資料內容僅供您學習參考，如有不當之處，請聯(lián)系改正或者刪除。分布式控制系統(tǒng)它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng),綜合了計算機,通信、顯示和控制等4C技術,其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。在特殊控制領域,如核電站控制系統(tǒng),DCS的含義被誤叫做數(shù)字化控制系統(tǒng)(Digitalcontrolsystem),其實質仍為分布式操作系統(tǒng)。概述首先,DCS的骨架—系統(tǒng)網(wǎng)絡,它是DCS的基礎和核心。由于網(wǎng)絡對于DCS整個系統(tǒng)的實時性、可靠性和擴充性,起著決定性的作用,因此各廠家都在這方面進行了精心的設計。對于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡來說,它必須滿足實時性的要求,即在確定的時間限度內完成信息的傳送。這里所說的”確定”的時間限度,是指在無論何種情況下,信息傳送都能在這個時間限度內完成,而這個時間限度則是根據(jù)被控制過程的實時性要求確定的。因此,衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡性能的指標并不是網(wǎng)絡的速率DCS,即一般所說的每秒比特數(shù)(bps),而是系統(tǒng)網(wǎng)絡的實時性,即能在多長的時間內確保所需信息的傳輸完成。系統(tǒng)網(wǎng)絡還必須非?？煽?無論在任何情況下,網(wǎng)絡通信都不能中斷,因此多數(shù)廠家的DCS均采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡拓撲結構。為了滿足系統(tǒng)擴充性的要求,系統(tǒng)網(wǎng)絡上可接入的最大節(jié)點數(shù)量應比實際使用的節(jié)點數(shù)量大若干倍。這樣,一方面能夠隨時增加新的節(jié)點,另一方面也能夠使系統(tǒng)網(wǎng)絡運行于較輕的通信負荷狀態(tài),以確保系統(tǒng)的實時性和可靠性。在系統(tǒng)實際運行過程中,各個節(jié)點的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時可能發(fā)生的,特別是操作員站,這樣,網(wǎng)絡重構會經(jīng)常進行,而這種操作絕對不能影響系統(tǒng)的正常運行,因此,系統(tǒng)網(wǎng)絡應該具有很強在線網(wǎng)絡重構功能。其次,這是一種完全對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)功能的網(wǎng)絡節(jié)點。一般一套DCS中要設置現(xiàn)場I/O控制站,用以分擔整個系統(tǒng)的I/O和控制功能。這樣既能夠避免由于一個站點失效造成整個系統(tǒng)的失效,提高系統(tǒng)可靠性,也能夠使各站點分擔數(shù)據(jù)采集和控制功能,有利于提高整個系統(tǒng)的性能。DCS的操作員站是處理一切與運行操作有關的人機界面(HMI-HumanMachineInterface或operatorinterface)功能的網(wǎng)絡節(jié)點。工程師站是對DCS進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡節(jié)點,其主要功能是提供對DCS進行組態(tài),配置工作的工具軟件(即組態(tài)軟件),并在DCS在線運行時實時地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡上各個節(jié)點的運行情況,使系統(tǒng)工程師能夠經(jīng)過工程師站及時調整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設定,使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統(tǒng)不同,所有的DCS都要求有系統(tǒng)組態(tài)功能,能夠說,沒有系統(tǒng)組態(tài)功能的系統(tǒng)就不能稱其為DCS。DCS自1975年問世以來,已經(jīng)經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷程。在這三十多年中,DCS雖然在系統(tǒng)的體系結構上沒有發(fā)生重大改變,可是經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善,其功能和性能都得到了巨大的提高?？偟膩碚f,DCS正在向著更加開放,更加標準化,更加產(chǎn)品化的方向發(fā)展。作為生產(chǎn)過程自動化領域的計算機控制系統(tǒng),傳統(tǒng)的DCS僅僅是一個狹義的概念。如果以為DCS只是生產(chǎn)過程的自動化系統(tǒng),那就會引出錯誤的結論,因為現(xiàn)在的計算機控制系統(tǒng)的含義已被大大擴展了,它不但包括過去DCS中所包含的各種內容,還向下深入到了現(xiàn)場的每臺測量設備、執(zhí)行機構,向上發(fā)展到了生產(chǎn)管理,企業(yè)經(jīng)營的方方面面。傳統(tǒng)意義上的DCS現(xiàn)在僅僅是指生產(chǎn)過程控制這一部分的自動化,而工業(yè)自動化系統(tǒng)的概念,則應定位到企業(yè)全面解決方案,即totalsolution的層次。只有從這個角度上提出問題并解決問題,才能使計算機自動化真正起到其應有的作用。DCSDCS具有以下特點:1．高可靠性。由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn),系統(tǒng)結構采用容錯設計,因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。另外,由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一,能夠針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機,從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。