国际电工委员会及各国电工委员会（IEC&NEC’S）：

    目前，作为国际标准的IEC现场总线标准达20种，其组成的现场总线控制系统（Fieldbus Control System, FCS）令我作为用户的石化工业控制专家深感迷惑。FCS作为我使用的工具难以从多达２０种的IEC标准的产品中择善使用。另一方面，作为国际标准，按常理应是一种或两种，而后者往往是历史原因造成的，例如公制和英制。哪有一种工业产品的国际标准有20种的？这还算什么国际标准，也不是国家标准，甚至连公司的标准都不是，因为有的公司就有2种IEC的Fieldbus标准。事实上，20种的IEC的 Fieldbus 标准就是没有标准！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”的国际技术标准组织的权威性受到了极大的损害。从Fieldbus出现至今的全过程我深有了解，IEC 是迫于无奈才导致目前这种窘况。这也波及到ISO的权威性，因为“IEC Collaborates closely with the international standardigation for standardigation(ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two organization.”，为维护作为国际技术标准，特别是工业产品的国际标准的统一性和唯一性，维护IEC 和ISO 作为国际技术标准发布组织的权威形象，现有20种IEC Fieldbus标准不应继续存在而应形成一种统一且唯一的工业控制系统IEC标准；从技术合理性和产品性能、价格着眼，由Fiedlbus形成的FCS因其固有的缺陷也应予以铲除。基此，特向IEC（及各成员国）推荐并申请登记中国刚公布的一项专利（Chinese patent Pending）公告号： CN101063882的ZL2006100262612—— 一种完全自治的现场集散型控制系统（A Field Total-Distributed Control System With Fully Autonomous, FTDCS），无论从系统结构的合理性与完全自治而确保高可靠性还是生产成本与工程安装的使用成本都比FCS优越而低廉，理应成为IEC的统一且唯一的工业生产（特别是PA）控制用的系统平台。

    纵观从上一世纪60年代中期出现的DDC（Direct Digital Controller）到现今形形色色多达20种IEC标准的Fieldbus产品的演变历程，可以说从DDC、工业控制机（Industrial  Control Computer,ICC）到DCS（Distributed Control System） 是一种进步。一句西方谚语恰如其分地描述了前二者的弊端“All eggs are putted into a basket”，而DCS在系统结构上信息集中（处理）、控制分散（Total-Distributed），从而大大提高了工业生产尤其是石油化工生产极盼的高可靠性。然而，仅仅因为节省现场和主控制室机房之间长距离来回连线以及相应的维修问题而否定DCS的FCS却是不折不扣的控制装置历史的倒退！

    众所周知，所有现场总线构成的控制系统均由数据通信维持闭环控制，由Fieldbus传递信息的通信就成为控制系统的命脉，这种固有的特性违背了高可靠性是工业控制系统（特别是核电站和石化生产的控制，因为地球只有一个！）的第一要求这一基本原则，必须予以革除。

    Profinet（以前是 Profibus）和FF是最具代表性的两种Fieldbus。Profibus PA是其DP的Remote I/O。凡是Remote I/O型FCS，如果发生任何通信的故障，则一大批控制回路就全部开环失控，这难道不是重现“All eggs are putted into a basket”典型的历史倒退么？

    FF-H1的基本控制虽在现场，但却在形成控制系统的体系结构上犯了技术方向性错误：用局部化解整体，用装在现场的各变送器和阀门定位器内的智能卡从功能和实体上取代DCS控制站（整体）！它的思路非常“原始”，既然现场 I/O设备内各智能卡上都有CPU 芯片，何不添上运控软件，使各智能圆卡成为在执行本分的（原DCS 控制站）的 I/O数字化处理功能的同时也承担原来DCS控制站至少80%的基本运控功能的小实体。把这些小实体用FF-H1现场总线联成一个局部网络最多可容纳31个小实体及一个 HMI共32个站，而且“就地”把变送器内的智能卡进行数字化的智能处理，所得的2维的Record（既有数字化测量值及表示该值可信度的状态值）数据用H1通信发给相应的阀门定位器内的智能卡，由后者进行一些必须的基本控制运算之后直接去控制控制阀门的开度而实现闭环。众所周知，从系统或装置可靠性考虑，各部件只需专司其责，对于极为关键的部件予以冗余配置以提高整体的可靠性，各智能卡内的关键部件——CPU可无冗余，而且H1网上的这些小实体借助 H1通信实施闭环控制确是过度分散的“就地”控制，是一种工业控制进程的历史大倒退！把控制过程强加给现场 I/O设备内的智能卡，在一个部件上的功能叠加不也是“All eggs are putted into a basket”？

