PLC、DCS,、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異 摘 要:本文對(duì)PLC,、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異進(jìn)行了分析,,指出了三種控制系統(tǒng)之間的淵源及發(fā)展方向,。 關(guān)鍵詞:可編程序控制器(PLC) 分散控制系統(tǒng)(DCS) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)
1.前言 上世紀(jì)九十年代走向?qū)嵱没默F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),正以迅猛的勢(shì)頭快速發(fā)展,,是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)�,,F(xiàn)場(chǎng)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),正受到國內(nèi)外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶越來越強(qiáng)烈的關(guān)注�,,F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn),,將給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來又一次革命,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,。 在有些行業(yè),F(xiàn)CS是由PLC發(fā)展而來的,;而在另一些行業(yè),,F(xiàn)CS又是由DCS發(fā)展而來的,所以FCS與PLC及DCS之間有著千絲萬縷的聯(lián)系,,又存在著本質(zhì)的差異,。本文試就PLC、DCS,、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異作一分析,,指出它們之間的淵源及發(fā)展方向。
2.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)自動(dòng)控制(PA)或習(xí)慣稱之謂工業(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:
2.1 PLC (1)從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制,、運(yùn)送處理,是從下往上的。 (2)連續(xù)PID控制等多功能,,PID在中斷站中。 (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)格既可作為獨(dú)立DCS/TDCS,也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng),。 (6)大系統(tǒng)同DCS/TDCS,,如TDC3000、CENTUMCS,、WDPFI,、MOD300。 (7)PLC網(wǎng)絡(luò)如Siemens公司的SINEC—L1,、SINEC—H1,、S4、S5,、S6,、S7等,GE公司的GENET,、三菱公司的MELSEC—NET,、MELSEC—NET/MINI。 (8)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,。 (9)制造商:GOULD(美)、AB(美),、GE(美),、OMRON(日)、MITSUBISHI(日),、Siemens(德)等,。
2.2 DCS或TDCS (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)。 (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)PID在中斷站中,,中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置。 (4)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(chǎng)儀器儀表,。 (5)模擬信號(hào),A/D—D/A,、帶微處理器的混合,。 (6)一臺(tái)儀表一對(duì)線接到I/O,由控制站掛到局域網(wǎng)LAN,。 (7)DCS是控制(工程師站),、操作(操作員站)、現(xiàn)場(chǎng)儀表(現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站)的3級(jí)結(jié)構(gòu),。 (8)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,。 (9)用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制,如石化等,。 (10)制造商:Bailey(美),、Westinghous(美)、HITACH(日),、LEEDS & NORTHRMP(美),、SIEMENS(德)、Foxboro(美),、ABB(瑞士),、Hartmann & Braun(德)、Yokogawa(日),、Honewell(美國),、Taylor(美)等。
2.3 FCS (1)基本任務(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(chǎng)儀表、控制裝置,、PID與控制中心,,取代每臺(tái)儀器兩根線。 (4)在總線上PID與儀器,、儀表,、控制裝置都是平等的。 (5)多變量,、多節(jié)點(diǎn),、串行,、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量,、單點(diǎn)、并行,、模擬系統(tǒng),。 (6)是互聯(lián)的、雙向的,、開放的取代單向的,、封閉的。 (7)用分散的虛擬控制站取代集中的控制站,。 (8)由現(xiàn)場(chǎng)電腦操縱,,還可掛到上位機(jī),接同一總線的上一級(jí)計(jì)算機(jī),。 (9)局域網(wǎng),,再可與internet相通。 (10)改變傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn),、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng),。 (11)制造商:美Honeywell 、Smar ,、Fisher— Rosemount,、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey ,、Foxboro ,、Yamatake 、日Yokogawa,、歐 Siemens,、 GEC—Alsthom 、Schneider,、 proces—Data,、 ABB等。 (12)3類FCS的典型 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,,典型產(chǎn)品是FF,、World FIP、Profibus—PA,; 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,典型產(chǎn)品是Profibus—DP,、CANbus,; 3)多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化,典型產(chǎn)品是LON Work,、Profibus—FMS,。 從上述基本要點(diǎn)的描述中,我們是否注意到一點(diǎn),,用于過程控制的三大系統(tǒng),,沒有一個(gè)是針對(duì)電站而開發(fā)的,或者說,,在他們開發(fā)的初期,,都并非以電站做系統(tǒng)的首選控制對(duì)象。而在這些系統(tǒng)的使用說明中也絕不把電站做為首選適用范圍,,有的在適用范圍中根本就不提電站�,,F(xiàn)在奇怪的是,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,。