2．開放性。DCS采用開放式,標準化、模塊化和系列化設計,系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信,實現(xiàn)信息傳輸,當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時,可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下,幾乎不影響系統(tǒng)其它計算機的工作。形態(tài)組成DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(DistributedControlSystem),在國內自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng),綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術,其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。)發(fā)展歷史第一階段1975-1980年,在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術特點表現(xiàn)為:DCS1)采用微處理器為基礎的控制單元,實現(xiàn)分散控制,有各種各樣的算法,經(jīng)過組態(tài)獨立完成回路控制,具有自診斷功能2)采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離,實現(xiàn)集中監(jiān)視,集中操作3)采用較先進的冗余通信系統(tǒng)第二階段1980—1985.,在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術特點表現(xiàn)為:1)微處理器的位數(shù)提高,CRT顯示器的分辨率提高2)強化的模塊化系統(tǒng)3)強化了系統(tǒng)信息管理,加強通信功能第三階段1985年以后,集散系統(tǒng)進入第三代,其技術特點表現(xiàn)為:1)采用開放系統(tǒng)管理2)操作站采用32位微處理器3)采用實時多用戶多任務的操作系統(tǒng)進入九十年代以后,計算機技術突飛猛進,更多新的技術被應用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設備,它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯?，F(xiàn)場總線技術在進入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛,以至于有些人已做出預測:基于現(xiàn)場總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。特點介紹DCS是分散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)的簡稱,國內一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng),綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術,其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便,DCS特點如下。高可靠性由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn),系統(tǒng)結構采用容錯設計,因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。另外,由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一,能夠針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機,從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。開放性DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計,系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信,實現(xiàn)信息傳輸,當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時,可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下,幾乎不影響系統(tǒng)其它計算機的工作。靈活性經(jīng)過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應用對象進行軟硬件組態(tài),即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面,從而方便地構成所需的控制系統(tǒng)。易于維護功能單一的小型或微型專用計算機,具有維護簡單、方便的特點,當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時,能夠在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換,迅速排除故障。協(xié)調性各工作站之間經(jīng)過通信網(wǎng)絡傳送各種數(shù)據(jù),整個系統(tǒng)信息共享,協(xié)調工作,以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理?？刂乒δ荦R全控制算法豐富,集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體,可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構成方式十分靈活,可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成,也可由通用的服務器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構成。