1771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM7151771-P10控制器AB模塊IC697MEM715
過程控制以計(jì)算機(jī)控制作為主流,。近年來,，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展正迅速改變著工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀,，傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已僅僅是一個(gè)狹義的概念,，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的含義已被大大擴(kuò)展 ,，它不僅包含我們*熟悉的各種自動(dòng)控制系統(tǒng),、各種順序邏輯控制系統(tǒng),、各種自動(dòng)批處理控制系統(tǒng)及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，還包括了各生產(chǎn)工段和各生產(chǎn)車間的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng),，以及整個(gè)企業(yè)的決策系統(tǒng)和管理系統(tǒng),。本文重點(diǎn)分析作為現(xiàn)代工業(yè)順序邏輯控制的可編程邏輯控制PLC、現(xiàn)代工業(yè)主流的集散型控制系統(tǒng)(DCS)和未來工業(yè)主流的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)及其相互關(guān)系,。

2 DCS,、FCS控制系統(tǒng)的基本要點(diǎn)
目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動(dòng)控制(PA)或習(xí)慣稱之為工業(yè)過程控制中,，有兩大控制系統(tǒng),，即DCS和FCS,。它們的各自基本要點(diǎn)如下:


2.1 DCS或TDCS
(1)分散控制系統(tǒng)DCS與集散控制系統(tǒng)是集通訊、計(jì)算,、控制,、顯示4C(Communication，Computer,，Control,，CRT)技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。
(2) 從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng),，其中通信(Communication)是關(guān)鍵,。
(3) PID在中繼站中，中繼站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置,。
(4) 模擬信號(hào)A/D-D/A帶微處理的混合,。
(5) 一臺(tái)儀表一對線接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN,。
(6) DCS是控制(工程師站),、操作(操作員站)、現(xiàn)場儀表(現(xiàn)場控制站)的三級(jí)結(jié)構(gòu),。
(7) 缺點(diǎn)是成本高,，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作,，大DCS系統(tǒng)是各家不同的,。
(8) 用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制,，如石化等,。
(9) 制造商:Bailey(美)、Westinghouse(美),、HITACH(日),、LEEDS&NORTHRMP(美)、Siemens(德),、Foxboro(美),、ABB(瑞士)


2.2 FCS
(1) 基本任務(wù)是:本質(zhì)(本征)、安全,、危險(xiǎn)區(qū)域,、易變過程、難于對付的非常環(huán)境,。 　(2) 全數(shù)字化,、智能、多功能取代模擬式單功能儀器,、儀表,、控制裝置,。
(3) 在總線上PID與儀器、儀表,、控制裝置都是平等的,。
(4) 多變量、多節(jié)點(diǎn),、串行,、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn),、并行,、模擬系統(tǒng)，是雙向的,、開放的取代單向的,、封閉的。
(5) 用分散的虛擬控制站取代集中的控制站,。
(6) 制造商:美Honeywell,、Smar、Fisher-Rosemount,、AB/Rochwell,、Elsag-Bailey、Foxboro,。歐Siemens,、GEC-Alsthom、Schneider,、Process-Data,、ABB
(7) 3類FCS的典型
a)連續(xù)的工藝過程自動(dòng)控制如石油化工，其中“本安防爆”技術(shù)是絕對重要的,，典型產(chǎn)品是FF,、WorldFIP、Profibus-PA
b)分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制,，如汽車制造機(jī)器人,。汽車典型產(chǎn)品是Probifus-DP、CANbus
c)多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化,，典型產(chǎn)品是Lonwork,、Profibus-FMS


3 兩大控制系統(tǒng)之間的差異
我們已經(jīng)知道，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來,，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn),，而且跨出了革命性的一步。而目前,，新型的DCS與新型的PLC,，都由向?qū)Ψ娇繑n的趨勢,。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能；而新型的PLC,，在處理閉環(huán)控制方面也不差,，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍,，已有很大的交叉,，下面我著重介紹DCS和FCS兩大控制系統(tǒng)間的差異要點(diǎn)。