3.三大控制系統(tǒng)之間的差異 我們已經(jīng)知道,F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來,,F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn),,而且跨出了革命性的一步。而目前,,新型的DCS與新型的PLC,,都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢(shì)。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能,;而新型的PLC,,在處理閉環(huán)控制方面也不差,并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò),,DCS與PLC的適用范圍,,已有很大的交叉,。下一節(jié)就僅以DCS與FCS進(jìn)行比較。在前面的章節(jié)中,,實(shí)際上已涉及到DCS與FCS的差異,,下面將就體系結(jié)構(gòu)、投資,、設(shè)計(jì),、使用等方面進(jìn)行敘述。 3.1 差異要點(diǎn) ·DCS DCS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,。 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)被接收,,并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。 目前在DCS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),。
·FCS 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) 前面的章節(jié)已經(jīng)敘述,,一種類型的總線,只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定,,相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定,。就其總線協(xié)議的基本原理而言,各類總線都是一樣的,,都以解決雙向串行數(shù)字化通訊傳輸為基本依據(jù),。但由于各種原因,各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異,。 為了使現(xiàn)場(chǎng)總線滿足可互操作性要求,,使其成為真正的開放系統(tǒng),在IEC國際標(biāo)準(zhǔn),,現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議模型的用戶層中,,就明確規(guī)定用戶層具有裝置描述功能。為了實(shí)現(xiàn)互操作,,每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置都用裝置描述DD來描述,。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器,它包括所有必要的參數(shù)描述和主站所需的操作步驟,。由于DD包括描述裝置通信所需的所有信息,,并且與主站無關(guān),所以可以使現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作性,。 實(shí)際情況是否如上述一致,,回答是否定的。目前通過的現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)含8種類型,,而原IEO國際標(biāo)準(zhǔn)只是8種類型之一,,與其它7種類型總線的地位是平等的。其它7種總線,,不論其市場(chǎng)占有率有多少,,每個(gè)總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐,。它們能夠形成系統(tǒng),,形成產(chǎn)品,而原IEC現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn),,是一個(gè)既無軟件支撐也無硬件支撐的空架子,。所以,要實(shí)現(xiàn)這些總線的相互兼容和互操作,,就目前狀態(tài)而言,,幾乎是不可能的。 通過上述,,我們是否可以得出這樣一種映象:開放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的互操作性,,就一個(gè)特定類型的現(xiàn)場(chǎng)總線而言,,只要遵循該類型現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線公司的產(chǎn)品,,只要遵循該總線的總線協(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)。 (2)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置 數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制,。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議,,即相關(guān)的通訊規(guī)約,不具備數(shù)字通信功能,,那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話,,也不能稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。再一點(diǎn),,現(xiàn)場(chǎng)總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)控制功能,。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品,,那么現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不存在了,,所謂簡化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì),、利于維護(hù)等優(yōu)越性也是虛的,。 (3) FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)總線后,,可以從現(xiàn)場(chǎng)得到更多的信息�,,F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的信息量沒有減少,甚至增加了,,而傳輸信息的線纜卻大大減少了,。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力,另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場(chǎng)就地完成處理,,減少現(xiàn)場(chǎng)與控制機(jī)房之間的信息往返,�,?梢哉f現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場(chǎng)化。 減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則,。減少信息往返常�,?蓭砀纳葡到y(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的好處。