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FCS是由DCS與PLC發展而來,FCS不僅具備DCS與PLC的特點,而且跨出了革命的一步,而目前,新型的DCS與新型的PLC都有向對方靠攏的趨勢,新型的DCS已有很強的順序控製功能;而新型的PLC,在處理閉環控製方麵也不差,並且兩者都能組成大型網絡,DCS與PLC的適用範圍,已有很大的交叉。
一、區別要點
1、DCS
DCS係統的關鍵是通信。也可以說數據公路是分散控製係統DCS的de脊ji柱zhu。由you於yu它ta的de任ren務wu是shi為wei係xi統tong所suo有you部bu件jian之zhi間jian提ti供gong通tong信xin網wang絡luo,因yin此ci,數shu據ju公gong路lu自zi身shen的de設she計ji就jiu決jue定ding了le總zong體ti的de靈ling活huo性xing和he安an全quan性xing。數shu據ju公gong路lu的de媒mei體ti可ke以yi是shi:一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。
通過數據公路的設計參數,基本上可以了解一個特定DCS係統的相對優點與弱點。
(1)係統能處理多少I/O信息。
(2)係統能處理多少與控製有關的控製回路的信息。
(3)能適應多少用戶和裝置(CRT、控製站等)。
(4)傳輸數據的完整性是怎樣徹底檢查的。
(5)數據公路的最大允許長度是多少。
(6)數據公路能支持多少支路。
(7)數據公路是否能支持由其它製造廠生產的硬件(可編程序控製器、計算機、數據記錄裝置等)。
為保證通信的完整,大部分DCS廠家都能提供冗餘數據公路。
為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。使(shi)用(yong)了(le)複(fu)雜(za)的(de)通(tong)信(xin)規(gui)約(yue)和(he)檢(jian)錯(cuo)技(ji)術(shu),所(suo)謂(wei)通(tong)信(xin)規(gui)約(yue)就(jiu)是(shi)一(yi)組(zu)規(gui)則(ze),用(yong)以(yi)保(bao)證(zheng)所(suo)傳(chuan)輸(shu)的(de)數(shu)據(ju)被(bei)接(jie)收(shou),並(bing)且(qie)被(bei)理(li)解(jie)的(de)和(he)發(fa)送(song)的(de)數(shu)據(ju)一(yi)樣(yang)。
目前在DCS係xi統tong中zhong,一yi般ban使shi用yong兩liang類lei通tong信xin手shou段duan,即ji同tong步bu的de和he異yi步bu的de,同tong步bu通tong信xin依yi靠kao一yi個ge時shi鍾zhong來lai調tiao節jie數shu據ju的de傳chuan輸shu和he接jie收shou,異yi步bu網wang絡luo采cai用yong沒mei有you時shi鍾zhong的de報bao告gao係xi統tong。
2、FCS
FCS的關鍵要點有以下三點。
(1)FCS係統的核心是總線協議,即總線標準。
一(yi)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)總(zong)線(xian),隻(zhi)要(yao)其(qi)總(zong)線(xian)協(xie)議(yi)一(yi)經(jing)確(que)定(ding),相(xiang)關(guan)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)與(yu)有(you)關(guan)的(de)設(she)備(bei)也(ye)就(jiu)被(bei)確(que)定(ding),就(jiu)其(qi)總(zong)線(xian)協(xie)議(yi)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)而(er)言(yan),各(ge)類(lei)總(zong)線(xian)都(dou)是(shi)一(yi)樣(yang)的(de),都(dou)以(yi)解(jie)決(jue)雙(shuang)向(xiang)串(chuan)行(xing)數(shu)字(zi)化(hua)通(tong)信(xin)傳(chuan)輸(shu)為(wei)基(ji)本(ben)依(yi)據(ju)。但(dan)是(shi)由(you)於(yu)各(ge)種(zhong)原(yuan)因(yin),各(ge)類(lei)總(zong)線(xian)的(de)總(zong)線(xian)協(xie)議(yi)存(cun)在(zai)很(hen)大(da)的(de)差(cha)異(yi)。