    把控制功能强加给仪表智能圆卡无疑使其处于两难的境地，既要把其本份的、对被测变量的高信度、高精度按第一要求处理，又要对控制功能按第一要求的高可靠性处理，在同一智能卡上对这两个第一要求如何处理？看来 FF-H1的构思者有必要认真对Total-Distributed 这一深含哲理的理念加深理解！这种把控制功能强加于各智能卡使其在功能上和实体上化解 DCS控制站的构思过于偏颇而缺乏 （控制）系统整体观点，把控制功能的实施看得过于简单。

    要执行闭环控制，首先就要统一时钟的分布与同步，必须把测量信息及时送至相应的阀门定位器的智能卡。这种及时性强制通信（Timeliness Compel Communication）使H1网络十分复杂；为了实现控制，还有两种必须的非实时通信（与 HMI的Peer-Peer通信和事件、历史趋势通信）需要安排，这均需要进行链路的活动调度（LAS-Link  Active  Schedular），统一的时钟发布、分布及LAS执行者由主站承担。一旦这个主站故障，则链路其他主站竞争上岗以提高控制可靠性，这就必须实现在线（或任务）冗余使程序容量大增，由于通信的速率与距离的折中所施加的限制，而在链路上成为承上启下的分叉节点的端口（或者桥）的智能圆卡必须成为如交通枢纽的中转站的LAS执行者，以向前（下游）推进并执行时钟的再分布与同步，不但增加其技术复杂性而且也成为可靠性的瓶颈，也使FF-H1的智能圆卡制造成本大为增加。FF-H1的智能圆卡共有三块：常见的母卡和GP I/O卡装在变送器或阀门定位器之内，而另一少见的子卡则仅用于组态程序下装。FF-H1的软件容量（包括调试诊断程序在内）达到12.5G，如此复杂的技术隐含许多潜在的隐患，这全部是把控制功能强加给仪表智能化的结果。

    作为 DCS的先进理念Total Distributed，如何正确理解，涉及DCS的I/O容量的系统使用问题，这又是一个作为系统（局部）整体而令 FCS及仪表智能化的研发制造者可能感到的陌生的问题。比DCS稍后出现的单回路数字调节器（Single Loop Digital Controller）不曾风云一时么？尤其是日本的生产厂家最多，但从未在中国的石化工业现场正式使用过，现早已退出市场了。其主要原因是缺乏系统（整体）的应用观念。因为流程工业，特别是石化工业生产的 PA要求对一个生产单元（局部）整体协调控制。单回路数字调节器虽然从系统而言是过于分散，但就一个回路（包括串级回路）而言还是包括I/O 在内的一个整体。然而FF-H1分散到一个回路的I/O都要靠强制通信予以连接！所以，IEC-61449-1 P25都写明：“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都希望基本自动化应用尽可能独立于I/O设备和网络，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.”

    为满足石化生产极需的安全、长期运行，作为资深的石化控制专家，率先设计实施了一种智能型“预联锁”（Pre-interlock）控制系统，在现场连续运行至今已达18年。其主体构思是：在非设备器质性故障时，根据生产过程的报警状态的同步（同拍）的综合逻辑处理结果自动改变控制（回路）结构所得的非常作用于生产过程，把诱发 ESD启动的因素予以“扼杀”，在安全极限内使生产正常运行。这种同步的综合逻辑处理功能，FF-H1不具备，而借助 HSE是无法达到同步处理要求的。

    此外Profibus PA 和FF-H1的现场控制系统（Fieldbus control system）还有以下缺陷：

(1) FF-H1和Profibus-PA的通信速率仅为31.25 Kb/s，限制了控制的响应速度，不能满足快速的I/O要求。

(2) FF-H1和Profibus-PA的安装布线不但各支线长度<=30米，而且包括所有支线长度之和在内的总线长度必须<=1900米，这不但增加了布线和选择现场I/O设备安装位置和本安供电的难度，而各支线的接头要使用比导线贵得多的专用接头，以致其安装工程成本可能反而高于DCS的工程成本。这与其欲取代DCS的初衷恰好相反。

    作为传递仪表智能化、数字化信息的现场总线上述固有的缺陷，已对所构成的控制系统的可靠性产生潜在隐患，必须予以去除。依据“IEC/PAS 61804-2 Function Block for Process Control-part 2 p21” 介绍：“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，现把中国china patent pending 专利公告号CN101063882、专利号ZL2006100262512“A Field Total-Distributed Control System With Fully Autonomous －FTDCS”的摘要作为附件呈送IEC并申请记录在案。

