儀表DCS集散限制系統(tǒng)介紹

集散限制系統(tǒng)(Distributedcontrolsystem)是以微處理器為

根底的對生產(chǎn)過程進展集中監(jiān)視、操作、管理和分散限制的集中分散

限制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將假設(shè)干臺微機分散應(yīng)用于過程限

制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化限制,

整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散限制和計算機集中限制的優(yōu)點，克制了

常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以及單臺微型計算機限制系統(tǒng)緊急

性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實

現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和緊急性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過

程限制中起著重要的作用。

集散限制系統(tǒng)一般有以下四局部組成：

現(xiàn)場限制級：又稱數(shù)據(jù)采集裝置，主要是將過程非控變量進展

數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，而且對實時數(shù)據(jù)進一步加工處理，供CRT操

作站顯示和打印，從而實現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

監(jiān)控計算機。輸出裝置在有上位機的狀況下，能以開關(guān)量或者模

擬量信號的方式，向終端元件輸出計算機限制叮囑。這一個級別

干脆面對現(xiàn)場，跟現(xiàn)場過程相連。比方閥門、電機、各類傳感器、

變送器、執(zhí)行機構(gòu)等等。它們都是工業(yè)現(xiàn)場的根底設(shè)備、同樣也

是DCS的根底。在DCS系統(tǒng)中，這一級別的功能就是聽從上位機

發(fā)來的叮囑，同時向上位機反應(yīng)執(zhí)行的狀況。拿軍隊來舉例的話，

可以形容為最底層的士兵。它們只要能精確地聽從叮囑，并且精

確地向上級匯報狀況即完成使命。至于它與上位機溝通，就是通

過模擬信號或者現(xiàn)場總線的數(shù)字信號。由于模擬信號在傳遞的過

程或多或少存在一些失真或者受到干擾，所以目前流行的是通過

現(xiàn)場總線來進展DCS信號的傳遞。

過程限制級：又稱現(xiàn)場限制單元或根本限制器，是DCS系統(tǒng)中

的核心局部。生產(chǎn)工藝的調(diào)整都是靠它來實現(xiàn)。比方閥門的開閉

調(diào)整、依次限制、連續(xù)限制等等。

上面說到現(xiàn)場限制級是“士兵〃，那么給它發(fā)號施令的就是

過程限制級了。它承受現(xiàn)場限制級傳來的信號，依據(jù)工藝要求進

展限制規(guī)律運算，然后將結(jié)果作為限制信號發(fā)給現(xiàn)場限制級的設(shè)

備。所以，過程限制級要具備聰慧的大腦，能將“士兵〃反應(yīng)的

軍情進展分析，然后做出叮囑，以使“士兵〃能打贏“斗爭〃。這

個級別不是最高的，相當(dāng)于軍隊里的“中尉〃。它也一樣必需將

現(xiàn)場的狀況反應(yīng)給更高級別的“上?！ㄒ簿褪窍旅嬷v的過程管理

級。

過程管理級：DCS的人機接口裝置，普遍配有高辨別率、大屏幕的

色調(diào)CRT、操作者鍵盤、打印機、大容量存儲器等。操作員通過

操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產(chǎn)狀況、這個級別是操作人員跟

DCS交換信息的平臺。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操

作人員通過操作站來監(jiān)視和限制生產(chǎn)過程，可以通過屏幕了解到

生產(chǎn)運行狀況，了解每個過程變量的數(shù)字跟狀態(tài)。這一級別在軍

隊中算是很高的“上?！恕Ｋ{馭的“大權(quán)〃可以依據(jù)須要

隨時進展手動自動切換、修改設(shè)定值，調(diào)整限制信號、操縱現(xiàn)場

設(shè)備，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的限制。

經(jīng)營管理級：又稱上位機，功能強、速度快、容量大。通過特地的

通信接口與高速數(shù)據(jù)通路相連，綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元，管理全系

統(tǒng)的全部信息。這是全廠自動化系統(tǒng)的最高一層。只有大規(guī)模的

集散限制系統(tǒng)才具備這一級。相當(dāng)于軍隊中的“元帥〃，他們所

面對的運用者是廠長、經(jīng)理、總工程師等行政管理或運行管理人

員。它的權(quán)限很大，可以監(jiān)視各部門的運行狀況，利用歷史數(shù)據(jù)