為了使現場總線的滿足可互操作性要求,使其成為真正的開放係統,原IEC國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun),現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)模(mo)擬(ni)的(de)用(yong)戶(hu)層(ceng)中(zhong),就(jiu)明(ming)確(que)規(gui)定(ding)用(yong)戶(hu)層(ceng)具(ju)有(you)裝(zhuang)置(zhi)描(miao)述(shu)功(gong)能(neng)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)互(hu)操(cao)作(zuo),每(mei)個(ge)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)裝(zhuang)置(zhi)都(dou)用(yong)裝(zhuang)置(zhi)描(miao)述(shu)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描述和主站所需要的操作步驟。由於DD包括描述裝置通信所需要的所有信息,並且與主站無關,所以可以使現場裝置實現真正的互操作性。
實際情況是否如上述一致,回答是否定的。目前通過的現場總線國際標準含8種類型,而原IEC國際標準隻是8種類型之一,與其它7種類型總線的地位是平等的。其它7種類型總線,不論其市場占有率有多少,每個總線協議都有一套軟件、硬件的支撐。他們能夠形成係統,形成產品。而原IEC現xian場chang總zong線xian國guo際ji標biao準zhun,是shi一yi個ge既ji無wu軟ruan件jian支zhi撐cheng也ye無wu硬ying件jian支zhi撐cheng的de空kong架jia子zi。要yao實shi現xian這zhe些xie總zong線xian的de相xiang互hu兼jian容rong和he互hu操cao作zuo,就jiu目mu前qian狀zhuang態tai而er言yan,幾ji乎hu是shi不bu可ke能neng的de。
通過上述,我們是否可以得出這樣一種映象:開(kai)放(fang)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)互(hu)操(cao)作(zuo)性(xing),就(jiu)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)類(lei)型(xing)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)而(er)言(yan),隻(zhi)要(yao)遵(zun)循(xun)該(gai)類(lei)型(xing)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)總(zong)線(xian)協(xie)議(yi),對(dui)其(qi)產(chan)品(pin)是(shi)開(kai)放(fang)的(de),並(bing)具(ju)有(you)互(hu)操(cao)作(zuo)性(xing),換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo),不(bu)論(lun)什(shen)麼(me)廠(chang)家(jia)的(de)產(chan)品(pin),也(ye)不(bu)一(yi)定(ding)是(shi)該(gai)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)公(gong)司(si)的(de)產(chan)品(pin),隻(zhi)要(yao)遵(zun)循(xun)該(gai)總(zong)線(xian)的(de)總(zong)線(xian)協(xie)議(yi),產(chan)品(pin)之(zhi)間(jian)是(shi)開(kai)放(fang)的(de),並(bing)具(ju)有(you)互(hu)操(cao)作(zuo)性(xing),就(jiu)可(ke)以(yi)組(zu)成(cheng)總(zong)線(xian)網(wang)絡(luo)。
(2)FCS係統的基礎是數字智能現場裝置。
數字智能現場裝置是FCS係統的硬件支撐,是基礎,道理很簡單,FCS係xi統tong執zhi行xing的de是shi自zi動dong控kong製zhi裝zhuang置zhi與yu現xian場chang裝zhuang置zhi之zhi間jian的de雙shuang向xiang數shu字zi通tong信xin現xian場chang總zong線xian信xin號hao製zhi。如ru果guo現xian場chang裝zhuang置zhi不bu遵zun循xun統tong一yi的de總zong線xian協xie議yi,即ji相xiang關guan的de通tong信xin規gui約yue,不bu具ju備bei數shu字zi通tong信xin功gong能neng,那na麼me所suo謂wei雙shuang向xiang數shu字zi通tong信xin隻zhi是shi一yi句ju空kong話hua,也ye不bu能neng稱cheng之zhi為wei現xian場chang總zong線xian控kong製zhi係xi統tong。