現(xiàn)場總線技術(shù)及控制系統(tǒng)

2、特點(diǎn)

分布式的FCS系統(tǒng)比DCS系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了“信息集中，控制分散的思想。與傳統(tǒng)的DCS相比，F(xiàn)CS有其自身的特點(diǎn)。FCS系統(tǒng)具有高度的分散性，它可以由現(xiàn)場設(shè)備組成自治的控制回路。現(xiàn)場儀表或設(shè)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(shè)備的運(yùn)行情況。另外，F(xiàn)CS的結(jié)構(gòu)比DCS簡化。有的FCS系統(tǒng)省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現(xiàn)場儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。

現(xiàn)場總線系統(tǒng)具有開放性。系統(tǒng)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有一致性、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換，通過現(xiàn)場總線可構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。系統(tǒng)的開放性決定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互連設(shè)備間、系統(tǒng)間信息傳送與溝通;而互用則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換。作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線還對(duì)現(xiàn)場環(huán)境有較強(qiáng)地適應(yīng)性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

由于結(jié)構(gòu)上的改變，F(xiàn)CS比DCS更節(jié)約硬件設(shè)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(jié)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(jié)省安裝費(fèi)用。與此同時(shí)，F(xiàn)CS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;通過將PID功能植入到相應(yīng)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(diào)節(jié)2～5次增加到每秒調(diào)節(jié)10～20次，改善了調(diào)節(jié)性能。FCS控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較見圖1。

3、現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)

由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使其從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。它不僅節(jié)省了硬件數(shù)量與投資，節(jié)省了安裝費(fèi)用，而且系統(tǒng)的維護(hù)開銷也大大地降低?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護(hù)性方面，F(xiàn)CS也比DCS有優(yōu)勢。FCS使用統(tǒng)一的組態(tài)方式，安裝、運(yùn)行、維修簡便;利用智能化現(xiàn)場儀表，使維修預(yù)報(bào)(Predicted maintenance)成為可能;由于系統(tǒng)具有互操作性和互用性，用戶可以自由選擇不同品牌的設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可以自由選擇替換的設(shè)備，保障用戶的高度系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。此外，它還具有設(shè)計(jì)簡單，易于重構(gòu)等特點(diǎn)。

四、發(fā)展趨向

傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)(DCS系統(tǒng))具有集中監(jiān)控、分散控制、操作方便的特點(diǎn)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)DCS的結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險(xiǎn)仍然相對(duì)集中;由于系統(tǒng)的不開放性，不同廠家的產(chǎn)品不能互換、互聯(lián)，限制了用戶的選擇范圍。利用現(xiàn)場總線技術(shù)，開發(fā)FCS系統(tǒng)的目標(biāo)是針對(duì)現(xiàn)存的DCS的某些不足，改進(jìn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，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(xiàn)場總線技術(shù)，在開放性、控制分散等方面優(yōu)于傳統(tǒng)DCS。但是由于它是一種新技術(shù)，目前連標(biāo)準(zhǔn)本身都還沒有制定統(tǒng)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(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)本身尚在發(fā)展中，從而給產(chǎn)品的開發(fā)和測試帶來難度。這在一定程度上造成產(chǎn)品開發(fā)商、生產(chǎn)商少，產(chǎn)品品種單一而且價(jià)格昂貴。

(2)在某些場合中，F(xiàn)CS還無法提供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(qiáng)，品種也不夠齊全;用現(xiàn)場儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級(jí)、比例控制等，對(duì)于復(fù)雜的、先進(jìn)的控制算法還無法在儀表中實(shí)現(xiàn)，對(duì)于單回路內(nèi)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(yīng)用實(shí)例不多，難以評(píng)估實(shí)際應(yīng)用效果。由于以上這些原因，F(xiàn)CS取代DCS將是一個(gè)逐漸的過程。在這一過程中，會(huì)出現(xiàn)一些過渡型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統(tǒng)。用戶將現(xiàn)場總線設(shè)備連接到獨(dú)立的現(xiàn)場總線網(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(tǒng)中可增添相應(yīng)的通信與管理軟件。這樣不需要對(duì)原有控制系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)上的重大變動(dòng)。

五、結(jié)束語

當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場總線協(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;在過程自動(dòng)化領(lǐng)域，主要有過渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的FF現(xiàn)場總線協(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(nèi)智能化儀表的主要通信協(xié)議;基金會(huì)現(xiàn)場總線是過程自動(dòng)化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場總線，得到許多自動(dòng)化儀表設(shè)備廠商的支持;由于Lonworks技術(shù)的開放性，國內(nèi)出現(xiàn)了利用它開發(fā)控制系統(tǒng)的許多開發(fā)商?？紤]到統(tǒng)一的開放式現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定的長期性和艱巨性，傳統(tǒng)DCS的退出將是一個(gè)漸進(jìn)過程。在一段時(shí)期內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。但是，發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放式互連系統(tǒng)，是大勢所趨。