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PLC、DCS、FCS互为“犄角”推动工控自动化不断向
时间:2020-10-07 16:56

  编者语:数字通讯是一种趋势,它代表了技术进步,是任何人阻挡不了的。正如目前的,由于多年的开发研究,在各自保留自身原有的特点外,又相互补充,形成新的系统,现在的

  (4)也可一台PLC为主站,多台同型PLC为从站,构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行。

  (2)从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(Communication)是关键。

  (4)是树状拓扑和并行连续的链路结构,也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。

  (7)DCS是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场测控站)的3级结构。

  (8)缺点是成本高,各公司产品不能互换,不能互操作,大DCS系统是各家不同的。

  (1)基本任务是:本质(本征)安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。

  (3)用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心,取代每台仪器两根线)在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。

  (5)多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。

  的典型1)连续的工艺过程自动控制如石油化工,其中“本安防爆”技术是绝对重要的,典型产品是FF、World

  2)分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车,典型产品是ProfibusDP、CANbus;

  从上述基本要点的描述中,我们是否注意到一点,用于过程控制的三大系统,没有一个是针对电站而开发的,或者说,在他们开发的初期,都并非以电站做系统的首选控制对象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为首选适用范围,有的在适用范围中根本就不提电站。现在奇怪的是,这三大控制系统,尤其是DCS、PLC,都在电站得到了广泛应用,而且效果也非常好。

  是由DCS与PLC发展而来,FCS不仅具备DCS与PLC的特点,而且跨出了革命性的一步。而目前,新型的DCS与新型的PLC,都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC,在处理闭环控制方面也不差,并且两者都能组成大型网络,DCS与PLC的适用范围,已有很大的交叉。下一节就仅以DCS与FCS进行比较。在前面的章节中,实际上已涉及到DCS与FCS的差异,下面将就体系结构、投资、设计、使用等方面进行叙述。

  DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络,因此,数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。

  通过数据公路的设计参数,基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。

  (7)数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件(可编程序控制器、计算机、数据记录装置等)。

  为了保证系统的安全性,使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则,用以保证所传输的数据被接收,并且被理解得和发送的数据一样。

  目前在DCS系统中一般使用两类通信手段,即同步的和异步的,同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收,异步网络采用没有时钟的报告系统。

  前面的章节已经叙述,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。为了实现互操作,每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器,它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息,并且与主站无关,所以可以使现场装置实现真正的互操作性。

  实际情况是否如上述一致,回答是否定的。目前通过的现场总线种类型,而原IEO国际标准只是8种类型之一,与其它7种类型总线种总线,不论其市场占有率有多少,每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。它们能够形成系统,形成产品,而原IEC现场总线国际标准,是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。所以,要实现某些总线的相互兼容和互操作,就目前状态而言,几乎是不可能的。

  通过上述,我们是否可以得出这样一种映象:开放的现场总线控制系统的互操作性,就一个特定类型的现场总线而言,只要遵循该类型现场总线的总线协议,对其产品是开放的,并具有互操作性。换句话说,不论什么厂家的产品,也不一家是该现场总线公司的产品,只要遵循该总线的总线协议,产品之间是开放的,并具有互操作性,就可以组成总线)FCS系统的基础是数字智能现场装置

  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。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力,另一方面要让大量信息在现场就地完成处理,减少现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。

  减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。因此,网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点,放在同一条支路里。

  通过采用现场总线控制系统,到底能节省多少电缆,编者尚未做此计算。但是,我们不可以采用DCS系统的电厂中与自动控制系统有关的所用电缆公里数看出,电缆在基建投资中所占份额。

  比较的前题是DCS系统与典型的、理想的FCS系统进行比较。为什么要做如此的假设。做为DCS系统发展到今天,开发初期提出的技术要求却已满足并得到了完善,目前的状况是进一步提高,因此也就不存在典型、理想的说法。而作为FCS系统,90年代刚进入实用化,作为开发初期的技术要求:兼容开放,双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等,目前还不理想有待完善。这种状态与现场总线国际标准的制定不能说没有关系。过去的十多年,各总线组织都忙于制定标准,开发产品,占领更多的市场,目的就是要挤身于国际标准,合法的占领更大的市场。现在有关国际标准的争战已告一段落,各大公司组织都已意识到,要真正占领市场,就得完善系统及相关产品。我们可以做这样的预测,不久的将来,完善的现场总线系统及相关产品必须成为世界现场总线技术的主流。