再zai一yi點dian,現xian場chang總zong線xian的de一yi大da特te點dian就jiu是shi要yao增zeng加jia現xian場chang一yi級ji控kong製zhi功gong能neng。如ru果guo現xian場chang裝zhuang置zhi不bu是shi多duo功gong能neng智zhi能neng化hua的de產chan品pin,那na麼me現xian場chang總zong線xian的de控kong製zhi係xi統tong的de特te點dian也ye就jiu不bu存cun在zai了le,所suo謂wei簡jian化hua係xi統tong、方便設計、利於維護等優越性也是虛的。
(3)FCS係統的本質是信息處理現場化。
對於一個控製係統,無論是采用DCShaishicaiyongxianchangzongxian,xitongxuyaochulidexinxiliangzhishaoshiyiyangduode,shijishang,caiyongxianchangzongxianhou,keyicongxianchangdedaogengduodexinxi。xianchangzongxianxitongdexinxiliangmeiyoujianshao,shenzhizengjiale,erchuanshuxinxidexianlanquedadajianshaole。zhejiuyaoqiuyifangmianyaodadatigaoxianlanchuanshuxinxidenengli,lingyifangmianrangdaliangxinxizaixianchangjiudiwanchengchuli,jianshaoxianchangyukongzhijifangzhijiandexinxiwangfan。keyishuoxianchangzongxiandebenzhijiushixinxichulidexianchanghua。
jianshaoxinxiwangfanshiwangluoshejihexitongzutaideyitiaozhongyaoyuanze。jianshaoxinxiwangfanchangchangkedailaigaishanxitongxiangyingshijiandehaochu。yinci。wangluoshejishiyingyouxianjiangxianghujianxinxijiaohuanliangdadejiedian,fangzaitongyitiaozhiluli。
減jian少shao信xin息xi往wang返fan與yu減jian少shao係xi統tong的de線xian纜lan有you時shi會hui相xiang互hu矛mao盾dun。這zhe時shi仍reng應ying以yi節jie省sheng投tou資zi為wei原yuan則ze來lai做zuo為wei選xuan擇ze。如ru果guo所suo選xuan擇ze係xi統tong的de響xiang應ying時shi間jian允yun許xu的de話hua,應ying選xuan節jie省sheng線xian纜lan的de方fang案an。如ru所suo選xuan係xi統tong的de響xiang應ying時shi間jian比bi較jiao緊jin張zhang,稍shao微wei減jian少shao一yi點dian信xin息xi的de傳chuan輸shu就jiu夠gou用yong了le,那na就jiu應ying選xuan減jian少shao信xin息xi傳chuan輸shu的de方fang案an。
現xian在zai一yi些xie帶dai現xian場chang總zong線xian的de現xian場chang儀yi表biao本ben身shen裝zhuang了le許xu多duo功gong能neng塊kuai,雖sui然ran不bu同tong產chan品pin同tong種zhong功gong能neng塊kuai在zai性xing能neng上shang會hui稍shao有you差cha別bie,但dan一yi個ge網wang絡luo支zhi路lu上shang有you許xu多duo功gong能neng雷lei同tong功gong能neng塊kuai的de情qing況kuang是shi客ke觀guan存cun在zai。選xuan用yong哪na一yi個ge現xian場chang儀yi表biao上shang的de功gong能neng,是shi係xi統tong組zu態tai要yao解jie決jue的de問wen題ti。
考慮這個問題的原則是:盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關的信息輸出最多的那台儀表上的功能塊。
二、典型係統比較
