時(shí)間:2018-10-12 11:12:27來源:網(wǎng)絡(luò)
計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,引起了自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革,一種世界上最新型的控制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem,F(xiàn)CS)在上世紀(jì)九十年代走向?qū)嵱没⒄匝该偷膭蓊^快速發(fā)展?,F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn),正越來越受到國內(nèi)外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶的關(guān)注?,F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn),將給自動(dòng)化領(lǐng)域在過程控制系統(tǒng)上帶來又一次革命,其深度和廣度將超過歷史的任何一次,從而開創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元。
FCS可以說是第五代過程控制系統(tǒng),是由PLC(ProgrammableController)或DCS(DistributedControlSystem)發(fā)展而來的。FCS與PLC及DCS之間有千絲萬縷的聯(lián)系,又存在著本質(zhì)的差異。本文針對(duì)PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、性能和差異作一分析。
1 PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)
目前,在連續(xù)型流程生產(chǎn)工業(yè)過程控制中,有三大控制系統(tǒng),即PLC、DCS和FCS。它們各自的基本特點(diǎn)如下:
1.1PLC
(1)從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)算處理,是從下往上的。
(2)邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控制-PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能。
(3)可用一臺(tái)PC機(jī)為主站,多臺(tái)同型PLC為從站。
(4)也可一臺(tái)PLC為主站,多臺(tái)同型PLC為從站,構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站方便之處是:有用戶編程時(shí),不必知道通信協(xié)議,只要按說明書格式寫就行。
(5)PLC網(wǎng)絡(luò)既可作為獨(dú)立DCS/TDCS,也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。
(6)主要用于工業(yè)過程中的順序控制,新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。
1.2DCS
(1)分散控制系統(tǒng)DCS與集散控制系統(tǒng)TDCS是集4C(Communication,Computer,Control、CRT)技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù),是第四代過程控制系統(tǒng)。既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算式先進(jìn)、精度高、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn),又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠、維護(hù)方便的要求。
(2)從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng),其中通信(Communication)是關(guān)鍵。
(3)是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu),也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表。
(4)模擬信號(hào),A/D—D/A、帶微處理器的混合。是由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表智能部件組成,并逐漸地以數(shù)字信號(hào)來取代模擬信號(hào)。
(5)一臺(tái)儀表一對(duì)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)場測控站)的3級(jí)結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)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。
(7)用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制,如石化、大型電廠機(jī)組的集中控制等。
1.3FCS
(1)FCS是第五代過程控制系統(tǒng),它是21世紀(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的方向。是3C技術(shù)(Communication,Computer,Control)的融合?;救蝿?wù)是:本質(zhì)(本征)安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程、難于對(duì)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)用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置,取代每臺(tái)儀表的兩根線?!艾F(xiàn)場控制”取代“分散控制”;數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。
(4)從控制室到現(xiàn)場設(shè)備的雙向數(shù)字通信總線,是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點(diǎn)、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。
(5)用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。
(6)把微機(jī)處理器轉(zhuǎn)入現(xiàn)場自控設(shè)備,使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力,信號(hào)傳輸精度高,遠(yuǎn)程傳輸。實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸全數(shù)字化、控制功能分散、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開放。
(7)可上局域網(wǎng),再可與internet相通。既是通信網(wǎng)絡(luò),又是控制網(wǎng)絡(luò)。
(8)3類FCS的典型應(yīng)用:1)連續(xù)的工藝過程自動(dòng)控制如石油化工,其中“本安防爆”技術(shù)是絕對(duì)重要的;2)分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制如汽車制造機(jī)器人、汽車;3)多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化。
這三大控制系統(tǒng),尤其是DCS、PLC,都在電站得到了廣泛應(yīng)用,而且效果也非常好。
2 三大控制系統(tǒng)之間的差異
2.1差異
2.1.1DCS或PLC
PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異不大,只是在功能的著重點(diǎn)上的不同,DCS著重于閉環(huán)控制及數(shù)據(jù)處理。PLC著重于邏輯控制及開關(guān)量的控制,也可實(shí)現(xiàn)模擬量控制。
DCS或PLC系統(tǒng)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及PLC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(jì)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(duì)絞線、同軸電纜或光纖電纜。
DCS的特點(diǎn)是:(1)控制功能強(qiáng)??蓪?shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律,如串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)、最優(yōu)和非線性控制等。也可實(shí)現(xiàn)順序控制。(2)系統(tǒng)可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人機(jī)界面。(4)軟硬件采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)。(5)系統(tǒng)容易開發(fā)。(6)用組態(tài)軟件,編程簡單,操作方便。(7)有良好的性價(jià)比。