處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制,并經(jīng)過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行集中操作管理,如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術的發(fā)展,DCS能夠按照需要與更高性能的計算機設備經(jīng)過網(wǎng)絡連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能,如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。結構從結構上劃分,DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成,是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括:操作員站和工程師站,完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)(MIS系統(tǒng)),作為DCS更高層次的應用,當前國內紙行業(yè)應用到這一層的系統(tǒng)較少。DCS的控制程序:DCS的控制決策是由過程控制站完成的,因此控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。過程控制站的組成:DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng),主要由電源、CPU(中央處理器)、網(wǎng)絡接口和I/O組成I/O:控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道,這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的,一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道,用來連接傳感器和執(zhí)行器(調節(jié)閥)。I/O單元:一般,一個過程控制站是有幾個機架組成,每個機架能夠擺放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機架被稱為CPU單元,同一個過程站中只能有一個CPU單元,其它只用來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。國內外應用分散控制系統(tǒng)1975年美國最大的儀表控制公司Honeywell首次向世界推出了它的綜合分散控制系統(tǒng)TDC—(ToalDistributedControl-),這一系統(tǒng)的發(fā)表,立即引起美國工業(yè)控制界高度評價,稱之為”最鼓舞人心的事件”。世界各國的各大公司也紛紛仿效,推出了一個又一個集散系統(tǒng),從此過程控制進入了集散系統(tǒng)的新時期。在此期間有日本橫河公司推出的CENTUM,美國泰勒儀表公司的MOSË,費雪爾公司的DCÉ—400,貝利公司的N—90,福克斯波羅公司的Cpectrum和德國西門子公司的Telepermm。隨著計算機特別是微型計算機與網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展,加上各制造商的激烈競爭,使DCS很快從70年代的第一代發(fā)展到90年代初的第三代DCS。盡管在這之前的集散系統(tǒng)的技術水平已經(jīng)很高,但其中存在著一個最主要的弊病是:各大公司推出的幾十種型號的系統(tǒng),幾乎都是該公司的專利產(chǎn)品,每個公司為了保護自身的利益,采用的都是專利網(wǎng)絡,這就為全廠、全企業(yè)的管理帶來問題。隨著計算機的發(fā)展與網(wǎng)絡開發(fā)使各控制廠商更多地采用商業(yè)計算機的技術,80年代末許多公司推出新一代的集散系統(tǒng),其主要特征是新系統(tǒng)的局部網(wǎng)絡采用MAP協(xié)議;引用智能變送器與現(xiàn)場總線結構;在控制軟件上引入PLC的順序控制與批量控制,使DCS也具有PLC的功能。至90年代初各國知名的DCS有:3000,Bailey的INFI—90,Rosemount的RS—3,WestHoose的WDPF,Leeds&Nonthrup的MAX—1000,Foxboro的IöAS,日本橫河的CENTUM。這里所提到的均為大型的DCS,為了適應市場的需要各廠商也開發(fā)了不少中小型的DCS系統(tǒng)如S—9000,MAX—2,LXL,A2PACS等等。流程工業(yè)CIMS流程工業(yè)CIMS是一個復雜的綜合自動化系統(tǒng),處理的對象是整個企業(yè)的全部生產(chǎn)活動,DCS作為一種有效的工具和實現(xiàn)手段,在流程工業(yè)CIMS中完成重要的基礎控制和實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、動態(tài)監(jiān)控等功能。與管理類計算機相比,DCS能夠提供更加可靠的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù),使CIMS系統(tǒng)所作出的優(yōu)化決策也更加可靠。從功能上看,流程工業(yè)CIMS中的生產(chǎn)自動化系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和在線質量控制都能夠由DCS實現(xiàn)。從流程工業(yè)CIMS的層次結構看,DCS主要擔負過程控制和過程優(yōu)化任務,有些生產(chǎn)調度和生產(chǎn)管理工作也可在DCS上完成。主要廠家國內DCS主要廠家有:上海新華,南京科遠自動化集團股份有限公司,杭州優(yōu)穩(wěn),浙江中控,和利時,浙江威盛,自儀股份、魯能控制,國電智深,上海華文,上海樂華,正泰中自等。國外的有:西屋公司、艾默生、FOXBORO、ABB、西門子、霍尼韋爾、橫河、羅克韋爾、山武－霍尼韋爾公司、FISHER-ROSEMOUNT公司等。