tongguoshiyongxianchangzongxian,yonghukeyidaliangjianshaoxianchangjiexian,yongdangexianchangyibiaokeyishixianduobianliangtongxin,butongzhizaochangshengchandezhuangzhijiankeyiwanquanhucaozuo,zengjiaxianchangyijidekongzhigongneng,xitongjichengdadajianhua,bingqieweihushifenjianbian。dianxingdexianchangzongxianxitongkuangturutu1.從圖1(a)中可以看出,傳統的過程控製係統中,每個現場裝置到控製室都需使用一對專用的雙絞線,以傳送4-20mA信號,圖(b)所示現場總線係統中,每個現場裝置到接線盒雙絞線仍然可以使用,但是從現場接線盒到中央控製室僅用一根雙絞線完成數字通信。

通過采用現場總線控製係統,到底能節省多少電纜,編者尚未做此計算。但是,我們可以采用DCS係統的電廠中與自動控製係統有關的所用電纜公裏數看出,電纜在基建投資中所占份額。
1、某電廠,2×300MW燃煤機組
熱力係統為單元製。每台機組設置一座集中控製樓,采用機、爐、電單元集中控製方式。單元控製室的標高為12.6m,與運行層標高一致。DCS采用WDPF-Ⅱ,每台機組設計的I/O點為4500點。
電纜敷設采用俄EC元件,8個人用1.5個月時間完成敷設的設計任務。
主廠房內每台300MW機組自動化專業的電纜根數為4038根。
主廠房內每台300MW機組自動化專業電纜長度為350公裏。
以上電纜的根數及長度均不包括全廠火災報警的廠供電纜和全廠各輔助生產車間的電纜。
電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼製鍍鋅,每台機組約95t。
其他電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封頭、調寬片、直接片等選用鋁合金材質,每台300MW機組約為55t。
附件隨橋架提供(如螺栓,螺母)。
2、某電廠,4×325MW燃油燃氣電站
熱力係統為單元製。DCS采用TELEPERM--XP。每台機組設計I/O點為5804點。
電纜敷設采用EC軟件,12個人用2.5個月時間完成電纜敷設的設計任務。
主廠房內每台325MW機組自動化專業的電纜根數為4413根。
主廠房內每台325MW機組自動化裝業的電纜長度為360km。
每台機組全部選用鋼製鍍鋅電纜橋架,其質量約為250t。
3、電站的電纜可以分為六大類:
高壓電力電纜、低壓電力電纜、控製電纜、熱控電纜、弱電電纜(主要指計算機用電纜)、其他電纜。若兩台300MW機組同時做電纜敷設,自動化專業電纜的數量大約有8500根左右。其中熱控電纜和弱電電纜將大於500根,及約占60%左右(以根數計量)。
三、設計、投資及使用
上述的比較偏重於純技術性的比較,以下比較擬加入經濟因素。
比較的前提是DCS係統與典型的,理想的FCS係統進行比較。為什麼要做如此的假設?作為DCS係統發展到今天,開發初期提出的技術要求已滿足並得到了完善,目前的狀況是進一步提高,因此也就不存在典型、理想的說法。而作為FCS係統,20世紀90年代剛進入實用化,作為開發初期的技術要求:兼容開放、雙向數字通信、數字智能現場裝置、高(gao)速(su)總(zong)線(xian)等(deng),目(mu)前(qian)還(hai)不(bu)理(li)想(xiang),有(you)待(dai)完(wan)善(shan)。這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)與(yu)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)的(de)製(zhi)定(ding)不(bu)能(neng)說(shuo)沒(mei)有(you)關(guan)係(xi)。過(guo)去(qu)的(de)十(shi)多(duo)年(nian),各(ge)總(zong)線(xian)組(zu)織(zhi)都(dou)忙(mang)於(yu)製(zhi)定(ding)標(biao)準(zhun),開(kai)發(fa)產(chan)品(pin),占(zhan)領(ling)更(geng)多(duo)的(de)市(shi)場(chang),目(mu)的(de)就(jiu)是(shi)要(yao)擠(ji)身(shen)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun),合(he)法(fa)的(de)占(zhan)領(ling)更(geng)多(duo)的(de)市(shi)場(chang),現(xian)在(zai)有(you)關(guan)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)的(de)爭(zheng)戰(zhan)已(yi)告(gao)一(yi)段(duan)落(luo),各(ge)大(da)公(gong)司(si)組(zu)織(zhi)都(dou)已(yi)意(yi)識(shi)到(dao),要(yao)真(zhen)正(zheng)占(zhan)領(ling)市(shi)場