現場(chǎng)總線(xiàn)在DCS系統中的集成方法

　　引言

　　新的基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的控制策略和網(wǎng)絡(luò )結構將對現有的儀表及控制系統產(chǎn)生革命性的影響。從現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的本質(zhì)特征上分析了其對傳統分散控制系統DCS的沖擊，并結合dcs的網(wǎng)絡(luò )結構特點(diǎn)，給出了現場(chǎng)總線(xiàn)集成于dcs的3種實(shí)現方法。

　　工業(yè)控制從早期的就地控制、集中控制，已經(jīng)發(fā)展到現在的集散控制（dcs），在過(guò)去的20年中，過(guò)程工業(yè)對dcs系統及相關(guān)的儀表裝置進(jìn)行了大量的投入，dcs系統的應用結果得到了用戶(hù)的肯定。4-20mA信號是dcs系統及現場(chǎng)設備相互連接的最本質(zhì)特點(diǎn)，這是控制系統和儀表裝置發(fā)展的一大進(jìn)步。

　　然而現在，數字化和網(wǎng)絡(luò )化成為當今控制網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的主要方向。人們意識到傳統的模擬信號只能提供原始的測量和控制信息，而智能變送器在4-20mA信號之上附加信息的能力又受其低通信速率的制約，所以對整個(gè)過(guò)程控制系統的機制進(jìn)行數字化和網(wǎng)絡(luò )化，應是其發(fā)展的必然趨勢。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)在智能現場(chǎng)設備、自動(dòng)化系統之間提供了一個(gè)全數字化的、雙向的、多節點(diǎn)的通信鏈接?，F場(chǎng)總線(xiàn)的出現促進(jìn)了現場(chǎng)設備的數字化和網(wǎng)絡(luò )化，并且使現場(chǎng)控制的功能更加強大。這一改進(jìn)帶來(lái)了過(guò)程控制系統的開(kāi)放性，使系統成為具有測量、控制、執行和—過(guò)程診斷的綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò )。

　　1、現場(chǎng)總線(xiàn)對傳統dcs的沖擊

　　現場(chǎng)總線(xiàn)對傳統dcs的沖擊來(lái)源于其本質(zhì)上優(yōu)越于dcs系統的技術(shù)特征。根據國際電工委員會(huì )IEC和現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )FF的定義，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)具有以下5個(gè)主要特點(diǎn)：

　?、贁底中盘柾耆〈?-20mA模擬信號；

　?、谑够具^(guò)程控制、報警和計算功能等完全分布在現場(chǎng)完成；

　?、凼乖O備增加非控制信息，如自診斷信息、組態(tài)信息以及補償信息等；

　?、軐?shí)現現場(chǎng)管理和控制的統一；

　?、菡嬲龑?shí)現系統開(kāi)放性、互操作性。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)不僅是一種通信技術(shù)，它實(shí)際上融人了智能化儀表、計算機網(wǎng)絡(luò )和開(kāi)放系統互連（OSI）等技術(shù)的精粹。所有這些特點(diǎn)使得以現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為基礎的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（FCS）相對于傳統dcs系統具有巨大的優(yōu)越性：

　?、傧到y結構大大簡(jiǎn)化，成本顯著(zhù)降低；

　?、诂F場(chǎng)設備自治性加強，系統性能全面提高；

　?、厶岣吡诵盘杺鬏數目煽啃院途?；

　?、苷嬲龑?shí)現全分散、全數字化的控制網(wǎng)絡(luò )；

　?、萦脩?hù)始終擁有系統集成權。

　　這些優(yōu)越性可從dcs和現場(chǎng)總線(xiàn)系統的網(wǎng)絡(luò )結構比較后得到驗證。

　　2、現場(chǎng)總線(xiàn)集成于dcs系統是現階段控制網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢

　　盡管用戶(hù)對控制系統的結構改進(jìn)表示歡迎，但他們并不希望對他們現有的儀表系統做大的改動(dòng)。

　　目前在現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展初期，大多數用戶(hù)更傾向于對他們現有的儀表系統進(jìn)行逐步的增添和替換；另一方面，dcs系統及其儀表的消失或完全被取代，對于費用或人力而言也都是不合理的?，F階段最可行的方案是考慮如何使現場(chǎng)總線(xiàn)與傳統的dcs系統盡可能地協(xié)同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統組態(tài)，以適用于更廣泛的、富于實(shí)用價(jià)值的應用。

　　3、現場(chǎng)總線(xiàn)于dcs系統I/0總線(xiàn)上的集成

　　在dcs的結構體系中，自上而下大體可分為3層：管理層，監控操作層和I/O測控層。在I/O測控層的I/O總線(xiàn)上，掛有dcs控制器和各種I/O卡件，I/O卡件用于連接現場(chǎng)4-20mA設備、離散量或PIC等現場(chǎng)信號，dcs控制器負責現場(chǎng)控制。