相關問答1．什么是DCS?DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫(DistributedControlSystem),在國內自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。2．DCS有什么特點?DCS是計算機技術、控制技術和網(wǎng)絡技術高度結合的產(chǎn)物。DCS一般采用若干個控制器(過程站)對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點進行控制,各控制器間經(jīng)過網(wǎng)絡連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機操作站,經(jīng)過網(wǎng)絡與控制器連接,收集生產(chǎn)數(shù)據(jù),傳達操作指令。因此,DCS的主要特點歸結為一句話就是:分散控制集中管理。3．DCS的結構是怎樣的?從結構上劃分,DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成,是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括:操作員站和工程師站,完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)(MIS系統(tǒng)),作為DCS更高層次的應用,當前國內紙行業(yè)應用到這一層的系統(tǒng)較少。4．DCS的控制程序是由誰執(zhí)行的?DCS的控制決策是由過程控制站完成的,因此控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。5．過程控制站的組成如何?DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng),主要由電源、CPU(中央處理器)、網(wǎng)絡接口和I/O組成。日常維護1過程通道故障:過程通道故障出現(xiàn)最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判斷與處理:經(jīng)過系統(tǒng)診斷,更換通道或經(jīng)過更換備用件處理,至于其內部元件老化或是其它原因造成的損壞,一般控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠家處理,當前的熱控檢修人員的手段還不能達到像檢修常規(guī)儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢,這樣只能購買備件。好在這類故障只是在調試階段出現(xiàn)較多,正常運行中出現(xiàn)幾率很低。一次元件或控制設備出現(xiàn)故障有時不能直接被操作員發(fā)現(xiàn),只有異?；驁缶蟛磐ㄖ獰峥厝藛T處理。這樣對檢修人員和運行人員的素質要求就要提高,運行人員要詳細介紹故障前后的狀態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準確地處理缺陷,減少故障的擴大化,另外許多DCS廠家在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥,做為控制人員,在運行中更換卡件時一定要做好安全防護措施否則會引起系統(tǒng)變化或負荷變化,特別數(shù)字量卡件。2對于操作員站死機無論國產(chǎn)與進口設備都有相關的報道,那么究其原因比較多,硬盤或卡件故障,冷卻風扇負荷過重等等,有時會發(fā)生人為操作現(xiàn)象,一般在修改控制邏輯下裝軟件重啟設備或強制設備保護信號時,最易發(fā)生操作事件,輕則設備異常,重則易造成設備停運后果非常嚴重;對死機后重啟,不同廠家的啟動時間不同,少則幾十秒,多則幾分鐘,人為該操作發(fā)生的故障在熱工專業(yè)中的不安全事件中占有很大比例,在操作中尤為引起高度重視,減少人為故障。3球標操作不正常,一般是由于機械裝置長期工作、老化、污染、點通斷不可靠、電纜插件不牢等這樣的就需要換檢查即可。4控制操作失靈:是由于球標的操作信號沒有正常改變過程通道的狀態(tài),造成操作失效,這是2個方面造成的,一個方面是軟件缺陷,另一方面是硬件本身故障的狀態(tài)針對這樣的缺陷一般做法檢查過程通道功能正常后,再檢查操作遠必要時進行重起初始操作。5對于薄膜鍵盤主要是鍵盤接觸不良信號電纜松動或主機誤動鍵盤或啟動不完整都能夠導致其功能不正常應用針對不同情況處理。6打印機不工作一般是由于配置的原因,這樣的故障應檢查打印機的設置及其硬件是否正常進行處理。報表軟件功能不強主要表現(xiàn)在由于打印機打印報表和SOE等造成死機,或者打印機的SOE記錄時問與實際情況不符;SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線;SOE時間順序不一致有時偏差很大,這會延誤事故分析的進展時,有時還會誤導分析方向,SOE問題既與系統(tǒng)設計不合理,SOE點沒完全集中在一個DPU上的有關,也與系統(tǒng)硬件及軟件設計考慮不周有關。這種故障的出現(xiàn),經(jīng)過分析認為這主要是對電廠的總體方面考慮的不太完美,在小的方面還不夠仔細會出現(xiàn)這樣那樣的故障,針對這種情況要認真對待,不放過蛛絲馬跡,與廠家認真研究提出問題進一步完善,讓該系統(tǒng)更好地為生產(chǎn)服務。7電源故障:電源故障問題較多,保險配置不合理,備用電源不能自投,電源波動引起保護誤動及接插頭接觸不良易造成無電源。針對電源故障處理相對比較容易。首先,認真核對保險的配置及容量,真正起到保險的作用;其次,UPS的配備很重要,它能夠在電源波動時也能保證系統(tǒng)正常供電,而且要考慮冗余和備用問題。8干擾造成的故障:對于干擾主要是接地問題,備用電源的切換和大功率的無線通信設備如手機、對講機等。另外還有DCS系統(tǒng)的干擾信號可能由本身造成的。那么對于DCS系統(tǒng)的接地問題越來越引起人們的重視,特別在電力行業(yè),大功率電器設備的啟動和停止都會干擾DCS的控制信號,造成不必要的故障。為了防止干擾信號串入系統(tǒng),嚴格執(zhí)行屏蔽和接地要求和方式,信號線遠離干擾源,同時采取防電源波動措施。