領域的繼續完善和發展。

就現在而言，現場總線產品主要針對的是低速總線產品，用于運行速率較低的領域，對網絡的性能要求不高。而高速現場總線主要應用于互聯控制網、連接控制計算機、處理速度快的設備以及實現低速現場總線網間的連接，是充分實現系統的全分散控制結構所必須的。但是目前高速現場總線這一環節還相對薄弱。

總體來說，自動化系統與設備將向現場總線體系的結構改變，并且向著趨于開放統一的方向發展。同時，在單獨的現場總線體系下不可能只容納單一的標準，加上商業利益的驅使，各種現場總線技術都在十分激烈的市場競爭環境中求得發展。所以有理由認為，在將來的不久，集中總線標準的設備通過路由網關互聯并且會實現信息共享的局面。

3.2 DCS系統的發展

成熟期集散控制系統的研制工作，一方面是硬件和軟件技術的不斷更新，另一方面是開發高一層次的信息管理系統，以適應企業發展的需要。從硬件結構上看，這一時期的DCS都在網絡節點上連接了系統管理模件，此外還增加了網間連接器。再之后，DCS把過程控制，監督控制，管理調度更有機地結合了起來。其特點是綜合化、開放化和現場級的智能化。20世紀90年代以后，隨著通信技術、半導體集成技術等的快速發展，以及人們對控制和管理要求的不斷提高，出現了新一代的DCS系統。