和實時數(shù)據(jù)預(yù)料可能發(fā)生的各種狀況，從企業(yè)全局利益動身，幫

助企業(yè)管理人員進展決策，幫助企業(yè)實現(xiàn)其方案目標(biāo)。

DCS系統(tǒng)的產(chǎn)生背景

上世紀(jì)三四十年頭，工業(yè)自動扮裝置接受的是分散性限制系

統(tǒng)。也就是全部設(shè)備都是獨立運行，不聯(lián)網(wǎng)限制。操作員依據(jù)生

產(chǎn)需求進展計算后，將獨立設(shè)備的特性調(diào)整到適合的程度，然后

就開場工作。之后接受了氣動、電動模擬儀表組成過程限制系統(tǒng),

實現(xiàn)了確定程度上的集中監(jiān)視、操作和分散限制。較好的適應(yīng)了

工業(yè)生產(chǎn)的需求?？墒?，隨著生產(chǎn)規(guī)模和困難程度的不斷提高，

原有的限制系統(tǒng)顯得滯后、笨重、繁冗，因為一臺儀表只有一種

限制規(guī)律，要實現(xiàn)某些困難的限制就很困難。另外，限制儀表數(shù)

量越來越多，用原來落后的儀表投限制的話，限制盤越來越長，

看得人眼睛都會花掉。最致命的就是老系統(tǒng)之間不便于實現(xiàn)通信，

很難分級限制和綜合管理。再一個就是它的系統(tǒng)變更比較麻煩，

只有通過更換儀表和變更儀表連線才能實現(xiàn)。

第三次科技革命開場后，隨著計算機技術(shù)的開展，人們開場

嘗試將計算機用于過程限制。試圖利用計算機所具有的功能特點，

來克制常規(guī)模擬儀表的局限性。但當(dāng)時接受的方法是用一臺計算

機限制幾十甚至上百個回路，這樣做的緊急性很高，假如計算機

出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致很嚴(yán)峻的后果，這就是所謂的“緊急集中〃。

假設(shè)接受雙機雙工系統(tǒng)，雖可以提高系統(tǒng)的牢靠性，但本錢太高,

假如工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大，那么經(jīng)濟性很差，用戶難以承受。

直到上世紀(jì)70年頭開場，隨著計算機技術(shù)的日漸成熟，大規(guī)

模集成電路及微處理器的誕生后，人們開場思索是否能將“緊急

分散〃。就是原來靠一臺大計算機完成的“艱難〃任務(wù)，能否用

幾十臺微處理來完成？這樣的話，即使某一處理器壞了，也不至

于會“牽一發(fā)而動全身〃，從而使緊急系數(shù)大大降低。答案是確

定的。至此DCS就誕生了。

進入九十年頭以后，計算機技術(shù)突飛猛進，更多新的技術(shù)被

應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對依次邏輯限制開展起來的電

子設(shè)備，它主要用于代替不靈敏而且笨重的繼電器邏輯?，F(xiàn)場總

線技術(shù)在進入九十年頭中期以后開展特別迅猛，以至于有些人已

做出預(yù)料：基于現(xiàn)場總線的FCS將取代DCS成為限制系統(tǒng)的主角o

集散限制系統(tǒng)的特點

DCS限制系統(tǒng)與常規(guī)模擬儀表及集中型計算機限制系統(tǒng)相

比，具有很顯著的特點。

1、系統(tǒng)構(gòu)成靈敏。從總體上看，DCS就是由各個工作站通過

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組網(wǎng)而成的。你可以把他現(xiàn)象成“因特網(wǎng)〃。依據(jù)

生產(chǎn)需求，你可以隨時參加或者撤去工作站。系統(tǒng)組態(tài)很靈敏。

2、操作管理便捷。DCS的人機反應(yīng)都是通過CRT跟鍵盤、鼠

標(biāo)等實現(xiàn)的。你可以想象成在因特網(wǎng)沖浪一樣，你可以監(jiān)視生產(chǎn)

