在现场总线基金会的一个新的培训视频中，讲师Chuck Carter对现场中使用阀门和流量计完成控制回路的过程做了讲解。当他将系统建立起来并让其开始运行时，他欢快地宣布：“我会证明另一个功能，这个功能也是此系统的一项先进之处；仅仅是为了好玩，我现在要破坏主控系统。”
        Carter将情况告诉一个操作员，失去主机可是一个大问题，但是这种情况可以解释分布式智能的一项重要的优势：单一中心节点的故障很少会给过程部件带来影响。即使主机系统当机，阀门和流量计也能够继续正常发挥作用，使流量到达预期的设定值。主机系统恢复之后，就像什么都没有发生过一样。系统能够这样运作是因为控制阀门和流量变送器具有精密内置数据处理和控制能力。依据不同状况的需要，用户可以选择使用或者不使用这种先进的功能。
        有了这种冗余功能确实是一大优势，但这仅仅是分布式控制的一个方面。即使是最早期的DCS，分布式的概念也是网络架构和控制策略的关键组成部分。早期，这种状况主要是出于保守的原因：那时的网络速度很慢，集中处理能力也较弱CONTROL ENGINEERING China版权所有，所以任何规模的系统都不得不在周边较小的范围内组网以节省时间。多年之后，这种状况得以改观，对于任何实际应用来说，处理器的能力都毫不逊色，网络也更加快速。但是，分布式智能仍旧在控制策略中占有一席之地。

