集散系统_整理后讲述

1、2.6 集散系统前言目前主流控制平台包括DCS（集散控制系统）、FCS（现场总线控制系统）、PLC（可编程逻辑控制器）、IPC（工业PC+组态软件），DCS的设计思想是为开发人员和最终用户提供应用粒度尽可能大的技术平台，又称控制组态应用平台、系统使能器或集成应用平台。即为复杂多样化的应用对象提供标准成套化的控制系统硬件平台。一 1集散控制系统 集散控制系统是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术 3 。是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、 CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。 DCS既不同于分散的仪表控制，又不

2、同于集中式计算机控制系统，而是克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。 DCS的结构是一个分布式、分支树状结构。按系统结构进行垂直分解，它分为过程控制级和控制管理级，各级既相互独立又相互联系，每一级又可水平分解成若干子集。从功能分散看，纵向分散意味着不同级的不同功能，如实时控制、实时监视、生产过程管理等，横向分则意味着同级设备具有类似功能。 DCS 是采用标准化、模块化和系列化的设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级组成的一个以通讯网络为纽带的集中显示而操作管理、控制相对分散的实用系统。它具有如下特点： · 自主性：系统上各工作站是通过网络接口连接起来的，各工作站独立自主地完成自己的

3、任务，且各站的容量可扩充，配套软件随时可组态加载，是一个能独立运行的高可靠性子系统。 · 协调性：实时高可靠的工业控制局部网络使整个系统信号共享，各站之间从总体功能及优化处理方面具有充分的协调性。 · 在线性与实时性： 通过人机接口和 I/O 接口，对过程对象的数据进行实时采集、分析、记录、监视、操作控制，可进行系统结构、组态回路的在线修改、局部故障的在线维修。 · 高可靠性：高可靠性是 DCS 的生命力所在，从结构上采用容错设计，使得在任一个单元失效的情况下，仍然保持系统的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。从硬件上包括操作站、控制站、通讯链路

4、都采用双重化配置。从软件上采用分段与模块化设计，积木式结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计。 · 适应性、灵活性和可扩充性：硬件和软件采用开放式，标准化设计，系统积木式结构，具有灵活的配置可适应不同用户的需要。工厂改变生产工艺、生产流程时只需改变系统配置和控制方案，相应使用组态软件填一些表格即可实现。 · 友好性： DCS 软件面向工业控制技术人员、工艺技术人员和生产操作人员，采用实用而简捷的人机会话系统， CRT高分辨率交互图形显示，复合窗口技术，画面丰富，纵观、控制、调整、趋势、流程图、回路一览、批量控制、计量报表、操作指导画面、菜单功能等均具有实时性。平面密封式薄膜

5、操作键盘、触摸式屏幕、鼠标器、跟踪球等操作器更便于操作。 DCS 已经历了三代。 1975年 Honewell 公司推出的 TDC2000 集散控制系统是一个具有许多微处理器的分级控制系统，以分散的控制设备来适应分散的过程对象，并将它们通过数据高速公路与基于 CRT的操作站相连接，互相协调，一起实施实时工业过程的控制和监测，实现了控制系统的功能分散，负荷分散从而危险性也分散。在此期间世界各国相继推出了自己的第一代 DCS。第二代产品在原来产品的基础上，进一步提高了可靠性，新开发的多功能过程控制站、增强型操作站、光纤通信等更完善了 DCS。其特点是采用模块化、标准化设计，数据通信向标准化迁移，板

6、级模块化，单元结构化，使之具有更强适应性和可扩充性。控制功能更加完善，它能实现过程控制、数据采集、顺序控制和批量控制功能。 第三代产品开发了高一层次的信息管理系统。其共同特点是：实现了开放式的系统通信， 向上能与 MAP 和 Ethernet 接口，或者通过网间连接器与其它网络联系，构成复合管理系统 ; 向下支持现场总线，它使得过程控制或车间的智能变送器、执行器和本地控制器之间实现可靠的实时数据通信。过程控制组态采用 CAD方法，使其更直观方便，实现自整定功能。 当今 DCS向综合化、开放化发展。 90 年代工厂自动化要求各种设备 ( 计算机、 DCS 、单回路调节器、 PLC 等 ) 之间的

