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浅谈现场总线控制系统与集散控制系统
xiao_xiao1 发表于 2009/10/19 13:30:27 1078 查看 1 回复 [上一主题] [下一主题]
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1引言
目前现场总线控制系统是控制领域中的热点, 现场总线控制系统(FCS)是在集散控制系统(DCS)的基础上产生的,二者是继承和发展的关系。DCS已走过了近30年的历程,广泛地应用于化工、石油、电力等工业过程,基本上满足了大、中、小控制工程的需求。但是DCS系统并非尽善尽美,在网络化的今天已经不适应系统网络化的要求。FCS系统保留了DCS系统的优点，克服了DCS系统的缺点。然而FCS系统才有十余年的发展历程,目前在实际应用中还不很理想,正在逐步完善。因此FCS系统取代DCS系统不是一两年的事,可能要有十年左右的时间,那么在这个过渡时期控制系统的设计是选用FCS系统还是DCS系统是值得考滤的问题。本文就此问题作深入的讨论。
2集散控制系统DCS
自1975年Honeywell公司推出的TDC2000集散控制系统以来,集散控制系统在近30年的发展过程中逐步完善、成熟,二十世纪八九十年代在控制领域中占主导地位。其基本思想是分散控制集中管理。DCS系统的典型结构是上、下位机系统及其通信网络,上位机称为操作站(有的还设有工程师站), 下位机称为控制站。操作站实现控制系统的控制操作、过程状态显示、报警状态显示、历史数据的收集和各种趋势显示及报表生成与打印等(工程师站只供工程师使用,用来控制组态、系统生成与下装)；控制站是对现场物理信号(包括开关信号)进行实时采集并进行数据处理、控制运算,或将结果传送到上位机；系统的网络负责各种功能站之间的数据通信和联络。集散控制系统具有控制功能多样、操作简便、维护方便、可靠性高、便于与其他计算机联用等优点。其缺点是不同厂家的DCS系统有不同的通信方式,因此不同厂家的DCS之间以及与其上层Intranet/Internet网络之间难以实现互联和信息共享,从这个角度讲DCS系统是不开放的。此外由于现场到控制室信号连线过多,相对于FCS系统增加了大量资金投入。
3现场总线控制系统FCS
随着控制技术、计算机技术、通讯技术和网络等技术的成熟与发展，在实际生产需求的驱动下，于20世纪80年代产生的现场总线，是控制技术又一个新时代的开始。
多年来，自动控制系统基本上是采用一对一连线，4～20 mA（或0～10 V）模拟信号进行检测与控制，致使设备与设备之间、系统与系统之间、系统与外界之间无法进行信息交流，在一定程度上成为“信息孤岛”。现场总线是将专用微处理器置入测量控制仪表、执行器等现场设备之内，使这些现场设备各自都具有数字计算、逻辑判断、数字通信和智能功能，将这些现场智能设备用于生产对象就构成一个现场控制设备（实际已经组成了一个完整的控制系统），这个现场控制设备就称为节点，再用相应规格的导线把多个节点按照现场总线的通信协议连接起来，就形成设备及车间级的数字化通信网络，称之为工厂底层网络，可完成节点与节点间，节点与过程监控计算机乃至Internet之间的数据传输、信息交换、远程登录和远程访问等。
总之,FCS是以现场总线为基础应用于生产现场，在测量和控制设备之间实现双向、串行、多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制系统。显然，这样的系统不存在“信息孤岛”现象了，远优于DCS系统。国际上发达国家的厂商看到了现场总线的广阔前景，能给他们带来巨大的利益，于是纷纷投入很大的人力、物力进行研究开发。他们首先立足于总线标准，即总线协议的制定，而后力图发展其应用领域以扩张自己的经营范围。目前已经出现了40多种现场总线，各发展各的势力，各作各的生意，已形成目前多种现场总线并存，各不相让互相兢争的局面。
多种现场总线并存，就意味着有多种标准，这就严重束缚了现场总线的应用和发展。用户和设备制造商强烈要求现场总线能有一个统一的国际标准，但是若制定出一个统一的国际标准，就等于把大多数厂商各自的标准取消，那么他们就垮台破产，这是行不通的。直到1999年国际电工委员会（IEC），认定通过了8种现场总线为现行的现场总线技术标准。他们分别是：
破灭了。多种现场总线标准并存不是一件好事，然而，这种局面可能还要持续较长时间,并且他和传统的集散控制系统DCS可能要并存若干年,有的资料估计十年左右。
目前现场总线技术在我国正在健康发展。国外一些主要现场总线开发商纷纷在我国设立分支机构或代理商,大力宣传和推广其产品,有几种现场总线已用于我国重点工程项目。不少民营控制工程项目也采用了FCS系统。国内的一部分大专院校、科研机构及一部分自动化公司己经开发出或正在开发适合我国国情的FCS系统产品。
4FCS和DCS的比较
在控制领域中,一直为主流的DCS受到了FCS的极大冲击, FCS较DCS有很多优越性。二者的结构如图1所示。