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國際電工委員會及各國電工委員會（IEC&NEC’S）：

    目前，作為國際標準的IEC現場總線標準達20種，其組成的現場總線控制系統（Fieldbus Control System, FCS）令我作為用戶的石化工業控制專家深感迷惑。FCS作為我使用的工具難以從多達２０種的IEC標準的產品中擇善使用。另一方面，作為國際標準，按常理應是一種或兩種，而后者往往是歷史原因造成的，例如公制和英制。哪有一種工業產品的國際標準有20種的？這還算什么國際標準，也不是國家標準，甚至連公司的標準都不是，因為有的公司就有2種IEC的Fieldbus標準。事實上，20種的IEC的 Fieldbus 標準就是沒有標準！使申言的“IEC is a worldwide organization for standardization comprising all national electro technical committees. The object of IEC is to promote international co-operation on all questions concerning standardization in the electronic field”的國際技術標準組織的權威性受到了極大的損害。從Fieldbus出現至今的全過程我深有了解，IEC 是迫于無奈才導致目前這種窘況。這也波及到ISO的權威性，因為“IEC Collaborates closely with the international standardigation for standardigation(ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two organization.”，為維護作為國際技術標準，特別是工業產品的國際標準的統一性和唯一性，維護IEC 和ISO 作為國際技術標準發布組織的權威形象，現有20種IEC Fieldbus標準不應繼續存在而應形成一種統一且唯一的工業控制系統IEC標準；從技術合理性和產品性能、價格著眼，由Fiedlbus形成的FCS因其固有的缺陷也應予以鏟除。基此，特向IEC（及各成員國）推薦并申請登記中國剛公布的一項專利（Chinese patent Pending）公告號： CN101063882的ZL2006100262612—— 一種完全自治的現場集散型控制系統（A Field Total-Distributed Control System With Fully Autonomous, FTDCS），無論從系統結構的合理性與完全自治而確保高可靠性還是生產成本與工程安裝的使用成本都比FCS優越而低廉，理應成為IEC的統一且唯一的工業生產（特別是PA）控制用的系統平臺。

    縱觀從上一世紀60年代中期出現的DDC（Direct Digital Controller）到現今形形色色多達20種IEC標準的Fieldbus產品的演變歷程，可以說從DDC、工業控制機（Industrial  Control Computer,ICC）到DCS（Distributed Control System） 是一種進步。一句西方諺語恰如其分地描述了前二者的弊端“All eggs are putted into a basket”，而DCS在系統結構上信息集中（處理）、控制分散（Total-Distributed），從而大大提高了工業生產尤其是石油化工生產極盼的高可靠性。然而，僅僅因為節省現場和主控制室機房之間長距離來回連線以及相應的維修問題而否定DCS的FCS卻是不折不扣的控制裝置歷史的倒退！

    眾所周知，所有現場總線構成的控制系統均由數據通信維持閉環控制，由Fieldbus傳遞信息的通信就成為控制系統的命脈，這種固有的特性違背了高可靠性是工業控制系統（特別是核電站和石化生產的控制，因為地球只有一個！）的第一要求這一基本原則，必須予以革除。

    Profinet（以前是 Profibus）和FF是最具代表性的兩種Fieldbus。Profibus PA是其DP的Remote I/O。凡是Remote I/O型FCS，如果發生任何通信的故障，則一大批控制回路就全部開環失控，這難道不是重現“All eggs are putted into a basket”典型的歷史倒退么？