主/從過程處理機之間在機組運行時,除非萬不得以,盡量不要人為切換,已防產(chǎn)生干擾,如必須切換,應采取措施,先將控制切手動,以免對機組運行工況產(chǎn)生影響。對電子設備問、工程師站等重點部位,應絕對禁止使用大功率無線電通信設備。[1]相關控制系統(tǒng)總述計算機和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展,引起了自動化控制系統(tǒng)結構的變革,一種世界上最新型的控制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem,FCS)在上世紀九十年代走向實用化,并正以迅猛的勢頭快速發(fā)展?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是當前自動化技術中的一個熱點,正越來越受到國內外自動化設備制造商與用戶的關注?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn),將給自動化領域在過程控制系統(tǒng)上帶來又一次革命,其深度和廣度將超過歷史的任何一次,從而開創(chuàng)自動化的新紀元。FCS能夠說是第五代過程控制系統(tǒng),是由PLC(ProgrammableController)或DCS(DistributedControlSystem)發(fā)展而來的。FCS與PLC及DCS之間有千絲萬縷的聯(lián)系,又存在著本質的差異。本文針對PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點、性能和差異作一分析。1PLC、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點當前,在連續(xù)型流程生產(chǎn)工業(yè)過程控制中,有三大控制系統(tǒng),即PLC、DCS和FCS。它們各自的基本特點如下:PLC1．從開關量控制發(fā)展到順序控制、運算處理,是從下往上的。2．邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、

步進(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控制――PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、

通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能。3．可用一臺PC機為主站,多臺同型PLC為從站。4．也可一臺PLC為主站,多臺同型PLC為從站,構成PLC網(wǎng)絡。這比用PC機作主站方便之處是:有用戶編程時,不必知道通信協(xié)議,只要按說明書格式寫就行。5．PLC網(wǎng)絡既可作為獨立DCS/TDCS,也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。6．主要用于工業(yè)過程中的順序控制,新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。FCS1．FCS是第五代過程控制系統(tǒng),它是21世紀自動化控制系統(tǒng)的方向。是3C技術(Communication,Computer,Control)的融合?；救蝿帐?本質(本征)安全、危險區(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．用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置,取代每臺儀表的兩根線?！爆F(xiàn)場控制”取代”分散控制”;數(shù)據(jù)的傳輸采用”總線”方式。4．從控制室到現(xiàn)場設備的雙向數(shù)字通信總線,是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。5．用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。6．把微機處理器轉入現(xiàn)場自控設備,使設備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力,信號傳輸精度高,遠程傳輸。實現(xiàn)信號傳輸全數(shù)字化、控制功能分散、標準統(tǒng)一全開放。7．可上局域網(wǎng),再可與internet相通。既是通信網(wǎng)絡,又是控制網(wǎng)絡。8．3類FCS的典型應用:1)連續(xù)的工藝過程自動控制如石油化工,其中”本安防爆”技術是絕對重要的;2)分立的工藝動作自動控制如汽車制造機器人、汽車;3)多點控制如樓宇自動化。這三大控制系統(tǒng),特別是DCS、PLC,都在電站得到了廣泛應用,而且效果也非常好。系統(tǒng)差異差異2.1.1DCS或PLCPLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結構差異不大,只是在功能的著重點上的不同,DCS著重于閉環(huán)控制及數(shù)據(jù)處理。PLC著重于邏輯控制及開關量的控制,也可實現(xiàn)模擬量控制。DCS或PLC系統(tǒng)的關鍵是通信。也能夠說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS及PLC的脊柱。由于它的任務是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡,因此,數(shù)據(jù)公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體能夠是:一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。DCS的特點是:(1)控制功能強?？蓪崿F(xiàn)復雜的控制規(guī)律,如串級、前饋、解耦、自適應、最優(yōu)和非線性控制等。也可實現(xiàn)順序控制。(2)系統(tǒng)可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人機界面。(4)軟硬件采用模塊化積木式結構。(5)系統(tǒng)容易開發(fā)。