FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）是基于DCS（分散控制系統(tǒng)）和PLC（可編程plc控制器）而開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)。FCS不僅具有DCS和PLC的特點(diǎn)，而且邁出了革命性的一步。目前，新的DCS和新的PLC相互接近，新的DCS具有強(qiáng)大的順序控制功能。新的PLC在處理閉環(huán)控制方面很好。它們可以形成一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)。DCS和PLC的應(yīng)用范圍非常交叉。
一、主要區(qū)別點(diǎn)
1、DCS
DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)，數(shù)據(jù)高速公路是DCS的主干。因?yàn)樗娜蝿?wù)是為系統(tǒng)的所有組件提供通信網(wǎng)絡(luò)，所以數(shù)據(jù)高速公路本身的設(shè)計(jì)決定了整體的靈活性和安全性。高速公路數(shù)據(jù)的介質(zhì)可以是:一對(duì)雙絞線、同軸電纜或光纜。
通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路的設(shè)計(jì)參數(shù)，我們可以基本了解特定DCS系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
(1)系統(tǒng)可以處理多少I(mǎi)/O信息。
(2)系統(tǒng)能處理多少與控制相關(guān)的控制回路信息。
(3)有多少用戶和設(shè)備(CRT、控制站等。)可以容納。
(4)如何在很大程度上檢查傳輸數(shù)據(jù)的完整性。
( 5)數(shù)據(jù)高速公路的允許長(zhǎng)度是多少？
(6)數(shù)據(jù)高速公路可以支持多少個(gè)分支。
(7)數(shù)據(jù)高速公路能否支持硬件(可編程控制器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備等。
為了確保通信的完整性，大多數(shù)DCS制造商可以提供冗余數(shù)據(jù)高速公路。
以確保系統(tǒng)的安全性。使用復(fù)雜的通信協(xié)議和錯(cuò)誤檢測(cè)技術(shù)。所謂通信協(xié)議，就是一套規(guī)則，保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收并理解為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。目前，在DCS系統(tǒng)中，一般采用兩種通信方式，即同步通信和異步通信。同步通信依靠時(shí)鐘來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，而異步網(wǎng)絡(luò)采用沒(méi)有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。
2、FCS
功能界別的要點(diǎn)如下。
(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。
一種類(lèi)型的總線，只要確定了它的總線協(xié)議，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)設(shè)備也就確定了。就其總線協(xié)議的基本原理而言，各種總線都是一樣的，都是基于雙向串行數(shù)字通信傳輸?shù)慕鉀Q方案。但是由于各種原因，各種總線的總線協(xié)議差別很大。
為了滿足現(xiàn)場(chǎng)總線的互操作性要求，使其成為真正開(kāi)放的系統(tǒng)，原IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議模擬的用戶層明確規(guī)定用戶層具有設(shè)備描述功能。為了實(shí)現(xiàn)互操作性，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備由設(shè)備描述DD來(lái)描述。DD可以看作是設(shè)備的一個(gè)驅(qū)動(dòng)，包含了主站需要的所有必要的參數(shù)描述和操作步驟。DD包含了描述設(shè)備通信所需的所有信息，與主站無(wú)關(guān)，因此可以使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)真正的互操作。
實(shí)際情況是否和上面一樣，答案是否定的，目前采用的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有八類(lèi)，而原來(lái)的IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)只是八類(lèi)之一，和其他七類(lèi)總線是平等的。還有七種其他類(lèi)型的公交車(chē)，不考慮市場(chǎng)份額。每種總線協(xié)議都由一套軟件和硬件支持。他們可以形成系統(tǒng)和產(chǎn)品。但是，以前的IEC現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)空架子，既沒(méi)有軟件支持，也沒(méi)有硬件支持。目前，要實(shí)現(xiàn)這些總線的兼容和互操作幾乎是不可能的。
通過(guò)以上，我們能否得到這樣一個(gè)形象的說(shuō)法:開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的互操作性，就某一特定類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線而言，只要遵循該類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)總線的總線協(xié)議，其產(chǎn)品就是開(kāi)放的、互操作的。換句話說(shuō)，不管什么廠商的產(chǎn)品都不一定是這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線公司的產(chǎn)品，只要遵循這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線的總線協(xié)議，產(chǎn)品是開(kāi)放的，互操作的，就可以。
(2)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字式智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是FCS系統(tǒng)的硬件支持和基礎(chǔ)。原因很簡(jiǎn)單。FCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)系統(tǒng)。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)的通信協(xié)議，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂的雙向數(shù)字通信就只是一句空話，不能稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。還有一點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線的一大特點(diǎn)是增加了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制功能。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不是多功能、智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)的特性就不會(huì)存在，簡(jiǎn)化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì)、方便維護(hù)的優(yōu)勢(shì)也是虛無(wú)縹緲的。
(3)FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是現(xiàn)場(chǎng)信息處理。
對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，無(wú)論采用DCS還是現(xiàn)場(chǎng)總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是相同的。事實(shí)上，采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可以從現(xiàn)場(chǎng)獲得更多的信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的信息量沒(méi)有減少，甚至增加了，而傳輸信息的電纜卻大大減少了。這就要求一方面電纜傳輸信息的能力要大大提高；另一方面，大量的信息要在現(xiàn)場(chǎng)處理，減少現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的信息往返?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)是信息處理的現(xiàn)場(chǎng)工作。
減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置的重要原則。減少信息往返通?？梢詭?lái)改善系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的好處。因此。在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，信息交換量大的節(jié)點(diǎn)應(yīng)首先放在同一分支中。
減少信息往返和減少系統(tǒng)電纜有時(shí)是相互矛盾的。這時(shí)候選擇還是應(yīng)該以節(jié)省投資為原則。如果所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許，應(yīng)選擇節(jié)省電纜方案。如果所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊，減少一點(diǎn)信息的傳輸就足夠了，那么就應(yīng)該選擇減少信息傳輸?shù)姆桨浮?
