現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及控制系統

2、特點(diǎn)

分布式的FCS系統比DCS系統更好地體現了“信息集中，控制分散的思想。與傳統的DCS相比，FCS有其自身的特點(diǎn)。FCS系統具有高度的分散性，它可以由現場(chǎng)設備組成自治的控制回路。現場(chǎng)儀表或設備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時(shí)診斷設備的運行情況。另外，FCS的結構比DCS簡(jiǎn)化。有的FCS系統省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現場(chǎng)儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。

現場(chǎng)總線(xiàn)系統具有開(kāi)放性。系統對相關(guān)標準具有一致性、公開(kāi)性，強調對標準的共識與遵從。通信協(xié)議一致公開(kāi)，各不同廠(chǎng)家的設備之間可實(shí)現信息交換，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)可構筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統。系統的開(kāi)放性決定了它具有互操作性和互用性?；ゲ僮餍灾富ミB設備間、系統間信息傳送與溝通;而互用則意味著(zhù)不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的性能類(lèi)似的設備可實(shí)現相互替換。作為工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )底層的現場(chǎng)總線(xiàn)還對現場(chǎng)環(huán)境有較強地適應性。它支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、無(wú)線(xiàn)和電力線(xiàn)等，具有較強的抗干擾能力。

由于結構上的改變，FCS比DCS更節約硬件設備。使用FCS可以減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，這樣就節省了I/O裝置及裝置室的空間;同時(shí)減少了大量電纜，可以極大地節省安裝費用。與此同時(shí)，FCS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高;通過(guò)將PID功能植入到相應的智能傳感器中去，使控制周期大為縮短。目前FCS可以從DCS的每秒調節2～5次增加到每秒調節10～20次，改善了調節性能。FCS控制系統與DCS控制系統結構比較見(jiàn)圖1。

3、現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)

由于現場(chǎng)總線(xiàn)的以上特點(diǎn)，特別是其系統結構的簡(jiǎn)化，使其從設計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及檢修維護，都體現出優(yōu)越性。它不僅節省了硬件數量與投資，節省了安裝費用，而且系統的維護開(kāi)銷(xiāo)也大大地降低?，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護性方面，FCS也比DCS有優(yōu)勢。FCS使用統一的組態(tài)方式，安裝、運行、維修簡(jiǎn)便;利用智能化現場(chǎng)儀表，使維修預報(Predicted maintenance)成為可能;由于系統具有互操作性和互用性，用戶(hù)可以自由選擇不同品牌的設備達到最佳的系統集成，在設備出現故障時(shí)，可以自由選擇替換的設備，保障用戶(hù)的高度系統集成主動(dòng)權。此外，它還具有設計簡(jiǎn)單，易于重構等特點(diǎn)。

四、發(fā)展趨向

傳統的集散控制系統(DCS系統)具有集中監控、分散控制、操作方便的特點(diǎn)。但是，在實(shí)際應用中也發(fā)現DCS的結構存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險仍然相對集中;由于系統的不開(kāi)放性，不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品不能互換、互聯(lián)，限制了用戶(hù)的選擇范圍。利用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，開(kāi)發(fā)FCS系統的目標是針對現存的DCS的某些不足，改進(jìn)控制系統的結構，提高其性能和通用性。

FCS想要在實(shí)際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點(diǎn)。FCS由于采用了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，在開(kāi)放性、控制分散等方面優(yōu)于傳統DCS。但是由于它是一種新技術(shù)，目前連標準本身都還沒(méi)有制定統一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。

(1)由于現場(chǎng)總線(xiàn)標準本身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和測試帶來(lái)難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商、生產(chǎn)商少，產(chǎn)品品種單一而且價(jià)格昂貴。

(2)在某些場(chǎng)合中，FCS還無(wú)法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強，品種也不夠齊全;用現場(chǎng)儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級、比例控制等，對于復雜的、先進(jìn)的控制算法還無(wú)法在儀表中實(shí)現，對于單回路內有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。

(3)目前FCS成功的應用實(shí)例不多，難以評估實(shí)際應用效果。由于以上這些原因，FCS取代DCS將是一個(gè)逐漸的過(guò)程。在這一過(guò)程中，會(huì )出現一些過(guò)渡型的系統結構，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統。用戶(hù)將現場(chǎng)總線(xiàn)設備連接到獨立的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器，服務(wù)器配有DCS中連接操作站的上層網(wǎng)絡(luò )接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統中可增添相應的通信與管理軟件。這樣不需要對原有控制系統作結構上的重大變動(dòng)。

五、結束語(yǔ)

當前，各種形式的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議并存于控制領(lǐng)域。在樓宇自控領(lǐng)域，Lonworks和CAN網(wǎng)絡(luò )具有一定的優(yōu)勢;在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，主要有過(guò)渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議以及同樣較有競爭力的PROFIBUS協(xié)議。HART協(xié)議將是目前幾年內智能化儀表的主要通信協(xié)議;基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中較有前途的一種現場(chǎng)總線(xiàn)，得到許多自動(dòng)化儀表設備廠(chǎng)商的支持;由于Lonworks技術(shù)的開(kāi)放性，國內出現了利用它開(kāi)發(fā)控制系統的許多開(kāi)發(fā)商?？紤]到統一的開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準制定的長(cháng)期性和艱巨性，傳統DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。在一段時(shí)期內，會(huì )出現幾種現場(chǎng)總線(xiàn)共存、同一生產(chǎn)現場(chǎng)有幾種異構網(wǎng)絡(luò )互連通訊的局面。但是，發(fā)展共同遵從的統一的標準規范，真正形成開(kāi)放式互連系統，是大勢所趨。