集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線概述.docx

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1、1．首先著重闡述一下兩個重要概念，——DCS和現(xiàn)場總線。DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，它的另一含義是指DCS產(chǎn)品。DCS是計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度結(jié)合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產(chǎn)過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網(wǎng)絡(luò)連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機操作站，通過網(wǎng)絡(luò)與控制器連接，收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，傳達操作指令。典型的集散型控制系統(tǒng)（DCS）由三層計算機網(wǎng)絡(luò)介入控制與管理

2、的大型控制系統(tǒng)組成，這種三層控制結(jié)構(gòu)是，第1層為過程控制級，以PLC（或現(xiàn)場總線）通過遠程輸人／輸出網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成對現(xiàn)場設(shè)備的基本控制，DCS的控制對象特點具體體現(xiàn)在過程控制級上；第2層為控制管理級，即以監(jiān)控計算機通過工控網(wǎng)絡(luò)與PLC相連，實現(xiàn)對流程設(shè)備的上位機監(jiān)控；第3層為生產(chǎn)管理級，即以文件服務(wù)器、管理計算機及其局域網(wǎng)與監(jiān)控計算機相連接，隨時讀取現(xiàn)場信息，實現(xiàn)生產(chǎn)管理。在這一級上，從安全性考慮，管理計算機不能直接干預(yù)DCS的控制。分散控制使得系統(tǒng)由于某個局部的不可靠而造成對整個系統(tǒng)的損害降到很低的程度

3、，加之各種軟硬件技術(shù)不斷走向成熟，極大地提高了整個系統(tǒng)的可靠性，因而迅速成為工業(yè)自動控制系統(tǒng)的主流。集散控制系統(tǒng)主要特點就是分散控制集中管理。所謂現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)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)場總線系統(tǒng)具有以下技術(shù)特點：①系統(tǒng)的開放性；②互可操作性與可用性；③現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；⑤對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。它是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場級發(fā)展的產(chǎn)物，完整地實現(xiàn)了控制技術(shù)、計算機技術(shù)與通信技術(shù)的集成，其通信協(xié)議基本遵照ISO/OSI參考模型，主要實現(xiàn)

4、第1、2、7層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層）功能?，F(xiàn)場總線是應(yīng)用于過程控制現(xiàn)場的一種數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，它不僅包含有過程控制信息交換，而且還包含設(shè)備管理信息的交流。通過現(xiàn)場總線，各種智能設(shè)備（智能變送器、調(diào)節(jié)法、分析儀和分布式I/O單元）可以方便地進行數(shù)據(jù)交換，過程控制策略可以完全在現(xiàn)場設(shè)備層次上實現(xiàn)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)直接面向生產(chǎn)過程，因此要求很高的實時性、可靠性、資料完整性和可用性。它綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點對點”式的模擬信號或數(shù)字—模擬

5、信號控制的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點的通信與控制系統(tǒng)。相應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大的變化。FCS的典型結(jié)構(gòu)分為3層：設(shè)備層、控制層和信息層。2．下面簡單介紹一下控制系統(tǒng)的科技發(fā)展史。最早的控制系統(tǒng)是50年代出現(xiàn)在化工行業(yè)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。隨后是直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC，它是把控制器里加入CPU（最早的單板機），把模擬儀表替換為數(shù)字儀表。然后是監(jiān)督控制系統(tǒng)SCC(SupervisoryComputerControl)。接下來是監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA(Superv

6、isoryControlandDataAcquisition)，七十年集散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)總結(jié) 代中期出現(xiàn)了集散控制系統(tǒng)DCS，最早的產(chǎn)品是霍尼韋爾（Honeywell）公司的第一代DCS產(chǎn)品TDC-2000。20世紀(jì)80年代以來，分散控制系統(tǒng)一直是過程工業(yè)主控系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。DCS廣泛應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程控制，以及港口、礦山、電廠等的物料儲運控制。由于DCS控制諸多的現(xiàn)場設(shè)備或生產(chǎn)過程，其輸人／輸出（I/O）點少則幾百點，多則幾千點，現(xiàn)場設(shè)備延伸范圍可達幾km乃至10幾km，運行的設(shè)備或流程之

7、間相互關(guān)聯(lián)。因此，對DCS控制律設(shè)計時，必須周密和完整，一旦疏失，將造成調(diào)試階段查錯和排錯的困難。進入80年代中后期，由于微電子技術(shù)、軟件技術(shù)的長足發(fā)展，現(xiàn)代通信技術(shù)逐步向工業(yè)控制系統(tǒng)滲透，導(dǎo)致了現(xiàn)場總線逐步取代了4～20mA的模擬信號傳輸線，并由此引發(fā)了控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)革命。現(xiàn)場總線系統(tǒng)FCS是在80年代后期發(fā)展起來的一種先進的現(xiàn)場工業(yè)控制技術(shù)，是新一代全分布式控制系統(tǒng)的核心技術(shù)。現(xiàn)場總線在發(fā)展的最初，各個公司都提出自己的現(xiàn)場總線協(xié)議。后來，IEC組織確定了8大總線作為國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中包括C

8、ANBus、ProfitBus、FOUNDATIONFieldbus等等。而在此基礎(chǔ)上形成了新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystemFCS)。FF是惟一致力于世界統(tǒng)一現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的國際組織，對過程控制系統(tǒng)的發(fā)展影響最大?？刂凭W(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其基本趨勢是逐漸趨向于開放性、透明的通訊協(xié)議。3．以下是目前國內(nèi)外主流產(chǎn)品與發(fā)展?fàn)顩r目前，使用較多的現(xiàn)場總線主要是FUNDATIONfieldbus基金會現(xiàn)場總線（FF總線）和PROFIBUS現(xiàn)場總