(6)用組態(tài)軟件,編程簡單,操作方便。(7)有良好的性價比。經(jīng)過數(shù)據(jù)公路的設計參數(shù),基本上能夠了解一個特定DCS或PLC系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。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的控制回路的信息。3．能適應多少用戶和裝置(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)公路的最大允許長度是多少。6．數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。7．數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計算機、數(shù)據(jù)記錄裝置等)。為保證通信的完整,大部分DCS或PLC廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。為了保證系統(tǒng)的安全性,使用了復雜的通信規(guī)約和檢錯技術。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則,用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收與發(fā)送。當前在DCS和PLC系統(tǒng)中一般使用兩類通信手段,即同步的和異步的,同步通信依靠一個時鐘信號來調節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收,異步網(wǎng)絡采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。2.1.2FCSFCS具有(1)很好的開放性、互操作性和互換性。(2)全數(shù)字通信。(3)智能化與功能自治性。(4)高度分散性。(5)很強的適用性。FCS的關鍵要點有三點:1．FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,即總線標準。采用雙絞線、光纜或無線電方式傳輸數(shù)字信號,減少大量導線,提高了可靠性和抗干擾能力。FCS從傳感器、變送器到調節(jié)器一直是數(shù)字信號,這就使我們很容易地處理更復雜、更精確的信號,同時數(shù)字通信的差錯功能可檢出傳輸中的誤碼。FCS能夠將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設備(FieldDevice)中。基于現(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng),它將取代現(xiàn)場一對一的4～20mA模擬信號線,給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結構帶來革命性的變化。根據(jù)IEC61158的定義,現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線使測控設備具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力,提高了信號的測量、傳輸和控制精度,提高了系統(tǒng)與設備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線標準工作,走過了的艱難歷程,于1993年推出了IEC61158-2,之后的標準制定就陷于混亂。初公布的IEC61158現(xiàn)場總線國際標準子集有八種,分別為:①類型1IEC技術報告(FFH1);②類型2Control-NET(美國Rockwell公司支持);③類型3Profibus(德國Siemens公司支持);④類型4P-NET(丹麥ProcessData公司支持);⑤類型5FFHSE(原FFH2)高速以太網(wǎng)(美國FisherRosemount公司支持);⑥類型6Swift-Net(美國波音公司支持);⑦類型7WorldFIP(法國Alsto公司支持);⑧類型8Interbus(美國PhoenixContact公司支持)。除了IEC61158的8種現(xiàn)場總線外,IECTC17B經(jīng)過了三種總線標準:SDS(SmartDistributedSystem);ASI(ActuatorSensorInterface);DeviceNET。另外,ISO公布了ISO11898CAN標準。其中DeviceNET于10月8日被中國批準為國家標準,并于4月1日開始實施。因此,要實現(xiàn)這些總線類型的相互兼容和互操作,就當前狀態(tài)而言,幾乎是不可能的。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的互操作性,就一個特定類型的現(xiàn)場總線而言,只要遵循同一類型現(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,只要遵循同一類型總線的總線協(xié)議,產(chǎn)品之間是開放的,并具有互操作性,就能夠組成總線網(wǎng)絡。另外,FCS還能夠經(jīng)過網(wǎng)關和企業(yè)的上級管理網(wǎng)絡相連,以便管理者掌握第一手資料,為決策提供依據(jù)。因此現(xiàn)場總線具有開放性、互操作性、系統(tǒng)結構的高度分散性、靈活的網(wǎng)絡拓撲結構、現(xiàn)場設備的高度智能化、對環(huán)境的高度適應性等諸多突出特點。2．FCS系統(tǒng)的基礎是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置控制功能下放到現(xiàn)場儀表中,控制室內儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調控制和管理自動化等功能。數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐,是基礎;道理很簡單,FCS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。