DCS、现场总线技术、工业以太网在
供水行业中的应用及发展趋势
在现今供水行业中，工业控制自动化动技术的应用越来越广泛，应用工业控制自动化技术对供水生产过程实现检测、控制、优化、调度和管理，达到节能、降耗、提高效率，确保优质供水和安全生产等目的。
当今，工业控制自动化技术在供水行业中应用的主要有以PLC为基础的集散控制系统（DCS），现场总线技术和工业以太网等。长期以来以PLC为基础的DCS一直占据着供水自动化领域的主战场，而近几年来，随着工业PC和通信技术的发展，以工业PC、I/O装置、监控装置、智能仪器仪表、控制网络组成的工业PC自动化系统得到迅速发展，并成为实现低成本，高性能工业自动化系统的主要途径，以PLC为基础的DCS系统正承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是现场总线和工业以太网技术，随着这两种技术的日趋成熟，它们将给供水自动化领域带来一次新的。
传统的以PLC为基础的DCS控制系统从出现至今已经过了几十年的发展，走过了从开关量控制到顺序控制，运算处理，PID闭环、步进控制等过程，直到现在PLC，DCS仍然在自动化领域特别是供水行业占据一定的市场份额，前几年曾有人预言“现场总线技术将很快取代PLC”，而目前来看未必如此，PLC经过几十年的发展，已十分成熟和完善，即使是在现场总线控制系统中PLC仍可以以一个分站挂在高速总线上，充分发挥其在处理开关量和顺序控制方面
的优势，特别是近几年来，PLC在向微型化、网络化方向发展，如施耐德公司的昆腾系列PLC就支持包括以太网在内的多种通信协议。可以相信，随着PLC向网络化、开放式方向发展，它将继续在供水自动化领域占据一定的地位。
众所周知，在以PLC为基础的供水DCS系统中，供水设备的模拟、数字信号大都采用一对信号一对线接到I/O，对于强电信号更是需要大量的变送器，同时大量的电缆与敷设电缆用的桥架、二次仪表、安装维护费用是加重系统成本的主要因素。随着工业PC和通信技术的发展，现场总线应运而生，并成为自动化领域中的一个热点。根据IEC61158的定义，现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式，双向传输、多分支结构的通信网络。其主要特征是采用数字通信方式取代设备级的4—20mA（模拟量）/24VDC（开关量）信号，使用一根电缆连接所有设备。使用现场总线技术能给用户带来诸多好处，如节省硬件成本；设计、组态、安装、调试简便；系统维护、扩充方便等等优点。现场总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性的优点，必然成为未来自动化技术发展的主流。国际上许多著名自动化产品及现场设备生产厂家意识到现场总线技术是未来发展方向，纷纷结成企业联盟，推出自己的总线标准及产品，在市场上培养用户、扩大影响，这一方面说明了现场总线技术应用的广泛 ,另一方面不同的总线产品既不能互连，也不能互换，更不能统一组态，也就不能实现互操作，这就说明迫切需要一个统一的现场总线
标准，因为统一的现场总线标准是开放的现场总线控制系统必备的技术条件，但事实上今天的现场总线出现了群雄割据的状况。IEC于1984年开始致力于推出世界上单一的现场总线标准工作，然而到现今走过了十几年的艰难历程，但仍没有形成单一的现场总线标准，2000年初公布的IEC61158现场总线国际标准子集就有八种之多，再加上现今供水行业中的仪器仪表还未曾普及数字化、智能化、网络化，以上这些都给现场总线技术在供水行业中的应用和推广带来了一定的困难。所以本人认为在短期内供水自动化领域的现场总线设备只能作为传统DCS系统的有效补充而不可能完全取代以PLC为基础的DCS控制系统。
现场总线标准之争，使得在当今IT业大获成功的以太网+TCP/IP技术进入了工业自动化领域，在理论上以太网用于自动控制是不合适的，因以太网的核心思想是使用共享的公共传输通道，采用典型的总线拓朴结构，特别是CSMD/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）协议是一种非确定性通信方式，而供水自动化控制系统需要实时性，准确性。但由于以太网技术完全公开，很快地被大家所接受，通过不断改进和提升，市场占有率越来越大，而成本就越来越低，进而变成主流，以太网技术的发展增强了其通信的确定性 ，首先，在网络拓扑结构上，采用环形或星形连接及工业以太网交换机，工业以太网交换机提供数据缓冲及具有确定接收数据的网段智能，使数据冲撞及重发机会最小化；其次是快速以太网(100Mbit/s，1000bit/s)的发展及网络冗余技术使以太网更适应于实时应用；第三，
改进的通信协议克服了TCP/IP协议中的缓冲器满再发送及冲撞控制中的允许“丢”包等缺点。而通信介质亦从同轴电缆、双绞线发展到光纤；光纤不受噪声干扰，适合使用在实时监控的高噪声现场环境。另外以太网能把供水生产现场与供水企业局域网甚至INTERNET很方便地结合起来，这又是以太网的另一大卖点。
综上所述，以PLC为基础的DCS控制系统、现场总线控制系统和以太网技术在供水行业中的应用应各有特长，三者之间目前不可能互相取代，在供水自动化领域我们将面临一个多种工业控制技术共存的现实世界。下面举一实例来说明多种技术并存于一套供水自动化控制系统中的情形。广东潮安县自来水公司原日供水能力为八万吨，为满足社会发展的需要于2003年下半年建成一个日产12万吨的自动化新水厂，新水厂与旧制水厂共用一个取水泵房。其网络结构图见附图一。
由附图一可以看出，整个网络采用环形以太网结构，在中控室交换机采用100Mb/s带光纤口的Modicon 499NOS17100工业以太网交换机，两台监控机供操作员操作，另外一台管理主机负责管理、组态、修改程序、网络维护等。同时中控室监控主机还通过电台和公司进行无线通迅；全厂分取水、送水、加药三个PLC分站，滤池并入送水分站，PLC采用施耐德公司的Quantum系列和Momentum系列，Quantum系列PLC支持TCP/IP以太网、Mb+、Mb、Frofibus、Hart、FFH等，可方便的与PC、Momentum等设备进行互联。根据加药和滤池的特点采用施耐德公司的分布式现场总线控制产品—
Momentum系列PLC。全厂高低压配电柜和部分智能仪表采用现场总线技术通过RS485/232与PLC互联，从而节省大量的电缆及安装费用，日常维护和将来扩充也十分方便；整套系统集PLC，DCS，现场总线技术，以太网+TCP/IP技术于一体，是一套较完整，较先进的水厂自动化控制系统。
与公司无线通讯以太网电台监控主机管理计算机100M交换机（带光纤口）Quantum PLC以太网取水分站交换机光纤以太网交换机Q以太网RS485双绞线以太网A1光收发器A2Momentum PLCA11PLC旧制水厂加药分站Momentum PLCMB+光收发器滤注：1.AnBnCn均为智能仪表2.网络为旧制水厂预留光纤接口。附图一：环形以太网结构网络图