裝置乃至整個工廠的運行狀況。

3、限制功能豐富。原先用模擬限制回路實現(xiàn)的困難運算，通

過高精度的微處理器來實現(xiàn)。莫非還有什么算法CPU實現(xiàn)不了的

嗎？！

4、信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網(wǎng)上的各個網(wǎng)

站，只要你在DCS系統(tǒng)中，并且權(quán)限夠大，你就能了解到你要的

任何參數(shù)。

5、安裝、調(diào)試便利。相比原先的模擬限制系統(tǒng)，那么多的飛

線頭，一大堆類似頭發(fā)絲的電線。DCS系統(tǒng)算是很便利了。

6、平安牢靠性高。莫非現(xiàn)在還有什么東西的牢靠性比電腦更

高嗎??？

DCS系統(tǒng)的硬件構(gòu)造

DCS的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程限制裝

置和通信接口設(shè)備等組成。通過通信網(wǎng)絡(luò)將這些硬件設(shè)備連接起

來，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分散限制和集中監(jiān)視、操作及管理等功

能。

現(xiàn)場限制站

現(xiàn)場限制站中的主要設(shè)備是現(xiàn)場限制單元?，F(xiàn)場限制單元式

DCS干脆與生產(chǎn)過程進展信息交互的10處理系統(tǒng)，它的主要任務(wù)

是進展數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反應(yīng)限制、依次限

制和批量限制。用戶可以依據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇配置不同的

現(xiàn)場限制單元構(gòu)成現(xiàn)場限制站。它可以是以面對連續(xù)生產(chǎn)的過程

限制為主，輔以依次邏輯限制，構(gòu)成的一個可以實現(xiàn)多種困難限

制方案的現(xiàn)場限制站；也可以是以依次限制、連鎖限制功能為主

的現(xiàn)場限制站；還可以是一個對大批量過程信號進展總體信息采

集的現(xiàn)場限制站。

現(xiàn)場限制站是一個可以獨立運行的計算機檢測限制系統(tǒng)。由

于它是專為過程檢測、限制而設(shè)計的通用型設(shè)備，所以其機柜、

電源、輸入輸出通道和限制計算機等，與一般的計算機系統(tǒng)有所

不同。

操作站

運行在PC硬件平臺、NT操作系統(tǒng)下的通用操作站的出現(xiàn)，

給DCS用戶帶來了許多便利。由于通用操作站的適用面廣，相對

生產(chǎn)量大，本錢下降，因而可以節(jié)約用戶的經(jīng)費，維護費用也比

較少。

為了實現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必需配置以下設(shè)備：1、操作

臺，也就是高檔電腦桌；2、微處理機系統(tǒng)，就是高檔電腦；3、

外部存儲設(shè)備，簡潔說就是大容量硬盤；4、圖形顯示設(shè)備，就是

電腦顯示器；5、操作鍵盤跟鼠標(biāo)；6打印輸出設(shè)備。

DCS的根底學(xué)問

1、什么是DCS?

DCS是分布式限制系統(tǒng)的英文縮寫(DistributedControl

System),在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散限制系統(tǒng)。

2、DCS有什么特點？

DCS是計算機技術(shù)、限制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。

DCS通常接受假設(shè)干個限制器(過程站)對一個生產(chǎn)過程中的眾

多限制點進展限制，各限制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進展數(shù)據(jù)交換。

操作接受計算機操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與限制器連接，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(jié)為一句話就是：分散

限制集中管理。

3、DCS的構(gòu)造是怎樣的？

上圖是一個較為全面的DCS系統(tǒng)構(gòu)造圖，從構(gòu)造上劃分，DCS

包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程限制站、I/O

單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)限制功能的主要實施局部。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(yīng)

用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。

4、DCS的限制程序是由誰執(zhí)行的？

DCS的限制決策是由過程限制站完成的，所以限制程序是由

過程限制站執(zhí)行的。

5、過程限制站的組成如何？

DCS的過程限制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、

CPU（中心處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成

6、I/O是什么？

限制系統(tǒng)須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(diào)整閥）。

7、什么是I/O單元？

通常，一個過程限制站是有幾個機架組成，每個機架可以擺

放確定數(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，其他只用來擺放I/O模塊的機架就

是I/O單元。

8、I/O單元和CPU單元是如何連接的？

I/O單元與CPU是通過現(xiàn)場總線連接的。

9、什么是現(xiàn)場總線？

現(xiàn)場總線是應(yīng)用于過程限制現(xiàn)場的一種數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，它不僅包