    FF-H1的基本控制雖在現場，但卻在形成控制系統的體系結構上犯了技術方向性錯誤：用局部化解整體，用裝在現場的各變送器和閥門定位器內的智能卡從功能和實體上取代DCS控制站（整體）！它的思路非常“原始”，既然現場 I/O設備內各智能卡上都有CPU 芯片，何不添上運控軟件，使各智能圓卡成為在執行本分的（原DCS 控制站）的 I/O數字化處理功能的同時也承擔原來DCS控制站至少80%的基本運控功能的小實體。把這些小實體用FF-H1現場總線聯成一個局部網絡最多可容納31個小實體及一個 HMI共32個站，而且“就地”把變送器內的智能卡進行數字化的智能處理，所得的2維的Record（既有數字化測量值及表示該值可信度的狀態值）數據用H1通信發給相應的閥門定位器內的智能卡，由后者進行一些必須的基本控制運算之后直接去控制控制閥門的開度而實現閉環。眾所周知，從系統或裝置可靠性考慮，各部件只需專司其責，對于極為關鍵的部件予以冗余配置以提高整體的可靠性，各智能卡內的關鍵部件——CPU可無冗余，而且H1網上的這些小實體借助 H1通信實施閉環控制確是過度分散的“就地”控制，是一種工業控制進程的歷史大倒退！把控制過程強加給現場 I/O設備內的智能卡，在一個部件上的功能疊加不也是“All eggs are putted into a basket”？

    把控制功能強加給儀表智能圓卡無疑使其處于兩難的境地，既要把其本份的、對被測變量的高信度、高精度按第一要求處理，又要對控制功能按第一要求的高可靠性處理，在同一智能卡上對這兩個第一要求如何處理？看來 FF-H1的構思者有必要認真對Total-Distributed 這一深含哲理的理念加深理解！這種把控制功能強加于各智能卡使其在功能上和實體上化解 DCS控制站的構思過于偏頗而缺乏 （控制）系統整體觀點，把控制功能的實施看得過于簡單。

    要執行閉環控制，首先就要統一時鐘的分布與同步，必須把測量信息及時送至相應的閥門定位器的智能卡。這種及時性強制通信（Timeliness Compel Communication）使H1網絡十分復雜；為了實現控制，還有兩種必須的非實時通信（與 HMI的Peer-Peer通信和事件、歷史趨勢通信）需要安排，這均需要進行鏈路的活動調度（LAS-Link  Active  Schedular），統一的時鐘發布、分布及LAS執行者由主站承擔。一旦這個主站故障，則鏈路其他主站競爭上崗以提高控制可靠性，這就必須實現在線（或任務）冗余使程序容量大增，由于通信的速率與距離的折中所施加的限制，而在鏈路上成為承上啟下的分叉節點的端口（或者橋）的智能圓卡必須成為如交通樞紐的中轉站的LAS執行者，以向前（下游）推進并執行時鐘的再分布與同步，不但增加其技術復雜性而且也成為可靠性的瓶頸，也使FF-H1的智能圓卡制造成本大為增加。FF-H1的智能圓卡共有三塊：常見的母卡和GP I/O卡裝在變送器或閥門定位器之內，而另一少見的子卡則僅用于組態程序下裝。FF-H1的軟件容量（包括調試診斷程序在內）達到12.5G，如此復雜的技術隱含許多潛在的隱患，這全部是把控制功能強加給儀表智能化的結果。

    作為 DCS的先進理念Total Distributed，如何正確理解，涉及DCS的I/O容量的系統使用問題，這又是一個作為系統（局部）整體而令 FCS及儀表智能化的研發制造者可能感到的陌生的問題。比DCS稍后出現的單回路數字調節器（Single Loop Digital Controller）不曾風云一時么？尤其是日本的生產廠家最多，但從未在中國的石化工業現場正式使用過，現早已退出市場了。其主要原因是缺乏系統（整體）的應用觀念。因為流程工業，特別是石化工業生產的 PA要求對一個生產單元（局部）整體協調控制。單回路數字調節器雖然從系統而言是過于分散，但就一個回路（包括串級回路）而言還是包括I/O 在內的一個整體。然而FF-H1分散到一個回路的I/O都要靠強制通信予以連接！所以，IEC-61449-1 P25都寫明：“However, in contrast to an application or sub application confined to a single resource, the timing and reliability of communication function will affect the timing and reliability of a distributed application or sub application.甚至FF-H1都希望基本自動化應用盡可能獨立于I/O設備和網絡，FF-890FS1.5 P28“3.3.5…Function block represent the basic automation function performed by an application much is as independent as possible of Specific of I/O device and network.”