3.1 DCS
DCS的關(guān)鍵是通信,。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱,。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此,，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性,。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是:一對絞線、同軸電纜或光纖電纜,。
通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計(jì)參數(shù),，基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn):
(1) 系統(tǒng)能處理多少I/O信息
(2) 系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息
(3) 能適應(yīng)多少用戶和裝置(CRT、控制站等)
(4) 傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢查的
(5) 數(shù)據(jù)公路的*大允許長度是多少
(6) 數(shù)據(jù)公路能支持多少支路
(7) 數(shù)據(jù)公路是否能支持有其他制造廠生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器,、計(jì)算機(jī),、數(shù)據(jù)記錄裝置等)。
為*保*通信的完整,，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路,，為了*保*系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù),。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則,，用以*保*所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送得數(shù)據(jù)一樣,。


3.2 FCS
FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有以下三點(diǎn):
(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,，即總線標(biāo)準(zhǔn)，只要總線協(xié)議一經(jīng)確定,，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。就一個(gè)特定類型的現(xiàn)場總線而言,，只要遵循該類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議,，對其產(chǎn)品是開放的，并具有互操作性,。換句話說,，不論什么廠家的產(chǎn)品，也不一定是該現(xiàn)場總線公司的產(chǎn)品,，只要遵循該總線協(xié)議,，產(chǎn)品之間是開放的,，并具有互操作性，就可以組成總線網(wǎng)絡(luò),。
(2) FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置,。數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ),。FCS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號(hào)制,。如果現(xiàn)場裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)的通信規(guī)約,，不具備數(shù)字通信功能,，那么所謂雙向數(shù)字通信是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
(3) FCS系統(tǒng)的本身是信息處理現(xiàn)場化,。對于一個(gè)控制系統(tǒng),，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣的,。實(shí)際上,，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒減少,，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了,，可以說,，現(xiàn)場總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。

4 FCS與DCS的集成
由于DCS應(yīng)用廣泛,、技術(shù)成熟,，在現(xiàn)有的技術(shù)條件和市場條件下，F(xiàn)CS還不能完全取代DCS ,，由此引出一個(gè)很重要的問題:如何在已有的DCS系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)場總線新技術(shù),，即如何實(shí)現(xiàn)FCS與DCS的緊密集成，使二者各自的優(yōu)勢都得到體現(xiàn)?從本質(zhì)來說,，F(xiàn)CS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng),，而DCS雖然涉及網(wǎng)絡(luò)通信，但其標(biāo)準(zhǔn)由各廠家自行制定,，沒有開放性,，所以DCS與FCS集成只是一種過渡策略，因?yàn)檫@種混合系統(tǒng)不能完全發(fā)揮FCS的優(yōu)勢,。根據(jù)當(dāng)前不同的應(yīng)用需求,，F(xiàn)CS和DCS有三個(gè)層次上的集成模式。


4.1 現(xiàn)場總線集成在DCS的I/O總線上
這種方式通過接口卡直接將現(xiàn)場總線集成到DCS系統(tǒng)中。與I/O功能塊相關(guān)的測量值和設(shè)定值可以通過接口卡映射成I/O總線上等價(jià)的值,。通過這種映射關(guān)系,，DCS就能透明地獲取現(xiàn)場總線智能儀表傳送的信息，其效果和傳統(tǒng)的變送器相同,。
這種集成方式的優(yōu)點(diǎn):
l 只需安裝現(xiàn)場總線接口卡 ,，無需改變或升級(jí)DCS系統(tǒng)。
l 對于一些初級(jí)的現(xiàn)場總線設(shè)備,，廠家提供的功能塊有限,，這種方式保留了DCS的控制功能。
l 采用低成本的PC作為現(xiàn)場總線組態(tài),、診斷的接口單元,。
但這種方式也限制了DCS所能獲取的信息，無法利用現(xiàn)場設(shè)備中大量的狀態(tài)信息,。