含有過程限制信息交換，而且還包含設(shè)備管理信息的溝通。通過

現(xiàn)場總線，各種智能設(shè)備（智能變送器、調(diào)整法、分析儀和分布

式I/O單元）可以便利地進展數(shù)據(jù)交換，過程限制策略可以完全

在現(xiàn)場設(shè)備層次上實現(xiàn)。目前，運用較多的現(xiàn)場總線主要是

FUNDATTONfieldbus基金會現(xiàn)場總線（FF總線）和PROFTBUS現(xiàn)

場總線。應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)可以將各種分布在限制現(xiàn)場的相關(guān)智

能設(shè)備和I/O單元便利的連接在一起，構(gòu)成限制系統(tǒng)，這種構(gòu)造

已經(jīng)成為DCS開展的趨勢。

10、表述網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的單位是什么？

表述網(wǎng)絡(luò)傳輸速度一般以波特率（Bps）為單位，其含義是每

秒鐘傳輸?shù)亩M制數(shù)的位數(shù)。不同的網(wǎng)絡(luò)一般波特率不同，一樣

的網(wǎng)絡(luò)接受不同的網(wǎng)絡(luò)電纜也可以到達不同的特率。例如：

PROFIBUS現(xiàn)場總線在以雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)電纜時通訊速度為

1.5KBps,接受光纜時可以12MBps。接受一般雙絞線的以太網(wǎng)傳

輸速度為lOMBps,接受光纜時可以到達lOOMBps。另外，傳輸距

離的長短會影響傳輸速度，一般來說，距離越長，速度越慢。

11、什么是組態(tài)？

通過專用的軟件定義系統(tǒng)的過程就是組態(tài)（configuration）。

定義過程站各模塊的排列位置和類型的過程叫過程站硬件組態(tài)；

定義過程站限制策略和限制程序的過程叫限制策略組態(tài)；定義操

作員站監(jiān)控程序的過程叫操作員站組態(tài)；定義系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接方式

和各站地址的過程叫網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

12、什么是PLC?

PLC就是可編程邏輯限制器。

13、PLC能用于過程限制嗎？

早期的PLC只是用來完成一些電氣邏輯限制和開關(guān)量，現(xiàn)在

的PLC在性能上，特別是對模擬信號的處理實力上已經(jīng)大大提高,

因此現(xiàn)在PLC是可以用于過程限制的。

14、什么是模擬量和數(shù)字量？

模擬量是指連續(xù)變更的信號（如4~20mA,0~5v）；數(shù)字量是

只有開關(guān)狀態(tài)的信號。

15、I/O信號是如何分類的？

常用的I/O信號一般分為：AI、AO、DI和DO。

AI—模擬量輸入信號

A0—模擬量輸出信號

DI一數(shù)字量輸入信號

DO一數(shù)字量輸出信號

16、什么是DCS的開放性？

DCS的開放性是指DCS能通過不同的接口便利地與第三方系

統(tǒng)或設(shè)備連接，并獲得其信息的性能。這種連接主要是通過網(wǎng)絡(luò)

實現(xiàn)的，接受通用的、開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口是DCS

開放性的保障。我公司目前接受的DCS系統(tǒng)有很好的開放性。

17、什么是系統(tǒng)冗余？

在一些對系統(tǒng)牢靠性要求很高的應(yīng)用中，DCS的設(shè)計須要考

慮熱備份也就是系統(tǒng)冗余，這是指系統(tǒng)中一些關(guān)鍵模塊或網(wǎng)絡(luò)在

設(shè)計上有一個或多個備份，當(dāng)現(xiàn)在工作的局部出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)

可以通過特別的軟件或硬件自動切換到備份上，從而保證了系統(tǒng)