此I/O系统从一组现场设备获取数据，并通过一根电缆将数据发送给控制系统。图片来源：Opto 22公司。

        更智能的现场设备
        如果说今天的科里奥利流量计的变送器计算能力能够媲美早期DCS的主处理器似乎也并不为过。同样的，PLC、PAC、温度回路控制器和所有种类的小型智能设备在精密程度上都有了巨大飞跃。如果能够巧妙地将其整合起来，对于中央处理能力的要求也会降低。
        在某些情况下，智能处理存在于现场设备的变送器中，经过数年的发展，这种能力已经从基本的线性传感器输出或者辅助校准测量，发展成为能够从数据中获取其他过程变量的能力。当然，这些附加功能是设备的配置需求更加复杂，所以供应商一直在努力寻求方法以减少这项成本，同时还要保留新的功能特性。
        其他情况下，现场设备可能会与一些作为I/O接口的小型本地处理器协同工作，这种组合的功能可以媲美十年前的完整DCS的功能。“一个大脑或者I/O机架上的I/O处理器可以完成大多数与信号相关的作业，”Opto 22公司的系统工程师Ben Orchard说道：“这些作业包括闭锁和高速计数、看门狗计时器、热电偶线性化和PID回路控制，有了这些功能，控制器就能够专心于编程、通讯、匹配和其他功能。在I/O层面上运行PID回路之类的作业还能够提供故障冗余，例如如果与控制器的通讯丢失，PID回路仍旧可以独立作业，维持设定值不变。”
        更智能的网络
        只有所有部件都与网络相连时，分布式智能才行之有效。虽然实际的控制功能可以下放，但是分析和报表功能仍旧需要集中处理。工业应用中越来越多地使用以太网的原因颇多，其中之一就是网络能够支持分布式的架构。这意味着对企业系统和传统IT领域已经捻熟于心的网络供应商正在向工业网络扩展。
        一些工业网络必须保持过程单元7天24小时地运作，而IT管理员却并未意识到这一点是多么地重要。对于这个问题并非没有考虑，Cisco公司的全球经理Paul Taylor认为工业用户也意识到他们自己并非是独一无二的。“我们发现工业环境中的网络与其他领域中的网络实际上很类似，这也正是人们所诟病的，”他说道：“每一个人都认为他们的行业不同，但是工厂网络与华尔街的金融网络几乎无二。如果网络中断几秒钟，损失是多少呢？”
        精密安全性
        过程控制系统变得越来越分散，安全系统却仍旧保持其本质上的整体性，这依赖于大型的三重冗余安全PLC。尽管避免单点故障很关键，但是一些公司意识到用于实现控制功能的智能技术也可以用于安全作业，而且不会打乱预想的功能区分。那些负责维护安全系统的人员希望能够拥有和控制系统类似的诊断功能。
        一些企业正在讨论一些整合安全的概念，似乎建议安全系统和基本的过程控制系统在某种程度上应该相互关联。这种方法行不通，因为这与安全系统应该能够完全独立于控制系统运作的基本原则相背离。一种更加精确的界定方法是只要信息流是单向的，那么控制系统就能够使用来自于安全系统的信息。
        “我们对待电子I/O的方法是将I/O的‘智能’甚至是一些控制能力转移至现场，”Emerson Process Management公司的研发部总裁Mark Nixon说道：“安全系统也在发生着同样的事情，我们引入了一台工作在现场的控制器，并将其置于系统顶层，与安全CHARM一起对控制部分进行监控并执行关断动作。”
        Nixon认为真正的分布式智能是一种最近刚刚出现的现象。现有的技术允许使用集中在一点但是其他部分高度分散的网络进行快速控制。将安全智能更多地转移至设备层面的结果与文章一开始所讨论的例子类似：安全功能不一定要依赖于中央控制，如有必要，靠近故障的传感器和执行器可以自己采取行动。
        哪些部分需要保持集中性？
        能够被分散处理的功能越来越多，但是仍旧有一些领域最好还是集中处理，或者至少应该看起来是集中处理哪怕它们实际并不是。一些不应做分散处理的部分包括：
        ■ 设备配置信息；
        ■ 补丁管理；
        ■ 数据采集和历史数据。
        受益于集中控制的例子之一就是数据采集。对于大多数的分析目的，集中的信息越多越好，但是这并不意味着这些信息实际上就在同一个位置。
        Honeywell 公司过程解决方案部门 Experion产品市场总监Jack Gregg说道：将数据转换成为信息是有效的控制结构中的关键一环。“我们的历史数据存储于服务器中，服务器形成群组，使用一定数量的控制器与其相关联。”他解释道：“这些群组服务器设计成能够作为一个大型的系统运作，它们互相之间通讯的方式就是我们所说的分布式服务器架构（DSA）。在一个单元中建立一个节点，并称之为‘FIC-101’，然后将其加载到这个单元的控制器中。现在操作人员就可以使用这个节点并对它做趋势分析控制工程网版权所有，服务器对其做历史数据备份，可以为这个群组产生报警www.cechina.cn，所有这些信息都汇总至一个服务器，然后呈现给操作人员。现在，如果我坐在办公室里面，而我想了解一下那个单元的运作情况，这些内容都是透明的。服务器会搜寻我所需要的信息，我不必知道这些信息来自于何处，而且来自于何处也根本不重要。”
        如果一家大型公司开始从遍布于世界各处的多家工厂搜集数据，那么这种系统的规模会十分庞大。从生产单元中搜集数以千计的标签历史数据确实能够完成，但是这种系统需要覆盖多个站点，这对于管理颇具挑战。Invensys Operations Management公司称其为集群，集群代表一个空间的全局名称，它对所有搜集到的数据进行管理。根据不同的项目性质，这种集群会覆盖十分广泛的地理区域。
        Invensys公司的app服务器和系统平台产品经理Rob Kambach解释它是如何运作的：“当你创建了一个项目，并未使用我们的系统，你创建一个集群作为项目的载体，在这个集群中，你可以使用对象，而且那些自动化对象可以与设备通讯。自动化对象可以具有脚本、符号、安保、历史数据以及任何建立系统所需要的部件。随后自动化对象可以被应用在平台中，这里的平台可以是一台PC，而且可以有上百台这种主机，可能一个工厂中有10台主机，另一个工厂中还有10台主机，以此类推，然后从这些主机处获取信息并将其显示在HMI上。所有这些设备都能够与InTouch工具通讯。我们所看见的发展趋势并非是集群越来越庞大，而是人们希望使用更小的集群，以便于管理，但是与其他站点安全通讯和交换信息的能力仍是必须的。”
        Kambach说覆盖区域广泛的企业可以使用这种设备，将特定范畴内的技术专长集中管理控制工程网版权所有，通过这套系统位于中央办公室内的内部顾问可以为多个站点服务，最大限度地减少了花费在路上的时间。
        别忘了网络安全
        如果网络复杂度发展到这种程度，那么最大的挑战就是安全。此处所述的安全包括两方面的考虑：传统的网络安全（外部侵入者的防范）和大型网络的内部访问规则。
        过程控制的能力必须妥善管控，Honeywell公司的Gregg这样做：“数据就在眼前，你必须确保只有真正需要数据的人才能够使用这些数据。你肯定不希望企业层面的人员对设定值进行更改。这个层级不合适，使用者也不对，他们不应该对过程做出任何改动。如果经理们确实正在计划和规划对过程作出一定程度的调整，他们会向控制室内的操作人员发出命令，操作人员会根据管理层的知识做出相应的调整。管理层设定目标，但是真正执行这些目标的人在控制室里。你必须对过程控制系统的信息严防死守，只有真正需要这些信息的人才能够获取使用。那些并非关键过程控制人员不允许获得关键过程信息。”

