1771-P10控制器AB模塊IC697MEM715

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過程控制以計算機控制作為主流。近年來，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展正迅速改變著工業(yè)自動化的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程計算機控制系統(tǒng)已僅僅是一個狹義的概念，現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng)的含義已被大大擴展 ，它不僅包含我們*熟悉的各種自動控制系統(tǒng)、各種順序邏輯控制系統(tǒng)、各種自動批處理控制系統(tǒng)及聯(lián)鎖保護系統(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)，以及整個企業(yè)的決策系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。本文重點分析作為現(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
目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動控制(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) 從上到下的樹狀拓撲大系統(tǒng)，其中通信(Communication)是關(guān)鍵。
(3) PID在中繼站中，中繼站聯(lián)接計算機與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置。
(4) 模擬信號A/D-D/A帶微處理的混合。
(5) 一臺儀表一對線接到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)的三級結(jié)構(gòu)。
(7) 缺點是成本高，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、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點、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)分立的工藝動作自動控制，如汽車制造機器人。汽車典型產(chǎn)品是Probifus-DP、CANbus
c)多點控制如樓宇自動化，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，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。


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)計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS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(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、計算機、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)鍵要點有以下三點:
(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標準，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。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。實際上，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息。現(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是一個網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，而DCS雖然涉及網(wǎng)絡(luò)通信，但其標準由各廠家自行制定，沒有開放性，所以DCS與FCS集成只是一種過渡策略，因為這種混合系統(tǒng)不能完全發(fā)揮FCS的優(yōu)勢。根據(jù)當前不同的應(yīng)用需求，F(xiàn)CS和DCS有三個層次上的集成模式。


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:
l 只需安裝現(xiàn)場總線接口卡 ，無需改變或升級DCS系統(tǒng)。
l 對于一些初級的現(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、計算的各種功能塊操作信息可以在DCS控制臺中獲取和更改。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:
l 控制和計算可以在現(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)計的網(wǎng)關(guān)接口實現(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立，可以構(gòu)成一個脫離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)，能有效保護用戶對DCS的先期投資。DCS負責監(jiān)控、優(yōu)化、先進控制、協(xié)調(diào)管理等較復(fù)雜的應(yīng)用，是主控系統(tǒng) ，而FCS負責現(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)、診斷信息實時地傳送至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。實現(xiàn)應(yīng)用時情況會更復(fù)雜，主要原因是DCS的很多設(shè)計要素不同于FCS，DCS的封閉性限制了現(xiàn)場總線分散化、網(wǎng)絡(luò)化特點的實現(xiàn)。傳統(tǒng)意義上的DCS實現(xiàn)分散控制、集中管理，但在實際應(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)配置達到*優(yōu)，從而實現(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)合是當前提高過程控制系統(tǒng)自動化水平的基本思路。



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