不連續(xù)工作。通常設(shè)計的冗余方式包括：CPU冗余、網(wǎng)絡(luò)冗余、

電源冗余。在極端狀況下，一些系統(tǒng)會考慮全系統(tǒng)冗余，即還包

括I/O冗余。

18、什么是I/O余量？

與冗余不同，I/O余量只是系統(tǒng)中I/O數(shù)量大于應(yīng)用的要求,

這種余量只是數(shù)量上的，主要目的是使系統(tǒng)今后有接著參加限制

信號的可能。

DCS具有以下特點：

(1)高牢靠性由于DCS將系統(tǒng)限制功能分散在各臺計算機上

實現(xiàn)，系統(tǒng)構(gòu)造接受容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不

會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的丟失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承

當(dāng)?shù)娜蝿?wù)比較單一，可以針對須要實現(xiàn)的功能接受具有特定構(gòu)造

和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的牢靠性也得到

提高。

(2)開放性DCS接受開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計,

系統(tǒng)中各臺計算機接受局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)須要

變更或擴大系統(tǒng)功能時，可將新增計算機便利地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)

絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。

(3)靈敏性通過組態(tài)軟件依據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進展軟硬

件組態(tài)，即確定測量與限制信號及相互間連接關(guān)系、從限制算法

庫選擇適用的限制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用根本圖形組成所需的各

種監(jiān)控和報警畫面，從而便利地構(gòu)成所需的限制系統(tǒng)。

(4)易于維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護

簡潔、便利的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以

在不影響整個系統(tǒng)運行的狀況下在線更換，快速解除故障。

(5)協(xié)調(diào)性各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個

系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成限制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處

理。

(6)限制功能齊全限制算法豐富，集連續(xù)限制、依次限制和

批處理限制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)料限

制等先進限制，并可便利地參加所需的特別限制算法。DCS的構(gòu)

成方式特別靈敏，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師

站、記錄站、現(xiàn)場限制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的效

勞器、工業(yè)限制計算機和可編程限制器構(gòu)成。處于底層的過程限

制級一般由分散的現(xiàn)場限制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集

和限制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計算機。生產(chǎn)監(jiān)

控級對來自過程限制級的數(shù)據(jù)進展集中操作管理，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(shù)的開展,

DCS可以依據(jù)須要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)

更高級的集中管理功能，如方案調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。

流程工業(yè)CIMS是一個困難的綜合自動化系統(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中完成重要的根底限制和實時生產(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能夠供應(yīng)更加牢靠的

生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，使CIMS系統(tǒng)所作出的優(yōu)化決策也更加牢靠。

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(zhì)量限制都可以由DCS實現(xiàn)。從流程工業(yè)C1MS的層次構(gòu)造

看，DCS主要擔(dān)負(fù)過程限制和過程優(yōu)化任務(wù)，有些生產(chǎn)調(diào)度和生

產(chǎn)管理工作也可在DCS上完成。

PLC、FCS、DCS三大限制系統(tǒng)區(qū)分

FCS是由DCS與PLC開展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點，

而且跨出了革命的一步，而目前，新型的DCS與新型的PLC都有

向?qū)Ψ娇繑n的趨勢，新型的DCS已有很強的依次限制功能；而新

型的PLC,在處理汨環(huán)限制方面也不差，并且兩者都能組成大型

網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的穿插。

一、區(qū)分要點

1、DCS

DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散限制系統(tǒng)

DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)全部部件之間供應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò),

因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計就確定了總體的靈敏性和平安性。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)計參數(shù)，根本上可以了解一個特定DCS系

統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。

U）系統(tǒng)能處理多少I/O信息。

(2)系統(tǒng)能處理多少與限制有關(guān)的限制回路的信息。

⑶能適應(yīng)多少用戶和裝置(CRT、限制站等)。

(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

序限制器、計算機、數(shù)據(jù)記錄裝置等)。

為保證通信的完整，大局部DCS廠家都能供應(yīng)冗余數(shù)據(jù)公路。

為了保證系統(tǒng)的平安性。運用了困難的通信規(guī)約和檢錯技術(shù),

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)被接收，

并且被理解的和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。

目前在DCS系統(tǒng)中，一般運用兩類通信手段，即同步的和異

步的，同步通信依靠一個時鐘來調(diào)整數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)

絡(luò)接受沒有時鐘的報告系統(tǒng)。

2、FCS

FCS的關(guān)鍵要點有以下三點。

(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。

一種類型的總線，只要其總線協(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，就其總線協(xié)議的根本原理而言，各

