王慶良

摘要：現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的迅猛發(fā)展正在給工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)深刻變革，但它并非完美無(wú)缺，在將其實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程時(shí)還有許多問(wèn)題有待于研究和解決。本文討論在現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)DCS的改造。從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS控制系統(tǒng)的有效結(jié)合。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)現(xiàn)總線 集散控制系統(tǒng) DCS

1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和DCS技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）是從20世紀(jì)80年代以來(lái)逐步發(fā)展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)和控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，正成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將推動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將現(xiàn)場(chǎng)總線定義為：現(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多變量、多節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)。把現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Contrl System）定義為：由各種現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)互聯(lián)與控制室內(nèi)人機(jī)界面所組成的系統(tǒng)：一個(gè)全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)。也正是由于這些特點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線人微言輕技術(shù)支撐的FCS在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有明顯的優(yōu)勢(shì)，諸如很高的精確性，組態(tài)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)安裝方便，易于維護(hù)和擴(kuò)展，可以節(jié)約軟硬件投資等等，被稱為第五代控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。

集散控制系統(tǒng)（DCS——Total Distributed Control System）是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的以微處理器為基礎(chǔ)的分散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它是控制技術(shù)（Control）、計(jì)算機(jī)技術(shù)（Computer）、通信技術(shù)（Communication）、陰極射線管（CRT）圖形顯示技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。該裝置是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。DCS自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展異常迅速。目前，它作為新一代工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制設(shè)備，在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、紡織、電力、食品等工業(yè)，在我國(guó)石油、冶金、化工和電力等行業(yè)已被普遍推廣應(yīng)用。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛躍發(fā)展、生產(chǎn)裝置的規(guī)模不斷擴(kuò)大、生產(chǎn)技術(shù)及工藝過(guò)程的愈趨復(fù)雜，常規(guī)模擬儀表存在難以克服的弊病：首先是控制功能過(guò)于單一，難以實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜控制功能；其次是難于集中操作和監(jiān)視，面對(duì)長(zhǎng)達(dá)幾十米的高度密集排列的儀表屏，操作和調(diào)整都十分困難。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS技術(shù)的結(jié)合

現(xiàn)場(chǎng)總線出現(xiàn)后，從理論上講DCS遲早要為FCS取代。但是FCS作為新一代的過(guò)程控制系統(tǒng)，與DCS上百種功能塊相比顯然要略遜一籌。DCS靈活方便和豐富的組態(tài)功能、復(fù)雜可靠的控制功能，也不是FCS能夠立即趕上的，因?yàn)?，DCS絕不是一個(gè)數(shù)據(jù)、采集和簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制站也絕不是單一完成簡(jiǎn)單的PID功能，在很多工程中，它要實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜、快速的聯(lián)鎖調(diào)節(jié)控制。目前的FCS在開關(guān)量與模擬量的混合處理方面還不如DCS靈活，對(duì)于那些開關(guān)量控制與模擬量控制并存，相互關(guān)系十分密切的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采用DCS要比FCS更方便。這些問(wèn)題將隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展而逐漸得到解決。所以由DCS向FCS的過(guò)渡必是一個(gè)長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程，在開發(fā)新系統(tǒng)的過(guò)程要考慮現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)又兼顧系統(tǒng)的開放性和兼容性，視具體情況來(lái)決定系統(tǒng)構(gòu)成方式?？偟膩?lái)說(shuō)，可以分為以下三種方式：

（1）當(dāng)原有DCS規(guī)模較小時(shí)，可以在DCS的工程師站加裝一塊支持現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)卡，并進(jìn)行軟件配置。使DCS系統(tǒng)成為現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)站點(diǎn)，利用DCS系統(tǒng)的開發(fā)工具，在其工程師站的操作系統(tǒng)上編制數(shù)據(jù)讀取程序和數(shù)據(jù)傳輸程序，把DCS中的數(shù)據(jù)讀出并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。

（2）如果DCS系統(tǒng)已較為完善且不希望對(duì)DCS的結(jié)構(gòu)做太大改變，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)就可以在DCS系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。如圖1所示，在DCS網(wǎng)絡(luò)上安裝基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線服務(wù)器（Foundation Fieldbus FF）,DCS與低速現(xiàn)場(chǎng)總線H1接口卡、高速現(xiàn)場(chǎng)總線H2接口卡之間的信息交換通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口卡進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)總線儀表中輸入、輸出、控制和運(yùn)算等功能塊相對(duì)獨(dú)立，可以自行構(gòu)成控制回路，而不必借用DCS的功能塊，但要借用DCS操作員站。H2上加裝的工作站的功能是對(duì)H1上現(xiàn)場(chǎng)總線儀表組態(tài)、診斷和維護(hù)。

（3）用DCS和FCS共同組成系統(tǒng)。在原有DCS的情況下，對(duì)新的節(jié)點(diǎn)用FCS，原來(lái)的DCS保持不變，這樣做可以在將來(lái)產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí)比較方便的替換DCS，而不必對(duì)原有的FCS進(jìn)行改動(dòng)，有利于逐漸過(guò)渡過(guò)到全FCS的系統(tǒng)。系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示，DCS和FCS各自獨(dú)立，分別具有各自的工程師站，通過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，這一點(diǎn)已不容置疑，但現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)從根本上取代DCS控制系統(tǒng)尚需時(shí)日。由于現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS在一段時(shí)間內(nèi)將共存并競(jìng)爭(zhēng)，DCS必然會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)總線方面的一些技術(shù)對(duì)自身進(jìn)行改造。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線有關(guān)技術(shù)進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)，引入了大量總線儀表和網(wǎng)橋的DCS系統(tǒng)的配置機(jī)柜體積將大大縮小，低層控制將逐漸向現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)靠攏，而DCS的上層網(wǎng)絡(luò)總線過(guò)渡的速度相對(duì)來(lái)說(shuō)可能會(huì)慢一些，但其向開放式網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡是必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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