    為滿足石化生產極需的安全、長期運行，作為資深的石化控制專家，率先設計實施了一種智能型“預聯鎖”（Pre-interlock）控制系統，在現場連續運行至今已達18年。其主體構思是：在非設備器質性故障時，根據生產過程的報警狀態的同步（同拍）的綜合邏輯處理結果自動改變控制（回路）結構所得的非常作用于生產過程，把誘發 ESD啟動的因素予以“扼殺”，在安全極限內使生產正常運行。這種同步的綜合邏輯處理功能，FF-H1不具備，而借助 HSE是無法達到同步處理要求的。

    此外Profibus PA 和FF-H1的現場控制系統（Fieldbus control system）還有以下缺陷：

(1) FF-H1和Profibus-PA的通信速率僅為31.25 Kb/s，限制了控制的響應速度，不能滿足快速的I/O要求。

(2) FF-H1和Profibus-PA的安裝布線不但各支線長度<=30米，而且包括所有支線長度之和在內的總線長度必須<=1900米，這不但增加了布線和選擇現場I/O設備安裝位置和本安供電的難度，而各支線的接頭要使用比導線貴得多的專用接頭，以致其安裝工程成本可能反而高于DCS的工程成本。這與其欲取代DCS的初衷恰好相反。

    作為傳遞儀表智能化、數字化信息的現場總線上述固有的缺陷，已對所構成的控制系統的可靠性產生潛在隱患，必須予以去除。依據“IEC/PAS 61804-2 Function Block for Process Control-part 2 p21” 介紹：“The IEC draws attention ……may involve the use of patents US. patent Pending NO.08/916,178……The holder of this patent right has assured the IEC that he is willing to negotiate license under reasonable and non-discriminatory terms and conditions with applicants through world, in this respect ,the statement of the holder of this patent right is registered with IEC。基此，現把中國china patent pending 專利公告號CN101063882、專利號ZL2006100262512“A Field Total-Distributed Control System With Fully Autonomous －FTDCS”的摘要作為附件呈送IEC并申請記錄在案。

    作為本專利的發明人，倍感從控制系統整體來考慮控制裝置的必要性。隨著電子技術的發展，計算機技術已從“以時間換空間轉變成以空間換時間”。這大大地促進了儀表智能化技術的發展，從而也促進了工業控制系統的精度與可靠性大幅度提高，特別是對ESD(Emergency Shut Down)避免誤動作十分重要。包含有CPU芯片的智能圓卡可以放入現場I/O設備內，進行數字化智能處理，而且現在CPU芯片的工作環境溫度已達-50~70度，為什么不可以把原放在控制室機房內的DCS控制站輕而易舉的小型化后整體移至現場安全區域或儀表小屋而變成也是現場設備的現場控制站（Field Control Station, FCS）。這不就從根本上鏟除了現場總線存在的必要性了么？這是本專利構思之一。但是，如何構成一種新的理念處理現場I/O設備內的智能數字化信息以構造完全自治的硬件平臺，以及如何從系統軟件著眼確保整個系統完全自治，詳情請見附件。眾所周知，完全自治是工業控制系統達到高可靠性的追求目標。本專利提出的FTDCS不僅具有半封閉的高可靠性的同時，還具有開放性，而且與之配套的智能圓卡因免除通信功能使制造成本與系統安裝的工程成本均較Fieldbus低。因此FTDCS定將成為IEC推出的流程工業控制系統統一的系統平臺而重塑國際技術標準發布組織的權威形象。