    作为本专利的发明人，倍感从控制系统整体来考虑控制装置的必要性。随着电子技术的发展，计算机技术已从“以时间换空间转变成以空间换时间”。这大大地促进了仪表智能化技术的发展，从而也促进了工业控制系统的精度与可靠性大幅度提高，特别是对ESD(Emergency Shut Down)避免误动作十分重要。包含有CPU芯片的智能圆卡可以放入现场I/O设备内，进行数字化智能处理，而且现在CPU芯片的工作环境温度已达-50~70度，为什么不可以把原放在控制室机房内的DCS控制站轻而易举的小型化后整体移至现场安全区域或仪表小屋而变成也是现场设备的现场控制站（Field Control Station, FCS）。这不就从根本上铲除了现场总线存在的必要性了么？这是本专利构思之一。但是，如何构成一种新的理念处理现场I/O设备内的智能数字化信息以构造完全自治的硬件平台，以及如何从系统软件着眼确保整个系统完全自治，详情请见附件。众所周知，完全自治是工业控制系统达到高可靠性的追求目标。本专利提出的FTDCS不仅具有半封闭的高可靠性的同时，还具有开放性，而且与之配套的智能圆卡因免除通信功能使制造成本与系统安装的工程成本均较Fieldbus低。因此FTDCS定将成为IEC推出的流程工业控制系统统一的系统平台而重塑国际技术标准发布组织的权威形象。

    正如一句中国成语：“冰冻三尺，非一日之寒”所言，能从整个控制系统观点提出这项发明专利，可能只有中国特定条件才能促成。中国这项发明专利的发明人从1964年就开始在石化现场从事电子计算机控制石化生产的应用开发工作，经历了从上一世纪60年代中后期出现的DDC、工业控制机到DCS的演变和逐一使用，在积累系统工程经验和知识的同时还对所使用的工具作了详尽的了解并产生浓厚的自行研发心仪的、能满足预联锁综合逻辑同步处理的DCS的欲望。上一世纪80年代末用外购STD总线模板自行开发了一台小型的DCS样机并成功试用于生产控制，其中率先使用了３块CPU主板作在线冗余或任务冗余(online or task redundancies)。1998-2003在某FF-H1主要开发商的美国公司的上海分公司任高级技术顾问，对FF-H1作了历时4年半的详尽了解，萌发了简化革除的念头。因大病离开后应著名的跨国公司高层邀请，于2004年末为其提供用于PA控制系统改造的技术方案白皮书，但因提出革除Fieldbus而影响其现有产品及既有的市场份额而没能合作。在白皮书的基础上增加多处创新而形成FTDCS专利。作为一名资深的石化系统工程师， 40多年现场经验，从系统角度审视作为工具的自控装置的功能要求，无疑比制造者更为系统全面；作为DCS研发者对其原理、实现也有深刻了解，才能使控制系统整体具有半封闭的、完全自治的高可靠性，还不失开放性；在仪表智能（圆卡）化的基础上的FTDCS由统一数据格式而具有互操作性，只要尺寸统一就可互换，因为它具有成为统一系统平台的潜质。现把FTDCS这项专利奉呈IEC。随时恭候垂询和质疑。

　　诚挚问候！

                                       原中石化（SINOPER）上海石油化工研究院教授级石化系统工程师
　　                                                              
                                                                                          钟霖田
　　
                                                                            2007年10月31日于上海

附件：

　　公告授权号：CN101063882

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

　　中国发明专利“一种完全自治的现场集散控制系统”摘要

　　本发明专利公开一种“完全自治的现场集散控制系统（FTDCS）”。把DCS的控制站小型化后整体移至生产现场安全区或仪表小屋内，使之也成为现场设备的现场控制站（Field Control Station ，FCS）；FCS内的I/O卡演变成缓存与把I/O数字化智能处理功能已全移至“派驻”在现场各变送器和阀门定位器内的智能（圆）卡一对一直接连线取/存信号并提供本安供电，连线一方的供方把数字化的Record型数据调制成曼彻斯特码，另一方受方解调予以缓存待用。这使现场I/O设备成为FCS的深度分散外围（DDP－deep distributed perpherals）,予以包容为FCS结构上的统一体（而不复“单独”存在）。这种把现场I/O作为其DDP予以包容的FCS统一体在系统结构上为实现完全自治提供了统一的系统平台（硬件）。主控室内的各人机界面（HMI）联网并作为服务器与对应作为客户的FCS用RS-485进行点对点的通信，而且是FCS的“门卫”，使整个FTDCS既有半封闭的高可靠性又不失开放性而完全自治。它根除了各种现场总线控制系统（Fieldbus Control System, FCS）受制于通信的多种弊端，而且制造成本和工程安装成本都低，是理想的控制系统的统一系统平台。用步进电机驱动阀门启闭是全数字化的期望；有积分饱和度选择彻底消除了常规控制模拟信息处理的痕迹，有预联锁必须的状态逻辑同拍（同步）综合处理功能。在仪表智能（圆卡）化的基础上的FTDCS由统一数据格式而具有互操作性，只要（硬件）尺寸统一就可互换。