類總線都是一樣的，都以解決雙向串行數(shù)字化通信傳輸為根本依

據(jù)。但是由于各種緣由，各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異。

為了使現(xiàn)場總線的滿足可互操作性要求，使其成為真正的開

放系統(tǒng)，原TEC國際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場總線通信協(xié)議模擬的用戶層中，

就明確規(guī)定用戶層具有裝置描述功能。為了實現(xiàn)互操作，每個現(xiàn)

場總線裝置都用裝置描述DD來描述。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個

驅(qū)動器，它包括全部必要的參數(shù)描述和主站所須要的操作步驟。

由于DD包括描述裝置通信所須要的全部信息，并且與主站無關(guān),

所以可以使現(xiàn)場裝置實現(xiàn)真正的互操作性。

實際狀況是否如上述一樣，答復(fù)是否認(rèn)的。目前通過的現(xiàn)場

總線國際標(biāo)準(zhǔn)含8種類型，而原IEC國際標(biāo)準(zhǔn)只是8種類型之一,

與其它7種類型總線的地位是同等的。其它7種類型總線，不管

其市場占有率有多少，每個總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。

他們能夠形成系統(tǒng)，形成產(chǎn)品。而原IEC現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，是

一個既無軟件支撐也無硬件支撐的空架子。要實現(xiàn)這些總線的相

互兼容和互操作，就目前狀態(tài)而言，幾乎是不行能的。

通過上述，我們是否可以得出這樣一種映象：開放的現(xiàn)場總

線限制系統(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，不管什么廠家的產(chǎn)品，也不確定是該現(xiàn)場總

線公司的產(chǎn)品，只要遵循該總線的總線協(xié)議，產(chǎn)品之間是開放的,

并具有互操作性，就可以組成總線網(wǎng)絡(luò)。

(2)FCS系統(tǒng)的根底是數(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，是根底，道理很

簡潔，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動限制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)

字通信現(xiàn)場總線信號制。假如現(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

信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線限制系統(tǒng)。再一點，現(xiàn)

場總線的一大特點就是要增加現(xiàn)場一級限制功能。假如現(xiàn)場裝置

不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場總線的限制系統(tǒng)的特點也就

不存在了，所謂簡化系統(tǒng)、便利設(shè)計、利于維護等優(yōu)越性也是虛

的。

(3)FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。

對于一個限制系統(tǒng)，無論是接受DCS還是接受現(xiàn)場總線，系

統(tǒng)須要處理的信息量至少是一樣多的，事實上，接受現(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)的信息量沒有削減，

甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大削減了。這就要求一方面

要大大提高線纜傳輸信息的實力，另一方面讓大量信息在現(xiàn)場就

地完成處理，削減現(xiàn)場與限制機房之間的信息來回。可以說現(xiàn)場

總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。

削減信息來回是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。削

減信息來回常常可帶來改善系統(tǒng)響應(yīng)時間的好處。因此。網(wǎng)絡(luò)設(shè)

計時應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點，放在同一條支路里。

削減信息來回與削減系統(tǒng)的線纜有時會相互沖突。這時仍應(yīng)

以節(jié)約投資為原則來做為選擇。假如所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時間允

許的話，應(yīng)選節(jié)約線纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時間比較驚惶,