    正如一句中國成語：“冰凍三尺，非一日之寒”所言，能從整個控制系統觀點提出這項發明專利，可能只有中國特定條件才能促成。中國這項發明專利的發明人從1964年就開始在石化現場從事電子計算機控制石化生產的應用開發工作，經歷了從上一世紀60年代中后期出現的DDC、工業控制機到DCS的演變和逐一使用，在積累系統工程經驗和知識的同時還對所使用的工具作了詳盡的了解并產生濃厚的自行研發心儀的、能滿足預聯鎖綜合邏輯同步處理的DCS的欲望。上一世紀80年代末用外購STD總線模板自行開發了一臺小型的DCS樣機并成功試用于生產控制，其中率先使用了３塊CPU主板作在線冗余或任務冗余(online or task redundancies)。1998-2003在某FF-H1主要開發商的美國公司的上海分公司任高級技術顧問，對FF-H1作了歷時4年半的詳盡了解，萌發了簡化革除的念頭。因大病離開后應著名的跨國公司高層邀請，于2004年末為其提供用于PA控制系統改造的技術方案白皮書，但因提出革除Fieldbus而影響其現有產品及既有的市場份額而沒能合作。在白皮書的基礎上增加多處創新而形成FTDCS專利。作為一名資深的石化系統工程師， 40多年現場經驗，從系統角度審視作為工具的自控裝置的功能要求，無疑比制造者更為系統全面；作為DCS研發者對其原理、實現也有深刻了解，才能使控制系統整體具有半封閉的、完全自治的高可靠性，還不失開放性；在儀表智能（圓卡）化的基礎上的FTDCS由統一數據格式而具有互操作性，只要尺寸統一就可互換，因為它具有成為統一系統平臺的潛質。現把FTDCS這項專利奉呈IEC。隨時恭候垂詢和質疑。

　　誠摯問候！

                                       原中石化（SINOPER）上海石油化工研究院教授級石化系統工程師
　　                                                              
                                                                                          鐘霖田
　　
                                                                            2007年10月31日于上海

附件：

　　公告授權號：CN101063882

　　Chinese Patent Pending ZL2006100262512 Abstract of Total-Distributed 　　Control System with Fully Autonomous(FTDCS)

　　中國發明專利“一種完全自治的現場集散控制系統”摘要

　　本發明專利公開一種“完全自治的現場集散控制系統（FTDCS）”。把DCS的控制站小型化后整體移至生產現場安全區或儀表小屋內，使之也成為現場設備的現場控制站（Field Control Station ，FCS）；FCS內的I/O卡演變成緩存與把I/O數字化智能處理功能已全移至“派駐”在現場各變送器和閥門定位器內的智能（圓）卡一對一直接連線取/存信號并提供本安供電，連線一方的供方把數字化的Record型數據調制成曼徹斯特碼，另一方受方解調予以緩存待用。這使現場I/O設備成為FCS的深度分散外圍（DDP－deep distributed perpherals）,予以包容為FCS結構上的統一體（而不復“單獨”存在）。這種把現場I/O作為其DDP予以包容的FCS統一體在系統結構上為實現完全自治提供了統一的系統平臺（硬件）。主控室內的各人機界面（HMI）聯網并作為服務器與對應作為客戶的FCS用RS-485進行點對點的通信，而且是FCS的“門衛”，使整個FTDCS既有半封閉的高可靠性又不失開放性而完全自治。它根除了各種現場總線控制系統（Fieldbus Control System, FCS）受制于通信的多種弊端，而且制造成本和工程安裝成本都低，是理想的控制系統的統一系統平臺。用步進電機驅動閥門啟閉是全數字化的期望；有積分飽和度選擇徹底消除了常規控制模擬信息處理的痕跡，有預聯鎖必須的狀態邏輯同拍（同步）綜合處理功能。在儀表智能（圓卡）化的基礎上的FTDCS由統一數據格式而具有互操作性，只要（硬件）尺寸統一就可互換。