目前，一些采用現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)儀表配備了許多功能塊。雖然不同產(chǎn)品的相同功能塊的性能會(huì)略有不同，但是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分支中有很多相似的功能塊是客觀存在的。選擇哪種現(xiàn)場(chǎng)儀表功能是系統(tǒng)配置中需要解決的問(wèn)題。
考慮這個(gè)問(wèn)題的原則是:盡量減少公交車(chē)上的信息往返。一般可以選擇儀器上與該功能相關(guān)的信息輸出較多的功能塊。
二、典型系統(tǒng)的比較
通過(guò)使用現(xiàn)場(chǎng)總線，用戶可以大大減少現(xiàn)場(chǎng)布線，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表的多變量通信，完全互操作不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備，增加現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制功能，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成，維護(hù)非常簡(jiǎn)單。在傳統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)中，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都需要使用專用的雙絞線將4-20mA信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖摇Ｔ诂F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，從每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到接線盒的雙絞線仍然可以使用，但只使用一根雙絞線來(lái)完成從現(xiàn)場(chǎng)接線盒到中央控制室的數(shù)字通信。
采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)可以節(jié)省多少電纜？編輯還沒(méi)有做這個(gè)計(jì)算。但是，我們可以從與自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)的DCS系統(tǒng)的電廠中使用的電纜的公里數(shù)看出電纜在基礎(chǔ)設(shè)施投資中所占的份額。
1.一座電廠，2×300MW燃煤機(jī)組
熱力系統(tǒng)是單位系統(tǒng)。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座集控樓，集控樓采用機(jī)、爐、電集中控制方式?？刂剖覙?biāo)高為12.6米，與操作層標(biāo)高一致。采用DCS WDPF-II，每臺(tái)機(jī)組的設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)為4500點(diǎn)。
電纜鋪設(shè)采用俄羅斯EC元器件，8人1.5個(gè)月完成了鋪設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。
主廠房每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)電纜4038根。
主廠房每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)電纜長(zhǎng)度為350km。
上述電纜的數(shù)量和長(zhǎng)度不包括全廠火災(zāi)報(bào)警的廠供電纜和全廠輔助生產(chǎn)車(chē)間的電纜。
電纜橋架的立柱、橋架、小槽箱均采用鍍鋅鋼制作，每臺(tái)約95t。
其他電纜橋架，包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端頭、調(diào)寬件、直管件，均為鋁合金材質(zhì)，每臺(tái)300MW機(jī)組約55t。
橋架配有附件(如螺栓和螺母)。
2.一座電廠:4×325MW燃油電廠
熱力系統(tǒng)是單位系統(tǒng)。TELEPERM——XP被DCS采用。每臺(tái)機(jī)組的設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)為5804點(diǎn)。
電纜敷設(shè)采用EC軟件，12個(gè)人用2.5個(gè)月完成了電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。
主廠房每臺(tái)325MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)電纜4413根。
主廠房每臺(tái)325MW機(jī)組自動(dòng)組裝電纜長(zhǎng)度為360km。
每臺(tái)機(jī)組采用鋼制鍍鋅電纜橋架，質(zhì)量約250噸
3.電站電纜可分為六大類(lèi):高壓電力電纜、低壓電力電纜、控制電纜、熱控電纜、弱電電纜(主要是電腦電纜)和其他電纜。如果兩臺(tái)300MW機(jī)組同時(shí)敷設(shè)電纜，自動(dòng)化專業(yè)電纜數(shù)量約為8500根。其中，熱控電纜和弱電電纜將超過(guò)500根，約占60%(以電纜數(shù)量衡量)。
三、設(shè)計(jì)、投資和使用
以上比較側(cè)重于純技術(shù)比較，以下比較意在包含經(jīng)濟(jì)因素。
比較的前提是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。你為什么做出這樣的假設(shè)？作為一個(gè)發(fā)展到今天的DCS系統(tǒng)，發(fā)展初期提出的技術(shù)要求已經(jīng)得到了滿足和完善，目前的情況是進(jìn)一步完善，所以沒(méi)有典型和理想的說(shuō)法。作為一個(gè)FCS系統(tǒng)，在90年代才剛剛投入實(shí)際使用。作為開(kāi)發(fā)的初始技術(shù)要求:兼容開(kāi)放式、雙向數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、高速總線等。，還是不太理想，需要改進(jìn)。這種狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定無(wú)關(guān)。這十年來(lái)，所有的公交組織都在忙著制定標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，占領(lǐng)更多的市場(chǎng)，目的就是擠進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合法占領(lǐng)更多的市場(chǎng)?，F(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)已經(jīng)告一段落，各大公司和組織都意識(shí)到，要想真正占領(lǐng)市場(chǎng)，就必須改進(jìn)自己的系統(tǒng)和相關(guān)產(chǎn)品。我們可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，完善的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必將成為世界現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主流。