(chang),就(jiu)得(de)完(wan)善(shan)係(xi)統(tong)及(ji)相(xiang)關(guan)產(chan)品(pin)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)做(zuo)這(zhe)樣(yang)的(de)預(yu)測(ce),不(bu)久(jiu)的(de)將(jiang)來(lai),完(wan)善(shan)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)係(xi)統(tong)及(ji)相(xiang)關(guan)產(chan)品(pin)必(bi)將(jiang)成(cheng)為(wei)世(shi)界(jie)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)的(de)主(zhu)流(liu)。
具體比較:
(1)DCSxitongshigedaxitong,qikongzhiqigongnengqiangerqiezaixitongzhongdezuoyongshifenzhongyao,shujugonglugengshixitongdeguanjian,suoyi,bixuzhengtitouziyibudaowei,shihoudekuorongnandujiaoda。erFCS功能下放較徹底,信息處理現場化,數字智能現場裝置的廣泛采用,使得控製器功能與重要性相對減弱。因此,FCS係統投資起點低,可以邊用、邊擴、邊投運。
(2)DCS係統是封閉式係統,各公司產品基本不兼容。而FCS係統是開放式係統,用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設備連入現場總線,達到最佳的係統集成。
(3)DCS係統的信息全都是二進製或模擬信號形成的,必須有D/A與A/D轉換。而FCS係統是全數字化,就免去了D/A與A/D變換,高集成化高性能,使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
(4)FCS係統可以將PID閉環控製功能裝入變送器或執行器中,縮短了控製周期,目前可以從DCS的每秒2--5次,提高到FCS的每秒10--20次,從而改善調節性能。
(5)DCS係統可以控製和監視工藝全過程,對自身進行診斷、維護和組態。但是,由於自身的致病弱點,其I/O信號采用傳統的模擬量信號,因此,它無法在DCS工程師站上對現場儀表(含變送器,執行器等) 進行遠方診斷、維護和組態。FCS係統采用全數字化技術,數字智能現場裝置發送多變量信息,而不僅僅是單變量信息,並且還具備檢測信息差錯的功能。FCS係統采用雙向數字通信現場總線信號製。因此,它可以對現場裝置(含變送器,執行機構等)進行診斷、維護和組態。FCS係統的這點優越性是DCS係統無法比擬的。
(6)FCS係統由於信息處理現場化,與DCS係統相比,可以省去相當數量的隔離器、端子櫃、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O櫃。同時也節省了I/O裝置及裝置室的空間與占地麵積,有專家認為可以省去60%。
(7)與(6)同樣理由,FCS係統可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等,同時也省去了設計、安裝和維護費用,有專家認為可以省去66%。
對於(6)、(7)兩點應補充說明的是,采用FCS係統,節省投資的效果是不用懷疑的,但是否如有的專家所說達66%。這些數字在多篇文章中出現,編者認為這是相互轉摘的結果,目前還未找到這些數字的原始出處。因此,讀者在引用數字時要謹慎。
(8)FCS相對DCS組態簡單,由於結構、性能標準化,便於安裝、運行、維護。
(9)用於過程控製的FCS設計開發要點。這一點並不作為DCS比較,隻是說明用於過程控製或者說用於模擬連續過程類的FCS在設計開發中應重點考慮的問題。
①要求總線本安防爆功能,而且是頭等重要的。
②基本監控如流量、料位、溫度、壓ya力li等deng變bian化hua是shi緩huan慢man的de,而er且qie還hai有you滯zhi後hou效xiao應ying,因yin此ci,節jie點dian監jian控kong並bing不bu需xu要yao快kuai電dian子zi學xue的de響xiang應ying時shi間jian,但dan要yao求qiu有you複fu雜za的de模mo擬ni量liang處chu理li能neng力li。這zhe一yi物wu理li特te征zheng決jue定ding了le係xi統tong基ji本ben上shang多duo采cai用yong主zhu--從之間的集中輪詢製,這在技術上是合理的,在經濟上是有利的。
③流量、料位、溫度、壓力等參數的測量,其物理原理是古典的,但傳感器,變送器及控製器應向數字智能化發展。
④作為針對連續過程類及其儀器儀表而開發的FCS係統,應側重於低速總線H1的設計完善。
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