現(xiàn)場裝置必須遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議,即相關的通訊規(guī)約,具備數(shù)字通信功能,能實現(xiàn)雙向數(shù)字通。再一點,現(xiàn)場總線的一大特點就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。3．FCS系統(tǒng)的本質是信息處理現(xiàn)場化對于一個控制系統(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多的。實際上,采用現(xiàn)場總線后,能夠從現(xiàn)場得到更多的信息?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少,甚至增加了,而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力,另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理,減少現(xiàn)場與控制機房之間的信息往返。能夠說現(xiàn)場總線的本質就是信息處理的現(xiàn)場化。由現(xiàn)場智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運算和數(shù)據(jù)輸出等功能。現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)(包括采集的數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù))經(jīng)過現(xiàn)場總線傳送到控制室的控制設備上,控制室的控制設備用來監(jiān)視各個現(xiàn)場儀表的運行狀態(tài),保存智能儀表上傳的數(shù)據(jù),同時完成少量現(xiàn)場儀表無法完成的高級控制功能。2.2典型系統(tǒng)比較經(jīng)過使用現(xiàn)場總線,用戶能夠大量減少現(xiàn)場接線,用單個現(xiàn)場儀表可實現(xiàn)多變量通信,不同制造廠生產(chǎn)的裝置間能夠完全互操作,增加現(xiàn)場一級的控制功能,系統(tǒng)集成大大簡化,而且維護十分簡便。傳統(tǒng)的過程控制儀表系統(tǒng)每個現(xiàn)場裝置到控制室都需使用一對專用的電纜或雙絞線,以傳送4mA~20mA信號?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)中,每個現(xiàn)場裝置到接線盒的雙絞線依然能夠使用,可是從現(xiàn)場接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通信。經(jīng)過采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),到底能節(jié)省多少電纜,編者就不作詳細的計算。應用差異上述的比較是偏重于純技術性的比較,下面就DCS與FCS系統(tǒng)在具體應用方面進行比較。前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進行比較。具體比較:1．DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng),其控制器的功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要,數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關鍵,因此,必須整體投資一步到位,事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底,信息處理現(xiàn)場化,數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用,使得控制器功能與重要性相對減弱。因此,FCS系統(tǒng)投資起點低,能夠邊用、邊擴、邊投運。2．DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng),各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng),不同廠商、不同品牌的各種產(chǎn)品基本能同時連入同一現(xiàn)場總線,達到最佳的系統(tǒng)集成。3．DCS系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成的,必須經(jīng)過D/A與A/D轉換。而FCS系統(tǒng)將D/A與A/D轉換在現(xiàn)場一次表完成,實現(xiàn)全數(shù)字化通信,使精度得到大的提高,可提高到0.1%。而且FCS系統(tǒng)能夠將PID閉環(huán)控制功能裝入現(xiàn)場設備中,縮短了控制周期,提高運算速度,從而改進調節(jié)性能。4．DCS它能夠控制和監(jiān)視工藝全過程,對自身進行診斷、維護和組態(tài)。可是,由于自身的致命弱點,其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號,因此,它無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術,數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息,而不但僅是單變量信息,而且還具備檢測信息差錯的功能。FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此,它能夠對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)行機構等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。5．FCS由于信息處理現(xiàn)場化,與DCS相比能夠省去相當數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜,同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。同時,FCS能夠減少大量電纜與敷設電纜用的