7、通信能力加强，以便构成大系统。开放性的结构将方便地与指挥生成管理的上位计算机进行数据交换，实现计算机集成生产系统。同时在大型 DCS进一步完善和提高的同时，发展小型集散控制系统。随着电子技术的发展，结合现代控制理论，应用人工智能技术，以微处理器为基础的智能设备相继出现，如智能变送器、可编程调节器、智能 PID自整定控制、智能人机接口，以至于智能 DCS。总的发展趋势可体现在如下几个方面：各制造厂商都在“开放性”上下功夫，力求使自己的 DCS与其他厂商的产品很容易地联网 ; 大力发展和完善 DCS 的通信功能，并将生产过程控制系统与工厂管理系统联结在一起，形成管控一体的产品 ;高度重视系统的可靠

8、性，在软件的设计中采用容错技术 ;在控制功能中，不断引进各种先进控制理论，以提高系统的控制性能，如自整定、自适应、最优、模糊控制等 ;在系统规模和结构上，形成由小到大的产品，以适应不同规模的需求2 现场总线 现场总线克服了 DCS 系统中通信由封闭的专用网络系统实现中所产生的缺陷，把基于封闭专用的解决方案变成基于公开标准化的解决方案；同时把集中与分散相结合的 DCS集散控制结构，变成新型的全分布式结构，图 2所示；同时把集中与分散相结合的 DCS集散控制结构，变成新型的全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身实现基本控制功能。 FCS 的设计目标是针对现存的 DCS 的某些

9、不足，利用现场总线技术改造 DCS 。 DCS 经过多年的发展，具有集中监控、分散控制、操作方便、可靠性高的优点 ，如 DCS采用多操作站对等式的结构，利用网络通信技术和冗余技术，每一台操作站可以操作控制系统内的任一台仪表，加上多操作站的互相备份方式，使得可靠性大为提高。在应用中也发现 DCS的结构存在一些不足之处，如控制不能做到彻底分散，危险仍然相对集中；由于系统的不开放性，不同厂家的产品不能互换、互联，限制了用户的选择范围。 现场总线技术的出现，促使了 DCS向现场总线控制系统 FCS 演化 6 。目前 FCS 的模型一般是针对小型系统，在这类系统中， FF协议的现场仪表可以组成控制回路，

10、使控制站的一部分功能下移分散到现场仪表中，减轻了控制站负担，使得控制站可以专职于执行复杂的控制算法。对于简单的控制应用，可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起连接现场总线作用的网桥和集线器，操作站直接与现场仪表相连，构成 FCS。 FCS 想要在实际中取代 DCS，既要具备 DCS 所具有的功能，又要能克服 DCS 的缺点。 FCS 由于采用了现场总线技术，在开放性、控制分散等方面优于传统 DCS 。但是 FCS 是一种新技术，目前甚至连标准本身都还没有制定完毕，因此与成熟的 DCS相比，在技术、开发、生产供应、应用经验等诸方面都还存在一些欠缺。由于这些原因， FCS取代 DCS 将是一个逐

11、渐的过程。在这一过程中，会出现一些过渡型的系统结构，如在 DCS 中以 FCS 取代 DCS中的某些子系统。用户将现场总线连接到独立的现场总线网络服务器，服务器配有 DCS中连接操作站的上层网络的接口，与操作站直接通信，见图 43组态软件的发展和趋势组态软件产生的背景“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的

12、工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件应该是一

13、个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。2. 组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍

14、组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。究其原因，大致有以下几点：国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件；在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。 随着工业控制系统应用的深入，在面临规

15、模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，MIS（管理信息系统，Management Information System）和CIMS（计算机集成制造系统，Computer Integrated Manufacturing System）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍。InTouch：Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。在80年

16、代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。Fix：Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6.