随着网络复杂度提升，虚拟技术变得越来越重要。聚类化可以支持冗余。图片来源：Invensys公司。

        在过程中广泛使用智能设备也对网络安全带来了挑战。很多PLC、PAC、I/O连接器和类似产品都有以太网接口，但是内部网络安全防护措施却较为薄弱，这意味着网络本身必须自己防护。IT网络管理员可以帮助保护网络，因为他们已经对同样的问题做出了应对，只是形式不同。
        “工业环境和那些我们可以随意使用自己设备的企业办公环境实际上没有什么大的不同，”Cisco公司的Taylor说道“允许自带设备意味着任何人都可以将自己的iPad、iPhone、安卓设备或者其他设备带入公司，然后接入公司的网络。这就是实际情况，你可以在自己的iPad上接收邮件，问题是这台iPad属于你自己，而你晚间会将其带回家。或许你的孩子会从网络上下载游戏，谁知道呢？当你用这种思路考虑智能工业端设备，你必须意识到网络的安全性还需要很多工作来做，因为你并不知道网络上连接了什么设备。你也不知道这些设备曾经被带至何处或者将被带至何处。你必须确保网络的安全性。”
        他说，工业网络的一项主要优点就是当你深入设备层面时，你可以从网络容量、数据性质以及通讯状况等方面预测网络的运行状况。如果视频摄像头开始发送邮件，你就知道哪里出了问题。
        成功的网络设计是一种创建合理防护的同时又不对所需的网络通讯设立不必要的阻隔的一种平衡。Taylor建议道：“一个不错的例子就是如果你有一台笔记本电脑，并且由于需要对PLC进行编程，你将笔记本电脑携带至工厂车间，网络允许你将笔记本电脑连接到PLC的以太网交换机上。但是如果你试图在办公室访问同一台PLC，访问会被禁止，因为你的接入点不正确。这就是我们在网络方面的安保做法，这种安保策略可以应用在整个网络上。这也正是当你携带自己的iPad进入办公室时IT部门所采用的策略，你无法与所有的设备连接，仅仅能连接那些用来保护你的效率和生产力的必须设备。”
        最近几年，分布式智能的能力迅速增长，如果使用得当，它们能够改善过程单元的性能，能够提升决策过程中信息的可用度。
        相反的观点：
        现代集中控制的例子
        也有公司认为分布式智能的理念大错特错。Beckhoff Automation公司的区域销售经理Joe Ottenhof说道，对于分布式智能进行变更以实现必要的防御策略，这一行为正是反映了用户对于过程生产环境中的网络性能的不满意。他认为这种方法是治标不治本。
        “现场设备不得不具备那么高的智能性的原因就是网络带宽过低”他解释道：“你无法及时获得设备的反馈，这一问题伴随着如何最大化工厂的整体效率和性能。为了达成这一目的，你必须对整个工厂有一个全景的把握。大多数控制系统供应商的局限就在于网络速度以及从现场设备回流的数据量。我们宁愿在现场使用所谓的哑巴设备，就是那些只能回传参数的设备，然后使用高带宽的网络而不是低带宽的网络，将这些设备通过简单但是稳定的架构与执行控制作业的中央处理单元连接在一起。这就是Beckhoff在分布式应用领域的模型。”
        这种方法的机制确实奏效，因为现在的CPU的处理能力几乎等同于无限，例如EtherCAT之类的基于以太网的高速网络（100MB/s）与简单的现场设备组合也能够在大多数应用中实现微秒级别的循环时间。Ottenhof承认，这种方法并非普适。这种策略对于精炼厂或者大型化工厂就不适用，但是确实有很多过程应用来说使用这种分布式的理念可以工作的很好。

Beckhoff建议为更加集中化的系统使用EtherCAT作为主干网络。因为能够使用这种通讯方式的过程仪器现场设备很少，用户需要使用I/O接口。图片来源：Beckhoff公司。

        一个重要的概念就是Beckhoff从硬件角度看问题。“如果你采用了中央控制，你就是把别人通过硬件可以实现的事情用软件实现了。”Ottenhof说道：“我们的方法是尽可能多地用软件解决问题，尽可能减少硬件的使用。因为硬件的速度已经足够快控制工程网版权所有，特别是在计算方面的速度，而软件又更容易维护，且成本也较为合理。”