DCS現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

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1、DCS現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分散控制系統(tǒng)(DCS)今天已步入第三代。它的發(fā)展一方面受計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)及CRT技術(shù)的影響，另一方面又受到生產(chǎn)過程控制和管理要求的驅(qū)動(dòng)?！　‰S著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器在控制裝置、變送器上的廣泛使用，現(xiàn)場儀表(傳感器、變送器、執(zhí)行器等)得以智能化。“現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)”就是設(shè)計(jì)用來替代4～20mA模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的新工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?！　‖F(xiàn)場總線(Fieldbus)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定將對DCS的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，由于現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)的4～20mA信號(hào)傳遞相比有很多優(yōu)點(diǎn)，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有望成為未來的分散控制系統(tǒng)?！　?　DCS系統(tǒng)的發(fā)展　　DCS將向

2、信息管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展，將過程控制和信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來，構(gòu)成計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)(CIPS)。CIPS除了要完成傳統(tǒng)DCS過程控制的功能外，還要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行支持和決策支持的功能，包括質(zhì)量控制、過程管理、在線優(yōu)化、經(jīng)營管理、決策分析等?！　【W(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今工廠自動(dòng)化的核心，是計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而工廠自動(dòng)化的每一層都有適用于自己的網(wǎng)絡(luò)。分散控制系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示?！　」S級(jí)(上層、管理層)包括工廠信息管理和生產(chǎn)管理，負(fù)責(zé)與工廠管理計(jì)算機(jī)的連接，計(jì)算機(jī)間的管理數(shù)據(jù)交換通過工廠主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。主干網(wǎng)采用ISO／OSI-MAP／TOP或TCP／IP-Ethernet網(wǎng)絡(luò)

3、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。隨著工廠自動(dòng)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這一級(jí)的功能也越來越強(qiáng)，它是DCS向CIPS發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。　　車間級(jí)(中層、監(jiān)控層)包括過程控制和過程管理，用于控制室、現(xiàn)場控制設(shè)備和各現(xiàn)場控制裝置間的連接。通信網(wǎng)采用中速、載帶工業(yè)過程數(shù)據(jù)公路的形式(ProwayC或IEEE802.4)。這是DCS的實(shí)時(shí)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)具有高可靠性、高使用性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有自診斷功能、有自組態(tài)功能、容易接入新站等?！　‖F(xiàn)場級(jí)(低層)用于連接過程控制中的傳感器、執(zhí)行器、智能儀表等。現(xiàn)場以標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線為發(fā)展目標(biāo)，現(xiàn)已有了兩個(gè)國際組織的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，現(xiàn)場總線將是DCS發(fā)展的一個(gè)重要方向。2　現(xiàn)場總線2.1　

4、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)　　現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的第一部分被命名為H1，定義了一個(gè)低速、帶電鏈路的數(shù)字信號(hào)取代4～20mA模擬量傳輸信號(hào)。當(dāng)H1被采用后，智能傳感器將能夠與數(shù)字控制系統(tǒng)直接通信。第二部分H2，定義了一個(gè)高速、不帶電的鏈路，使協(xié)議可應(yīng)用于高級(jí)邏輯和控制。H2協(xié)議的通信速率為1Mb，而H1通信速率為31.25Kb?！　∮捎谑亲鳛榈图?jí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，F(xiàn)ieldbus與OSI模型的第一、二和七層有關(guān)。OSI網(wǎng)絡(luò)模型與三層Fieldbus體系結(jié)構(gòu)的對照見圖2。　　Fieldbus中物理層確定通過物理媒介傳送的數(shù)字信號(hào)的形式，包括電纜種類、硬件、傳輸方式、傳輸速率、電氣及機(jī)械性能等。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)現(xiàn)場

5、與控制空間的信號(hào)雙向傳送，包括數(shù)位如何組織和確認(rèn)，采用怎樣的協(xié)議，故障診斷和修正以及類似的功能。應(yīng)用層提供格式化的數(shù)據(jù)，集中在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備定址、設(shè)備存取、信息和其它功能的方法上。僅利用OSI網(wǎng)絡(luò)界面模型的三層，可在保證與更高級(jí)網(wǎng)絡(luò)兼容的同時(shí)，減少與現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)部分的成本和費(fèi)用，將使每連接一臺(tái)裝置的費(fèi)用較低。相對于使用在工廠級(jí)的較高級(jí)網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)ieldbus標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)采用較小信息量和較低數(shù)據(jù)速率的網(wǎng)絡(luò)?！　?biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一個(gè)31.25kHz傳輸信號(hào)，它適用于現(xiàn)行生產(chǎn)裝置上采用的4～20mA信號(hào)線路，將來則采用1MHz和25MHz、可用于更高頻率的導(dǎo)線。物理性能低速／DC(H1)高速／DC(

6、H2)傳送距離1900m750m拓?fù)淇偩€或任意總線結(jié)構(gòu)點(diǎn)—點(diǎn)通信點(diǎn)—點(diǎn)通信響應(yīng)時(shí)間100ms1ms數(shù)據(jù)傳輸速率31.25Kb1Mb報(bào)文傳送速度81～122報(bào)文／s2604～3906報(bào)文／s標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文長度32～48B32～48B數(shù)據(jù)類型浮點(diǎn)(32位)，文本，時(shí)鐘浮點(diǎn)(32位)，文本，時(shí)鐘設(shè)備數(shù)量3232傳輸媒介儀表級(jí)雙絞線通信級(jí)雙絞線電源DCDC冗余支持支持本質(zhì)安全性有無(對于網(wǎng)絡(luò)供電裝置)連接方式直接直接　　現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)中的物理層協(xié)議已于1993年獲得通過。它規(guī)定了傳輸媒介的情況，包括工作電壓和電流?，F(xiàn)正在開發(fā)應(yīng)用層和用戶層協(xié)議。Fieldbus的最后目標(biāo)是以一片硅集成電路為基礎(chǔ)的現(xiàn)

7、場總線，這片集成電路將覆蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的需要，目前Honeywell、Rosemount正在開發(fā)Fieldchips。2.2　兩大現(xiàn)場總線機(jī)構(gòu)　　80年代末，一些儀表公司著手開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。目前主要有兩大機(jī)構(gòu)：ISP(相互可操作性系統(tǒng)工程)和WorldFIP。ISP機(jī)構(gòu)成員有西門子、羅斯蒙特、費(fèi)希爾、福克斯波羅、橫河、ABB等64個(gè)公司；WorldFIP機(jī)構(gòu)成員有霍尼韋爾、山武—霍尼韋爾、貝利等150個(gè)公司。兩大機(jī)構(gòu)都在開發(fā)各自現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。IS