因此,,網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點(diǎn),,放在同一條支路里。 減少信息往返與減少系統(tǒng)的線纜有時(shí)會(huì)相互矛盾,。這時(shí)仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來做選擇,。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許的話,應(yīng)選節(jié)省線纜的方案,。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊張,,稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了,那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?BR>現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)儀表本身裝了許多功能塊,,雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì)稍有差別,,但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀存在的。選用哪一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表上的功能塊,,是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題,。 考慮這個(gè)問題的原則是:盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺(tái)儀表上的功能塊,。 3.2 典型系統(tǒng)比較 通過使用現(xiàn)場(chǎng)總線,,用戶可以大量減少現(xiàn)場(chǎng)接線,用單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信,,不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作,,增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的控制功能,系統(tǒng)集成大大簡化,,并且維護(hù)十分簡便,。從典型的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)框圖可以看出,傳統(tǒng)的過程控制儀表系統(tǒng)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置到控制室都需使用一對(duì)專用的雙絞線,,以傳送4~20mA信號(hào),,而現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中,每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置到接線盒的雙絞線仍然可以使用,,但是從現(xiàn)場(chǎng)接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通信,。 通過采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng),到底能節(jié)省多少電纜,,編者尚未做此計(jì)算,。但是,我們不可以采用DCS系統(tǒng)的電廠中與自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的所用電纜公里數(shù)看出,,電纜在基建投資中所占份額,。 某電廠,,2×300MW燃煤機(jī)組。熱力系統(tǒng)為單元制,。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座集中控制樓,,采用機(jī)、爐,、電單元集中控制方式,。單元控制室的標(biāo)高為12.6米,與運(yùn)行層標(biāo)高一致,。DCS采用WDPF—Ⅱ,,每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)為4500點(diǎn)。 電纜敷設(shè)采用EC軟件,,8個(gè)人用1.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù),。 主廠房內(nèi)每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。 主廠房內(nèi)每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)的電纜長度為350公里,。 以上電纜的根數(shù)及長度均不包括全廠火災(zāi)報(bào)警的廠供電纜和全廠各輔助生產(chǎn)車間的電纜,。 電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅,,每臺(tái)機(jī)組約95噸,。 其它電纜橋架包括直通、彎通,、三通,、四通、蓋板,、終端封頭,、調(diào)寬片、直接片等選用鋁合金材質(zhì),,每臺(tái)300MW機(jī)組約為55噸,。附件隨橋架提供(如螺栓、螺母),。 某電廠,4×MW燃油燃?xì)怆娬�,。熱力系統(tǒng)為單元制,。DCS采用TELEPERM-XP。每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)為5804點(diǎn),。 電纜敷設(shè)采用EC軟件,,12個(gè)人用2.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。 主廠房內(nèi)每臺(tái)325MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)的電纜根數(shù)為4413根,。 主廠房內(nèi)每臺(tái)235MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)的電纜長度為360公里,。 每臺(tái)機(jī)組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架,,其重量約為200噸。 電站的電纜可以分為六大類:高壓電力電纜,、低壓電力電纜,、控制電纜、熱控電纜,、弱電電纜(主要指計(jì)算機(jī)用電纜),、其它電纜。若兩臺(tái)300MW機(jī)組同時(shí)做電纜敷設(shè),,自動(dòng)化專業(yè)電纜的數(shù)量大約有8500根左右,。其中熱控電纜和弱電電纜將大于5000根,即約占60%左右(以根數(shù)計(jì)量),。 3.3 設(shè)計(jì),、投資及使用 上述的比較是偏重于純技術(shù)性的比較,以下比較擬加入經(jīng)濟(jì)因素,。 比較的前題是DCS系統(tǒng)與典型的,、理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。為什么要做如此的假設(shè),。做為DCS系統(tǒng)發(fā)展到今天,,開發(fā)初期提出的技術(shù)要求卻已滿足并得到了完善,目前的狀況是進(jìn)一步提高,,因此也就不存在典型,、理想的說法。而作為FCS系統(tǒng),,90年代剛進(jìn)入實(shí)用化,,作為開發(fā)初期的技術(shù)要求:兼容開放,雙向數(shù)字通信,、數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置,、高速總線等,目前還不理想有待完善,。這種狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)的制定不能說沒有關(guān)系,。