4.2 現(xiàn)場總線集成在DCS網(wǎng)絡(luò)上
這種集成方式通過現(xiàn)場總線接口單元連接到DCS網(wǎng)絡(luò)上,，現(xiàn)場設(shè)備中用于控制、計(jì)算的各種功能塊操作信息可以在DCS控制臺(tái)中獲取和更改,。通過接口單元提供的服務(wù) ,，DCS操作站能獲取更多的現(xiàn)場設(shè)備信息。
這種集成方式的優(yōu)點(diǎn):
l 控制和計(jì)算可以在現(xiàn)場設(shè)備中完成 ,，相關(guān)的參數(shù)可以在DCS操作員站中訪問,。
l 便于現(xiàn)場總線和DCS之間的通信。
l DCS可以訪問現(xiàn)場設(shè)備中更多的信息,。但是這種集成方式中現(xiàn)場設(shè)備功能塊組態(tài)仍在PC中完成,，與DCS組態(tài)數(shù)據(jù)庫分離。



4.3 過網(wǎng)關(guān)接口集成現(xiàn)場總線
這種集成方式通過專門設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)接口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和DCS系統(tǒng)的完全雙向連接,，即DCS操作員站能訪問現(xiàn)場設(shè)備中的所有信息,，而現(xiàn)場總線也能獲取DCS提供的各種信息 ，因此便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線和DCS的協(xié)調(diào)控制,。此外 ,，在這種集成方式下，現(xiàn)場總線的控制功能更加獨(dú)立,，可以構(gòu)成一個(gè)脫離DCS的完整的控制系統(tǒng),。
這種方式主要適用于規(guī)模較大的控制系統(tǒng)，能有效保護(hù)用戶對DCS的先期投資,。DCS負(fù)責(zé)監(jiān)控,、優(yōu)化、先進(jìn)控制,、協(xié)調(diào)管理等較復(fù)雜的應(yīng)用，是主控系統(tǒng) ，而FCS負(fù)責(zé)現(xiàn)場設(shè)備層的數(shù)據(jù)采集和閉環(huán)控制并將設(shè)備的狀態(tài),、診斷信息實(shí)時(shí)地傳送至DCS ,。
但是這種接口方式對網(wǎng)關(guān)接口技術(shù)要求很高，此接口要完成雙向的協(xié)議轉(zhuǎn)換,，為DCS和現(xiàn)場總線提供透明的數(shù)據(jù)訪問,。
以上簡單討論了DCS和FCS集成的三種途徑。實(shí)現(xiàn)應(yīng)用時(shí)情況會(huì)更復(fù)雜,，主要原因是DCS的很多設(shè)計(jì)要素不同于FCS,，DCS的封閉性限制了現(xiàn)場總線分散化、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)的實(shí)現(xiàn),。傳統(tǒng)意義上的DCS實(shí)現(xiàn)分散控制,、集中管理，但在實(shí)際應(yīng)用中,，DCS的控制功能并沒有真正分散化,，其管理功能更多的也只是監(jiān)控和協(xié)調(diào)。因此,，在未來的技術(shù)發(fā)展中,，需要著重考慮DCS與FCS的集成，使系統(tǒng)配置達(dá)到*優(yōu),，從而實(shí)現(xiàn)完整的控制,、管理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這樣,，DCS的基本控制功能將逐步消失,，它將更多的承擔(dān)監(jiān)控、管理和決策任務(wù) ,，成為真正意義上的管理系統(tǒng)的一部分;而FCS則協(xié)調(diào)現(xiàn)場智能測控設(shè)備之間的通信 ,，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制的徹底分散化、網(wǎng)絡(luò)化,。因此,，DCS與FCS結(jié)合是當(dāng)前提高過程控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平的基本思路。



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