略微削減一點信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選削減信息傳輸?shù)姆?/p>

案。

現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表本身裝了許多功能塊，雖然

不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會稍有差異，但一個網(wǎng)絡(luò)支路上有

許多功能雷同功能塊的狀況是客觀存在。選用哪一個現(xiàn)場儀表上

的功能，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。

考慮這個問題的原則是：盡量削減總線上的信息來回。一

般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺儀表上的功能

塊。

二、典型系統(tǒng)比較

通過運用現(xiàn)場總線，用戶可以大量削減現(xiàn)場接線，用單個現(xiàn)場儀

表可以實現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操

作，增加現(xiàn)場一級的限制功能，系統(tǒng)集成大大簡化，并且維護特

別簡便。典型的現(xiàn)場總線系統(tǒng)框圖如圖1.從圖1(a)中可以看出，

傳統(tǒng)的過程限制系統(tǒng)中，每個現(xiàn)場裝置到限制室都需運用一對專

用的雙絞線，以傳送4-20mA信號，圖⑹所示現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，

每個現(xiàn)場裝置到接線盒雙絞線照舊可以運用，但是從現(xiàn)場接線盒

到中心限制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通信。

通過接受現(xiàn)場總線限制系統(tǒng)，原委能節(jié)約多少電纜，編者尚

未做此計算。但是，我們可以接受DCS系統(tǒng)的電廠中與自動限制

系統(tǒng)有關(guān)的所用電纜公里數(shù)看出，電纜在基建投資中所占份額。

1、某電廠，2X300MW燃煤機組

熱力系統(tǒng)為單元制。每臺機組設(shè)置一座集中限制樓，接受機、

爐、電單元集中限制方式。單元限制室的標(biāo)高為12.6m,與運行

層標(biāo)高一樣。DCS接受WDPF-II,每臺機組設(shè)計的I/O點為4500

點。

電纜敷設(shè)接受俄EC元件，8個人用1.5個月時間完成敷設(shè)的

設(shè)計任務(wù)。

主廠房內(nèi)每臺300MW機組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。

主廠房內(nèi)每臺300MW機組自動化專業(yè)電纜長度為350公里。

以上電纜的根數(shù)及長度均不包括全廠火災(zāi)報警的廠供電纜和

全廠各幫助生產(chǎn)車間的電纜。

電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅，每臺機

組約95to

其他電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封

頭、調(diào)寬片、干脆片等選用鋁合金材質(zhì)，每臺300MW機組約為55to

附件隨橋架供應(yīng)（如螺栓，螺母）。

2、某電廠，4X325MW燃油燃?xì)怆娬?/p>

熱力系統(tǒng)為單元制。DCS接受TELEPERM-XP。每臺機組設(shè)計

I/O點為5804點。

電纜敷設(shè)接受EC軟件，12個人用2.5個月時間完成電纜敷

設(shè)的設(shè)計任務(wù)。

主廠房內(nèi)每臺325MW機組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4413根。

主廠房內(nèi)每臺325MW機組自動扮裝業(yè)的電纜長度為360km。

每臺機組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架，其質(zhì)量約為250加

3、電站的電纜可以分為六大類：

高壓電力電纜、低壓電力電纜、限制電纜、熱控電纜、弱電

電纜（主要指計算機用電纜）、其他電纜。假設(shè)兩臺300MW機組

同時做電纜敷設(shè)，自動化專業(yè)電纜的數(shù)量大約有8500根左右。其

中熱控電纜和弱電電纜將大于500根，及約占60%左右（以根數(shù)

計量）。

三、設(shè)計、投資及運用

上述的比較偏重于純技術(shù)性的比較，以下比較擬參加經(jīng)濟因

素。

比較的前提是DCS系統(tǒng)與典型的，志向的FCS系統(tǒng)進展比較。

為什么要做如此的假設(shè)？作為DCS系統(tǒng)開展到今日，開發(fā)初期提

出的技術(shù)要求已滿足并得到了完善，目前的狀況是進一步提高，

因此也就不存在典型、志向的說法。而作為FCS系統(tǒng)，20世紀(jì)90

年頭剛進入好用化，作為開發(fā)初期的技術(shù)要求：兼容開放、雙向

數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場裝置、高速總線等，目前還不志向，有

待完善。這種狀態(tài)與現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的制定不能說沒有關(guān)系。

過去的十多年，各總線組織都忙于制定標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)產(chǎn)品，占據(jù)更

多的市場，目的就是要擠身國際標(biāo)準(zhǔn)，合法的占據(jù)更多的市場，

現(xiàn)在有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的爭戰(zhàn)已告一段落，各大公司組織都已意識到，

要真正占據(jù)市場，就得完善系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品。我們可以做這樣的

預(yù)料，不久的將來，完善的現(xiàn)場總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必將成為世

界現(xiàn)場總線技術(shù)的主流。

具體比較：

(1)DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其限制器功能強而且在系統(tǒng)中的

作用特別重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必需整體投資

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)場裝置的廣泛接受，使得限制器功能與

重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低，可以邊用、邊擴、

邊投運。

(2)DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品根本不兼容。而FCS

系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