過去的十多年,各總線組織都忙于制定標(biāo)準(zhǔn),,開發(fā)產(chǎn)品,,占領(lǐng)更多的市場(chǎng),目的就是要擠身于國際標(biāo)準(zhǔn),,合法的占領(lǐng)更大的市場(chǎng)�,,F(xiàn)在有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的爭戰(zhàn)已告一段落,各大公司組織都已意識(shí)到,要真正占領(lǐng)市場(chǎng),,就得完善系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品,。我們可以做這樣的預(yù)測(cè),,不久的將來,,完善的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必須成為世界現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主流,。 具體比較: (1)DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng),其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要,,數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵,,所以,必須整體投資一步到位,,事后的擴(kuò)容難度較大,。而FCS功能下放較徹底,信息處理現(xiàn)場(chǎng)化,,數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的廣泛采用,,使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此,,F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低,,可以邊用、邊擴(kuò),、邊投運(yùn),。 (2)DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng),各公司產(chǎn)品基本不兼容,。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng),,用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場(chǎng)總線,,達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成,。 (3)DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的,必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換,。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化,,就免去了D/A與A/D變換,高集成化高性能,,使精度可以從±0.5%提高到±0.1%,。 (4)FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中,縮短了控制周期,,目前可以從DCS的每秒2~5次,,提高到FCS的每秒10~20次,從而改善調(diào)節(jié)性能,。 (5)DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過程,對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài),。但是,,由于自身的致命弱點(diǎn),其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào),,因此,,它無法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷,、維護(hù)和組態(tài),。FCS采用全數(shù)字化技術(shù),數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)送多變量信息,,而不僅僅是單變量信息,,并且還具備檢測(cè)信息差錯(cuò)的功能。FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制,。因此,,它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置(含變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷,、維護(hù)和組態(tài),。FCS的這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS無法比擬的。 (6)FCS由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化,,與DCS相比可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器,、端子柜、I/O終端,、I/O卡件,、I/O文件及I/O柜,同時(shí)也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積,。有專家認(rèn)為可以省去60%,。 (7)與(6)同樣理由,F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等,,同時(shí)也節(jié)省了設(shè)計(jì),、安裝和維護(hù)費(fèi)用。有專家認(rèn)為可以節(jié)省66%,。 對(duì)于(6),、(7)兩點(diǎn)應(yīng)補(bǔ)充說明的是,采用FCS系統(tǒng),,節(jié)省投資的效果是不用懷疑的,,但是否如有的專家所說達(dá)60~66%。這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn),,編者認(rèn)為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果,,目前還未找到這些數(shù)字的原始出處,因此,讀者在引用這些數(shù)字時(shí)要慎重,。 �,。�8)FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡單,由于結(jié)構(gòu),、性能標(biāo)準(zhǔn)化,,便于安裝、運(yùn)行,、維護(hù),。 (9)用于過程控制的FCS設(shè)計(jì)開發(fā)要點(diǎn),。這一點(diǎn)并不作為與DCS的比較,,只是說明用于過程控制或者說用于模擬連續(xù)過程類的FCS在設(shè)計(jì)開發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。 1)要求總線本安防爆功能,,而且是頭等重要的,。 2)基本監(jiān)控如流量、料位,、溫度,、壓力等的變化是緩慢的,而且還有滯后效應(yīng),,因此,,節(jié)點(diǎn)監(jiān)控并不需要快電子學(xué)的響應(yīng)時(shí)間,但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力,。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主一從之間的集中輪詢制,,這在技術(shù)上是合理的,在經(jīng)濟(jì)上是有利的,。 3)流量,、料位、溫度,、壓力等參數(shù)的測(cè)量,,其物理原理是古典的,但傳感器,、變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展,。 4)作為針對(duì)連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS,應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計(jì)完善,。