17、版本并不完全兼容。原有的Script语言改为VBA（Visual Basic For Application），并且在内部集成了微软的VBA开发环境。遗憾的是，Intellution并没有提供6.1版脚本语言到VBA的转换工具。在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。Intellution也是OPC（OLE for Process Control）组织的发起成员之一。iFiX的OPC组件和驱动程序同样需要单独购买。Citech：CiT公司的Citech也是较早进入中国市场的产品。Citech具有简洁的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序

18、员，而不是工控用户。Citech提供了类似语言的脚本语言进行二次开发，但与iFix不同的是，Citech的脚本语言并非是面向对象的，而是类似于语言，这无疑为用户进行二次开发增加了难度。WinCC：Simens的WinCC也是一套完备的组态开发环境，Simens提供类语言的脚本，包括一个调试环境。WinCC内嵌OPC支持，并可对分布式系统进行组态。但WinCC的结构较复杂，用户最好经过Simens的培训以掌握WinCC的应用。组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数已经湮灭）。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供

19、多种硬件驱动程序。Controx（开物）：华富计算机公司的Controx2000是全32位的组态开发平台，为工控用户提供了强大的实时曲线、历史曲线、报警、数据报表及报告功能。作为国内最早加入OPC组织的软件开发商，Controx内建OPC支持，并提供数十种高性能驱动程序。提供面向对象的脚本语言编译器，支持ActiveX组件和插件的即插即用，并支持通过ODBC连接外部数据库。Controx同时提供网络支持和WevServer功能。ForceControl（力控）：大庆三维公司的ForceControl（力控）从时间概念上来说，力控也是国内较早就已经出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作为

20、正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在93年左右，力控就已形成了第一个版本，只是那时还是一个基于DOS和VMS的版本。后来随着Windows3.1的流行，又开发出了16位Windows版的力控。但直至Windows95版本的力控诞生之前，他主要用于公司内部的一些项目。32位下的1.0版的力控，在体系结构上就已经具备了较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构可为可组态的活结构。在19992000年期间，力控得到了长足的发展，最新推出的2.0版在功能的丰富特性、易用性、开放性和I/O驱动数量，都得到了很大的提高。在很多环节的设

21、计上，力控都能从国内用户的角度出发，即注重实用性，又不失大软件的规范。另外，公司在产品的培训、用户技术支持等方面投入了较大人力，相信在较短时间内，力控软件产品将在工控软件界形成巨大的冲击。其他常见的组态软件还有GE的Cimplicity，Rockwell的RsView，NI的LookOut，PCSoft的Wizcon以及国内一些组态软件通态软件公司的MCGS，也都各有特色。 3. 组态软件的功能特点发展方向目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能：比如，几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量、画面等）进行配置

22、和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能，等等。但是，从技术上说，各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处，以及PC技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。4 可编程逻辑控制器PLC控制技术集计算机技术、自动控制技术、通信技术于一身，其最终目标是应用于实践、提高生产力，因此把PLC控制技术定义为一种工程技术更准确一些。5 PLC控制系统的基本组成形式PLC的基本结构 1整体式结构 1)概述 早期的PLC一般采用整体式结构。采用整体式结构的PLC将CPU模块、输入输出模块、电源模块和通信接口模块等基本模块紧凑地封装在一个机壳内，构成一个整体。微

23、型、小型PLC一般采用整体式结构。 2）特点 （1)结构紧凑简单，体积小，功能齐全，性价比较高。 (2)1/0点数固定，使用不够灵活，用户难以根据实际需求优化PLC硬件系统的配置。 （3）维修困难，故障影响面大。 3）适用环境 适用于控制比较集中的工业现场。 2模块式结构 1）概述 在模块式PLC结构中，按PLC的各个组成部分将PLC划分为不同的模块，并将这些模块独立地进行物理封装。划分的模块一般包括CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和各种功能模块。各个模块功能是独立的，外形尺寸是统一的，安装时将这些模块插在框架上或基板上即可，它们由系统自动进行寻址连接，插入什么模块可根据需要进行配置。

24、大、中型PLC多采用模块式结构形式。 2）特点 （1)组成灵活，适用于多种规模的控制。 (2）1/O模块和1/O点数可调整，从而可充分地利用硬件提供的功能，使故障可以立即隔离而不影响整个控制系统的功能。 （3)结构较复杂，插件较多。 3）适用环境 能够适应各种工业现场的分布式控制。 3混合式结构 1）概述 混合式PLC由PLC主机和扩展模块组成。其中，PLC主机由CPU,存储器、通信电路、基本输入输出电路、电源等基本模块组成，相当于一个整体式PLC，可以单独完成控制功能。PLC主机几乎是任何一个控制系统所需要的最小组成单元，封装在一起是合理的，而扩展模块可以是输入输出模块、模拟量模块、位置控制

