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4.DCS控制系统
分散控制系统DCS(DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)含义是控制危险分散集中显示。分散控制系统DCS是集4C(COMMUNICATION,COMPUTER,CONTROL,CRT)技术于一身的监控技术。他的特点是从上到下的树状拓扑大系统,其中通讯是其关键技术。DCS由四部份组成:I/O板、控制器、操作站、通讯网络。I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远,如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少,算法的组合有些不一样,I/O板的差别在于有的有智能,有些没有,但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环;操作站差别比较大,主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象;差别最大的是通讯网络,最差的是轮询方式,最好的是例外报告方式,其速度要相差很多。控制器I/O部件和生产过程相联接,操作站和人相联系,通讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是DCS的重要组成部分,工程师站给控制站和操作站组态,历史站记录生产过程的历史数据。
DCS系统的数据主要来自现场的信号和各种变量,在控制站中表现为与工位号对应的相关测量值(PV)、设定值(SV)、操作输出值(MV)及回路状态等。这些数据被采集到DCS控制站相应的存储器里,构成实时数据。其他属于与工位号有关的组态信息,如量程、工程单位、回路连接信息、顺序控制信息等,也在控制站中存储,但同时必须在操作站或工程师站中存储,而且有映像关系。中小型DCS控制站,以控制16-32回路为限、分散性较易为人们所接受。目前小型DCS所占有的市场,已逐步与PLC、FCS共享,今后小型DCS可能首先与这2种系统融合,而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到发展。控制站是整个DCS的基础,它的可靠性和安全性最为重要,死机和控制失灵的现象是绝对不允许的,而且冗余、掉电保护、抗干扰、构成防爆系统等方面都应很有效而可靠,才能满足用户要求。多年的实践经验证明,绝大多数厂家的DCS控制站是能够胜任用户要求的。
DCS系统价格相对PLC系统较高,当然应从性能价格比、产品生命周期及用户根据实际生产装置的自控要求对DCS进行选型、工程费用、维修费用等方面综合考虑。更重要的是目前PLC系统、工控机系统(IPC)的价格都是以廉价著称,所以DCS厂商在这方面面临的形势很严峻,今后5年虽然DCS可以生存,但应在降低成本、减少维修费用、发展远程诊断和维护及完善服务体系等方面多下功夫,应对以直销为主的方式进行修正,即让更多的同行能参加到DCS应用的行列中来。
DCS的发展初衷主要是解决系统中的控制回路的控制算法。70年代中期,过程工业发展很快,但由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多,而且条件苛刻,要求显示操作集中等,使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求,在此情况下,业内厂商经过市场调查,确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主,辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制。所以今天DCS的优势仍然是实现模拟量控制,模拟量控制及其算法是DCS的核心技术。
从目前的DCS来看,一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算,经现场使用,效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是[工业电器网-cnelc]比较远,这就促进现场总线的发展。
5.FCS控制系统
现场总线控制技术(FIELDBUS CONTROL SYSTEM)是最近几年发展起来的一种新兴控制系统。FCS系统的核心是总线协议,即总线标准。一种类型的总线,只要其总线协议一经确定,相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言,各类总线都是一样的,都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。但由于各种原因,各类总线的总线协议存在很大的差异。为了使现场总线满足可互操作性要求,使其成为真正的开放系统,在IEC国际标准,现场总线通讯协议模型的用户层中,就明确规定用户层具有装置描述功能。数字化通信取代4-20mA模拟信号:传统技术,现场层设备与控制器之间的连接是一对一(一个I/O点对设备的一个测控点)所谓 I/O接线方式,信号传递4-20mA(传送模拟量信息)或24VDC(传送开关量信息)信号。应用现场总线技术可用一条通信电缆将控制器与现场设备(智能化、带有通信接口)连接,使用数字化通信完成底层设备通信及控制要求。
现场总线主要技术特点之一是要求现场设备智能化;即应用现场总线技术,要求现场设备(传感器、驱动器、执行机构等设备)是带有串行通信接口的智能化(可编程或可参数化)设备。因此,现场总线技术以计算机大规模集成电路的发展为基础。特点之二是集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体;现场总线采用计算机数字化通信技术连接智能化现场设备,因此,控制器可从现场设备获取大量丰富信息,可实现设备状态、故障、参数信息传送,可完成设备远程控制、参数化及故障诊断工作。
基于现场总线的自动化监控系统主要优点:(1)基于现场总线的自动化监控系统增强了现场级信息集成能力。现场总线可从现场设备获取大量丰富信息,能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络,它不单纯取代4-20mA信号,还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制,还可完成远程参数化工作。(2)开放式、互操作性、互换性、可集成性。不同厂家产品只要使用同一总线标准,就具有互操作性、互换性,因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式,允许其它厂商将自己专长的控制技术,如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去,因此,市场上将有许多面向行业特点的监控系统。(3)系统可靠性高、可维护性好。基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线,对于大规模I/O系统来说,减少了由接线点造成的不可靠因素。同时,系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能,可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作,也增强了系统的可维护性。(4)节省成本:对大范围、大规模I/O的分布式系统来说,省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用,降低了系统及工程成本。
数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑是基础,道理很简单,FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议,即相关的通讯规约,不具备数字通信功能,那么所谓双向数字通信只是一句空话,也不能称之为现场总线控制系统。再一点,现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。如果现场装置不是多功能智能化的产品,那么现场总线控制系统的特点也就不存在了,所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。对于一个控制系统,无论是采用DCS或PLC还是采用现场总线,系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上,采用现场总线后,可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少,甚至增加了,而传输信息的线缆却大大减少了。这就是FCS系统的一大优点。
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