全系列 CQM1-CPU21-V1

上世紀九十年代走向實用化的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前上的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動化技術中的一個熱點，正受到外自動化設備制造商與用戶越來越強烈的關注。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將給自動化領域帶來又一次革命，其深度和廣度將超過歷史的任何一次，從而自動化的新紀元。
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，又存在著本質的差異。本文試就PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點和差異作一分析，指出它們之間的淵源及發(fā)展方向。

2．PLC、DCS、FCS三大控制CV500-PS221系統(tǒng)的基本特點
目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動控制（PA）或習慣稱之謂工業(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如下：

2．1 PLC
（1）從開關量控制發(fā)展到順序控制、運送處理，是從下往上的。
（2）連續(xù)PID控制等多功能，PID在中斷站中CV500-PS221。
（3）可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。
（4）也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構成PLC網(wǎng)絡。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，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，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）技術于一身的監(jiān)控技術。
（2）從上到下的樹狀拓撲大系統(tǒng)，其中通信（Communication）是關鍵。
（3）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計算機與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置。
（4）是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結構，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表。
（5）模擬信號，A/D—D/A、帶微處理器的混合。
（6）一臺儀表一對線接到I/O，CV500-PS221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)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結構。
（8）缺點是成本高，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。

CQM1-CPU21-V1

2．3 FCSCV500-PS221
（1）基本任務是：本質（本征）安全、危險區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(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)場儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺儀器兩根線。
（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、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點、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)場電腦操縱，還可掛到上位機，接同一總線的上一級計算機。
（9）局域網(wǎng)，再可與internet相通。
（10）改變傳統(tǒng)的信號標準、通信標準和系統(tǒng)標準入企業(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)的工藝過程自動控制如石油化工，其中“本安防爆”技術是重要的，典型產(chǎn)品是FF、World FIP、Profibus—PA；
2）分立的工藝動作自動控制如汽車制造機器人、汽車，典型產(chǎn)品是Profibus—DP、CANbus；
3）多點控制如樓宇自動化，典型產(chǎn)品是LON Work、Profibus—FMS。
從上述基本要點的描述中，我們是否注意到一點，用于過程控制的三大系統(tǒng)，沒有一個是針對電站而開發(fā)的，或者說，在他們開發(fā)的初期，CV500-PS221都并非以電站做系統(tǒng)的控制對象。而在這些系統(tǒng)的使用說明中也不把電站做為適用范圍，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，而且跨出了革命性的一步。而目前，的DCS與的PLC，都有向對方靠攏的趨勢。的DCS已有很強的順序控制功能；而的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，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進行比較。在前面的章節(jié)中，實際上已涉及到DCS與FCS的差異，下面將就體系結構、投資、設計、使用等方面進行敘述。
3．1 差異要點
·DCS
DCS系統(tǒng)的關鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設計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：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。
通過數(shù)據(jù)公路的設計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。
（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的控制回路的信息。
（3）能適應多少用戶和裝置（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zui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、計算機、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，使用了復雜的通信規(guī)約和檢錯技術。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，同步通信依靠一個時鐘信號來調節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。

FCS的關鍵要點有三點
（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標準
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，相關的關鍵技術與有關的設備也就被確定。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標準，現(xiàn)場總線通訊協(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。為了實現(xiàn)互操作，每個現(xiàn)場總線裝置都用裝置描述DD來描述。DD能夠認為是裝置的一個驅動器，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，所以可以使現(xiàn)場裝置實現(xiàn)真正的互操作性。