25、模块、PID模块、联网控制模块等智能模块。模块之间的连接：它们之间通过总线进行连接，由主模块统一管理。混合式PLC结构如图2-1所示。 图2-1混合式PLC结构 2）特点 混合式PLC集中了整体式和模块式的优点，扩充性能良好，模块丰富，扩大了PLC的应用范围，改善了控制性能，所以混合式PLC得到了迅猛的发展。 3）适用环境 能够适用于各种复杂、恶劣的分布或集中环境。PLC控制系统的结构 使用PLC可以构成多种形式的控制系统，下面介绍几种常用的PLC控制系统。1单机控制系统 单机控制系统是较普通的一种PLC控制系统。该控制系统使用一台PLC控制一个对象，控制系统要求的1/O点数和存储器容量比较小

26、，没有PLC的通信问题，采样条件和执行机构比较集中，控制系统的构成简单明了。如图2-2所示是一个典型的单机控制系统，图中的PLC 可选用任何一种类型。在单机控制系统中由于控制对象比较确定，因此系统要完成的功能一般较明确，1/O点数、存储器容量等参数的裕量适中即可。单片机控制系统 2.集中控制系统集中控制系统用一台功能强大的PLC监视、控制多个设备，形成中央集中式的计算机控制系统。其中，各个设备之间的联络、联锁关系、运行顺序等统一由中央PLC来完成，如图2-3所示。 集中控制系统显然，集中控制系统比单机控制系统经济得多。但是当某一个控制对象的控制程序需要改变时，必须停止运行中央PLC,其他的控制

27、对象也必须停止运行。当各控制对象的地理位置距集中控制系统比较远时，需要大量的电缆线，造成系统成本的增加。为了适应控制系统的改变，采用集中控制系统时，必须注意选择I/O点数和存储器容量时要留有足够的裕量，以便满足增加控制对象的要求3.分散控制系统 分散控制系统的构成如图2-4所示，每一个控制对象设置一台PLC，各台PLC之间可通过信号传递进行内部联锁、响应或发令等，或者由上位机通过数据通信总线进行通信。 分散控制系统常用于多台机械生产线的控制，各生产线之间有数据连接。由于各控制对象都由自己的PLC进行控制，当某一台PLC停止运行时，不需要停运其他的PLC. 随着PLC性能的不断提高，由PLC担当

28、底层控制任务，通过网络连接，PLC与过程控制相结合的分散控制系统将是计算机控制的重要发展方向。 与集中控制系统相比，分散控制系统的可靠性大为加强。具有相同I/O点数时，虽然分散控制系统中多用了一台或几台PLC，导致价格偏高，但从维护、试运转或增设控制对象等方面看，其灵活性要大得多，总的成本核算是合理的。 图2-4分散控制系统二PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异CS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及

29、发展方向。 1.前言   上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。   在有些行业，FCS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，

30、指出它们之间的渊源及发展方向。   2PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点   目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下：   PLC   （1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。   （2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。   （3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。   （4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站

31、，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。   （5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。   （6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。   （7）PLC网络如Siemens公司的SINECL1、SINECH1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSECNET、MELSECNET/MINI。   （8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型

32、PLC也兼有闭环控制功能。   （9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。   DCS或TDCS   （1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术。   （2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。   （3）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。

33、0;  （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。   （5）模拟信号，A/DD/A、带微处理器的混合。   （6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。   （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。   （9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。   （10）制造商：Bailey（美）、W

34、estinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB   （瑞士）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、Honewell（美国）、Taylor（美）等。 FCS  （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。 （2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。  （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。 &#

35、160; （4）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。   （6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。   （7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。   （8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。   （9）局域网，再可与internet相通。   （10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。   （11）制造

36、商：美Honeywell 、Smar 、Fisher Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GECAlsthom 、Schneider、 procesData、 ABB等。   （12）3类FCS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 FIP、ProfibusPA；     2）分立的工艺动作自动控制如汽车

37、制造机器人、汽车，典型产品是ProfibusDP、CANbus；     3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LON Work、ProfibusFMS。   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。   3三大控制系统之间的

38、差异   我们已经知道，FCS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。   差异要点   ·DCS   DCS系统的关键

39、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。   （1）系统能处理多少I/O信息。   （2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。   （3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。   （4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。  