4.PLC與DCS的前景 我們已經(jīng)知道有的FCS是由PLC發(fā)展而來,,而有的FCS是由DCS發(fā)展而來,那么,,今天FCS已走向?qū)嵱没�,,PLC與DCS前景又將如何,。 PLC于60年代末期在美國首先出現(xiàn),目的是用來取代繼電器,,執(zhí)行邏輯,、計(jì)時(shí),、計(jì)數(shù)等順序控制功能,,建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名,,并給予定義:PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī),,它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令,執(zhí)行諸如邏輯,、順序,、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能,,并通過模擬和數(shù)字輸入,、輸出等組件,控制各種機(jī)械或工作程序,。經(jīng)過30多年的發(fā)展,,PLC已十分成熟與完善,并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能,。PLC在FCS系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無多少爭論,。在IEC推薦的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中,PLC作為一個(gè)站掛在高速總線上,。充分發(fā)揮PLC在處理開關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì),。另外,火力發(fā)電廠輔助車間,,例如補(bǔ)給水處理車間,、循環(huán)水車間、除灰除渣車間,、輸煤車間等,,在這些車間的工藝過程多以順序控制為主。PLC對(duì)于順序控制有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),。編者以為,,輔助車間的控制系統(tǒng)應(yīng)以遵循現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的PLC或能與FCS進(jìn)行通訊交換信息的PLC為優(yōu)選對(duì)象。 自1973年提出第一臺(tái)以微處理器為基礎(chǔ)的控制器以來,,它逐步完善,,并最終形成功能齊全、安全可靠的數(shù)字式分散控制系統(tǒng)DCS,。它的性能大大優(yōu)于以住任何一種控制系統(tǒng),�,?梢詽M足火電廠DAS、MCS,、SCS和APS各系統(tǒng)的各種要求,,目前還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)建立管理層網(wǎng)絡(luò),以滿足火電廠呼聲越來越高的加強(qiáng)管理的要求,�,?梢赃@樣說,DCS系統(tǒng)的監(jiān)控可以復(fù)蓋大型火電機(jī)組的工藝全過程,。 但是,,自從有了FCS,并于90年代走向?qū)嵱没詠�,,不斷有如下論點(diǎn)在公開刊物上發(fā)表,,即:“從現(xiàn)在起,新的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS將逐步取代傳統(tǒng)的DCS”,;“當(dāng)調(diào)節(jié)功能下放到現(xiàn)場(chǎng)去以后,,傳統(tǒng)的DCS就沒有存在的必要而會(huì)自動(dòng)消失”;“今后十年,,傳統(tǒng)的4~20mA模擬信號(hào)制將逐步被雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制所取代,,模擬與數(shù)字的分散型控制系統(tǒng)DCS將更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS”……。這些論點(diǎn)歸納為一句話:FCS將取代DCS,,DCS從此將消亡,。 上述論點(diǎn)皆出自于權(quán)威專家之口,確實(shí)不無道理,。數(shù)字通訊是一種趨勢(shì),,它代表了技術(shù)進(jìn)步,是任何人阻擋不了的,。雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制以及由它而產(chǎn)生的巨大的推動(dòng)力,,加速現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制儀表的變革,開發(fā)出越來越多的功能完善的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置,。這些都是DCS系統(tǒng)所不具備的,,而由此產(chǎn)生的優(yōu)越性以及給火電廠的設(shè)計(jì)、配置,、組態(tài),、運(yùn)行、維護(hù),、管理等方面帶來的效益也是DCS系統(tǒng)所不及的,。再則,F(xiàn)CS是由DCS以及PLC發(fā)展而來,,它保留了DCS的特點(diǎn),,或者說FCS吸收了DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn),,當(dāng)然也包括教訓(xùn)。由此而得出結(jié)論,,“FCS將取代DCS”,,似乎也是順理成章之事。 同時(shí)我們也應(yīng)看到,,DCS系統(tǒng)發(fā)展也近30年,,在火電廠的應(yīng)用如此廣泛。它的設(shè)計(jì)思想,、組態(tài)配置,、功能匹配等已達(dá)十分完善的程度(當(dāng)然,DCS也存在進(jìn)一步發(fā)展的需求,,例如高級(jí)軟件開發(fā),以滿足信息集成的要求),,已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域,,并且在FCS系統(tǒng)中也有些體現(xiàn)。從這個(gè)角度來看,,DCS系統(tǒng)似乎不能說從此消亡,。再則,從前面的章節(jié)敘述中已經(jīng)談到,,對(duì)那些FCS系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其特點(diǎn)及優(yōu)越性的領(lǐng)域,,DCS系統(tǒng)仍有用武之地。 我們似乎沒有必要在文字上做過多的爭論,,一定要強(qiáng)調(diào)誰取代誰,。正如目前的DCS與新型的PLC,由于多年的開發(fā)研究,,在各自保留自身原有的特點(diǎn)外,,又相互補(bǔ)充,形成新的系統(tǒng),,現(xiàn)在的DCS已不是當(dāng)初的DCS,,同樣如此,新型的PLC也不是開發(fā)初期的PLC,。我們能夠說是DCS取代了PLC或者說是PLC取代了DCS,,顯然都是不合適的。 5.結(jié)論 從上述分析論述中,,我們可以得出以下簡單的結(jié)論:現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn),,數(shù)字式分散控制DCS并不會(huì)消亡,而只是將過去處于控制系統(tǒng)中心地位的DCS移到現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)站點(diǎn)上去,。也可以這樣說,,DCS處于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破,。今后火電廠的控制系統(tǒng)將會(huì)是:FCS處于控制系統(tǒng)中心地位,兼有DCS系統(tǒng)哲學(xué)的一種新型控制系統(tǒng),。 |