通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計(jì)參數(shù),基本上可以了解一個(gè)特定DCS或PLC系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。
(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)公路的最大允許長度是多少。
(6)數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。
(7)數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)記錄裝置等)。為保證通信的完整,大部分DCS或PLC廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。
為了保證系統(tǒng)的安全性,使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則,用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接收與發(fā)送。
目前在DCS和PLC系統(tǒng)中一般使用兩類通信手段,即同步的和異步的,同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收,異步網(wǎng)絡(luò)采用沒有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。
2.1.2FCS
FCS具有(1)很好的開放性、互操作性和互換性。(2)全數(shù)字通信。(3)智能化與功能自治性。(4)高度分散性。(5)很強(qiáng)的適用性。
FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有三點(diǎn):
(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,即總線標(biāo)準(zhǔn)。
采用雙絞線、光纜或無線電方式傳輸數(shù)字信號(hào),減少大量導(dǎo)線,提高了可靠性和抗干擾能力。FCS從傳感器、變送器到調(diào)節(jié)器一直是數(shù)字信號(hào),這就使我們很容易地處理更復(fù)雜、更精確的信號(hào),同時(shí)數(shù)字通信的差錯(cuò)功能可檢出傳輸中的誤碼。
FCS可以將PID控制徹底分散到現(xiàn)場設(shè)備(FieldDevice)中。基于現(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng),它將取代現(xiàn)場一對(duì)一的4~20mA模擬信號(hào)線,給傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。
根據(jù)IEC61158的定義,現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)場總線使測控設(shè)備具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力,提高了信號(hào)的測量、傳輸和控制精度,提高了系統(tǒng)與設(shè)備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工作,走過了16年的艱難歷程,于1993年推出了IEC61158-2,之后的標(biāo)準(zhǔn)制定就陷于混亂。2000年初公布的IEC61158現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種,分別為:
①類型1IEC技術(shù)報(bào)告(FFH1);②類型2Control-NET(美國Rockwell公司支持);③類型3Profibus(德國Siemens公司支持);④類型4P-NET(丹麥ProcessData公司支持);⑤類型5FFHSE(原FFH2)高速以太網(wǎng)(美國FisherRosemount公司支持);⑥類型6Swift-Net(美國波音公司支持);⑦類型7WorldFIP(法國Alsto公司支持);⑧類型8Interbus(美國PhoenixContact公司支持)。
除了IEC61158的8種現(xiàn)場總線外,IECTC17B通過了三種總線標(biāo)準(zhǔn):SDS(SmartDistributedSystem);ASI(ActuatorSensorInterface);DeviceNET。另外,ISO公布了ISO11898CAN標(biāo)準(zhǔn)。其中DeviceNET于2002年10月8日被中國批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn),并于2003年4月1日開始實(shí)施。
所以,要實(shí)現(xiàn)這些總線類型的相互兼容和互操作,就目前狀態(tài)而言,幾乎是不可能的。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的互操作性,就一個(gè)特定類型的現(xiàn)場總線而言,只要遵循同一類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議,對(duì)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,也不一家是該現(xiàn)場總線公司的產(chǎn)品,只要遵循同一類型總線的總線協(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)。
另外,F(xiàn)CS還可以通過網(wǎng)關(guān)和企業(yè)的上級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)相連,以便管理者掌握第一手資料,為決策提供依據(jù)。所以現(xiàn)場總線具有開放性、互操作性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、現(xiàn)場設(shè)備的高度智能化、對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)性等諸多突出特點(diǎn)。
(2)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置
控制功能下放到現(xiàn)場儀表中,控制室內(nèi)儀表裝置主要完成數(shù)據(jù)處理、監(jiān)督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)控制和管理自動(dòng)化等功能。
數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐,是基礎(chǔ);道理很簡單,F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)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(hào)制?,F(xiàn)場裝置必須遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議,即相關(guān)的通訊規(guī)約,具備數(shù)字通信功能,能實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字通。再一點(diǎn),現(xiàn)場總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場一級(jí)控制功能。
(3)FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化
對(duì)于一個(gè)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多的。實(shí)際上,采用現(xiàn)場總線后,可以從現(xiàn)場得。
標(biāo)簽:
上一篇:PLC和PAC的區(qū)別
下一篇:淺談UPS電源和EPS電源
中國傳動(dòng)網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動(dòng)網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動(dòng)網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人轉(zhuǎn)載使用時(shí)須注明來源“中國傳動(dòng)網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。
產(chǎn)品新聞
更多>新品發(fā)布:CD300系列總線型伺服驅(qū)動(dòng)器
2024-10-31
2024-10-31
2024-10-31
新勢能 新期待|維智B1L直線伺服驅(qū)動(dòng)器
2024-10-31
2024-10-29
2024-10-18
推薦專題
更多>