  (1)DCS系统是个大系统,其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要,数据公路更是系统的关键,所以,必须整体投资一步到位,事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底,信息处理现场化,数字智能现场装置的广泛采用,使得控制器功能与重要性相对减弱。因此,FCS系统投资起点低,可以边用、边扩、边投运。

  (2)DCS系统是封闭式系统,各公司产品基本不兼容。而FCS系统是开放式系统,用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线,达到最佳的系统集成。

  (5)DCS它可以控制和监视工艺全过程,对自身进行诊断、维护和组态。但是,由于自身的致命弱点,其I/O信号采用传统的模拟量信号,因此,它无法在DCS工程师站上对现场仪表(含变送器、执行器等)进行远方诊断、维护和组态。FCS采用全数字化技术,数字智能现场装置发送多变量信息,而不仅仅是单变量信息,并且还具备检测信息差错的功能。FCS采用的是双向数字通信现场总线信号制。因此,它可以对现场装置(含变送器、执行机构等)进行远方诊断、维护和组态。FCS的这点优越性是DCS无法比拟的。

  PLC于60年代末期在美国首先出现,目的是用来取代继电器,执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能,建立柔性程序控制系统。1976年正式命名,并给予定义:PLC是一种数字控制专用电子计算机,它使用了可编程序存储器储存指令,执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能,并通过模拟和数字输入、输出等组件,控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展,PLC已十分成熟与完善,并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。PLC作为一个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外,火力发电厂辅助车间,例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等,在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为,辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。

  自1973年提出第一台以微处理器为基础的控制器以来,它逐步完善,并最终形成功能齐全、安全可靠的数字式分散控制系统DCS。它的性能大大优于以住任何一种控制系统。可以满足火电厂DAS、MCS、SCS和APS各系统的各种要求,目前还可以通过工业以太网建立管理层网络,以满足火电厂呼声越来越高的加强管理的要求。可以这样说,DCS系统的监控可以复盖大型火电机组的工艺全过程。

  但是,自从有了FCS,并于90年代走向实用化以来,不断有如下论点在公开刊物上发表,即:“从现在起,新的现场总线控制系统FCS将逐步取代传统的DCS”;“当调节功能下放到现场去以后,传统的DCS就没有存在的必要而会自动消失”;“今后十年,传统的4~20mA模拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代,模拟与数字的分散型控制系统DCS将更新换代为全数字现场总线控制系统FCS”。这些论点归纳为一句话:FCS将取代DCS,DCS从此将消亡。

  上述论点皆出自于权威专家之口,确实不无道理。数字通讯是一种趋势,它代表了技术进步,是任何人阻挡不了的。双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力,加速现场装置与控制仪表的变革,开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。这些都是DCS系统所不具备的,而由此产生的优越性以及给火电厂的设计、配置、组态、运行、维护、管理等方面带来的效益也是DCS系统所不及的。再则,FCS是由DCS以及PLC发展而来,它保留了DCS的特点,或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验,当然也包括教训。由此而得出结论,“FCS将取代DCS”,似乎也是顺理成章之事。

  同时我们也应看到,DCS系统发展也近30年,在火电厂的应用如此广泛。它的设计思想、组态配置、功能匹配等已达十分完善的程度(当然,DCS也存在进一步发展的需求,例如高级软件开发,以满足信息集成的要求),已渗透到火电厂控制系统的各个领域,并且在FCS系统中也有些体现。从这个角度来看,DCS系统似乎不能说从此消亡。再则,从前面的章节叙述中已经谈到,对那些FCS系统不能充分发挥其特点及优越性的领域,DCS系统仍有用武之地。

  我们似乎没有必要在文字上做过多的争论,一定要强调谁取代谁。正如目前的DCS与新型的PLC,由于多年的开发研究,在各自保留自身原有的特点外,又相互补充,形成新的系统,现在的DCS已不是当初的DCS,同样如此,新型的PLC也不是开发初期的PLC。我们能够说是DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS,显然都是不合适的。

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