40、 （5）数据公路的最大允许长度是多少。   （6）数据公路能支持多少支路。   （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）。为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。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。   ·FCS &

41、#160; FCS的关键要点有三点（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准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

42、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国际标准含8种类型，而原IEO国际标准只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。其它7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，要实现这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

43、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，就可以组成总线网络。   (2)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，

44、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。   (3) FCS系统的本质是信息处理现场化   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

45、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。   减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。这时仍应以节省投资为原则来做选择。如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。如所选系统的响应时间比较紧张，稍微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。   现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功

46、能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态要解决的问题。   考虑这个问题的原则是：尽量减少总线上的信息往返。一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。  典型系统比较   通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。典型的现场总线系统框图示于图1。从图1中可以看出，传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专

47、用的双绞线，以传送420mA信号，图2所示现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。图1：传统的过程控制系统   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。     某电厂，2×300MW燃煤机组。热力系统为单元制。每台机组设置一座集中控制楼，采用机、炉、电单元集中控制方式。单元控制室的标高为12.6米，与运行层标高一致。DCS采

48、用WDPF，每台机组设计的I/O点为4500点。图2：现场总线控制系统   电缆敷设采用EC软件，8个人用1.5个月时间完成电缆敷设的设计任务；主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆根数为4038根；主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆长度为350公里；以上电缆的根数及长度均不包括全厂火灾报警的厂供电缆和全厂各辅助生产车间的电缆；电缆桥架的立柱、桥架及小槽盒全部选用钢制镀锌，每台机组约95吨。其它电缆桥架包括直通、弯通、三通、四通、盖板、终端封头、调宽片、直接片等选用铝合金材质，每台300MW机组约为55吨。附件随桥架提供（如螺栓、螺母）。  

49、 某电厂，4×MW燃油燃气电站。热力系统为单元制。DCS采用TELEPERM-XP。每台机组设计I/O点数为5804点。   电缆敷设采用EC软件，12个人用2.5个月时间完成电缆敷设的设计任务；主厂房内每台325MW机组自动化专业的电缆根数为4413根；主厂房内每台235MW机组自动化专业的电缆长度为360公里；每台机组全部选用钢制镀锌电缆桥架，其重量约为200吨。电站的电缆可以分为六大类：高压电力电缆、低压电力电缆、控制电缆、热控电缆、弱电电缆（主要指计算机用电缆）、其它电缆。若两台300MW机组同时做电缆敷设，自动化专业电缆的数量大约有8500根左右。其中热

50、控电缆和弱电电缆将大于5000根，即约占60%左右（以根数计量）。 设计、投资及使用   上述的比较是偏重于纯技术性的比较，以下比较拟加入经济因素。   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

51、，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。   具体比较：   （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

52、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。（3）DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有D/A与A/D转换。而FCS系统是全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5%提高到±0.1%。（4）FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的每秒25次，提高到FCS的每秒1020次，从而改善调节性能。（5）DCS它可以控制和监视工艺全过

53、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。（6）FCS由于信息处理现场化，与DCS相比可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间

54、与占地面积。有专家认为可以省去60%。（7）与（6）同样理由，FCS可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用。有专家认为可以节省66%。对于（6）、（7）两点应补充说明的是，采用FCS系统，节省投资的效果是不用怀疑的，但是否如有的专家所说达6066%。这些数字在多篇文章中出现，编者认为这是相互转摘的结果，目前还未找到这些数字 的原始出处，因此，读者在引用这些数字时要慎重。（8）FCS相对于DCS组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。（9）用于过程控制的FCS设计开发要点。这一点并不作为与DCS的比较，只是说明用于过程控制或者说用于模拟连续过程类的FCS在设计开发中应重点考虑的问题。     1）要求总线本安防爆功能，而且是头等重要的。 2）基本监控如流量、料位、温度、压力等的变化是缓慢的，而且还有滞后效应，因此，节点监控并不需要快电子学的响应时间，但要求有复杂的模拟量处理能力。这一物理特征决定了系统基本上多采用主一从之间的集中轮询制，这在技术上是合理的，在经济上是有利的 。3）流量、料位、温度、压力等参数的测量，其物理原理是古典的，但传感器、变送器及控制器应向数字智能化发展。4）作为针对连续过程类及其仪器仪表而开发的FCS，应侧重于低速总线H1的设计完善。4PL