具體對(duì)比:
(1)DCS系統(tǒng)是一個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)大，在系統(tǒng)中起著重要作用，而數(shù)據(jù)高速公路是系統(tǒng)的關(guān)鍵。所以整體投資必須一步到位，之后很難再擴(kuò)大。然而，F(xiàn)CS的功能在很大程度上是分散的，信息處理是本地化的，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的廣泛使用，使得控制器的功能和重要性相對(duì)減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可同時(shí)使用、擴(kuò)建和投入運(yùn)行。
(2)DCS系統(tǒng)是一個(gè)封閉系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。FCS系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，用戶可以選擇不同制造商和品牌的各種設(shè)備連接到現(xiàn)場(chǎng)總線，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的系統(tǒng)集成。
(3)DCS系統(tǒng)的信息全部由二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成，必須有D/A和A/D轉(zhuǎn)換。FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化的，省去了D/A和A/D轉(zhuǎn)換，具有高集成度和高性能，可以將精度從0.5%提高到0.1%。
(4)FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能安裝到變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期。目前可以從DCS中的每秒2-5次提高到FCS中的每秒10-20次，從而提高調(diào)節(jié)性能。
(5)DCS系統(tǒng)能對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行控制和監(jiān)視，并能進(jìn)行自我診斷、維護(hù)和配置。但由于其自身的致病弱點(diǎn)，其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬信號(hào)，因此無(wú)法遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和配置現(xiàn)場(chǎng)儀表(包括變送器、執(zhí)行器等。)在DCS工程師站。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字化智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送多變量信息，不僅僅是單變量信息，還具有檢測(cè)信息錯(cuò)誤的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)系統(tǒng)。因此，它可以診斷、維護(hù)和配置現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(包括變送器和執(zhí)行器)。FCS系統(tǒng)的這種優(yōu)勢(shì)是DCS系統(tǒng)無(wú)法比擬的。
(6)與DCS系統(tǒng)相比，由于信息處理的本地化，F(xiàn)CS系統(tǒng)可以節(jié)省相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O端子、I/O卡、I/O文件和I/O柜。同時(shí)也節(jié)省了I/O設(shè)備和設(shè)備間的空間和占地面積，有專家認(rèn)為可以節(jié)省60%。
（7)和(6)的原因一樣，F(xiàn)CS系統(tǒng)可以減少大量的電纜和電纜橋架等。，同時(shí)節(jié)省設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)費(fèi)用。有專家認(rèn)為可以節(jié)省66%。
對(duì)于第(6)點(diǎn)和第(7)點(diǎn)，需要補(bǔ)充的是，采用FCS系統(tǒng)節(jié)省投資的效果毋庸置疑，但是否如一些專家所說(shuō)的高達(dá)66%。這些數(shù)字出現(xiàn)在很多文章中，編輯認(rèn)為這是相互抽象的結(jié)果。目前，這些數(shù)字的原始來(lái)源尚未找到。因此，讀者在引用數(shù)字時(shí)要謹(jǐn)慎。
(8)與DCS相比，F(xiàn)CS配置簡(jiǎn)單，由于其標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)和性能，易于安裝、操作和維護(hù)。
(9)過(guò)程控制的FCS設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)要點(diǎn)。這不是對(duì)DCS的比較，而僅僅是對(duì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)用于過(guò)程控制或模擬連續(xù)過(guò)程的FCS時(shí)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題的描述。
①要求母線具有防爆功能，這一點(diǎn)至關(guān)重要。
②基礎(chǔ)監(jiān)控，如流量、料位、溫度、壓力等。，變化慢，有滯后效應(yīng)。因此，節(jié)點(diǎn)監(jiān)控不需要快速的電子響應(yīng)時(shí)間，但需要復(fù)雜的模擬處理能力。這一物理特性決定了系統(tǒng)基本采用主從集中輪詢系統(tǒng)，技術(shù)上合理，經(jīng)濟(jì)上有利。
③測(cè)量流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的物理原理是經(jīng)典的，但傳感器、變送器、控制器要向數(shù)字化智能化發(fā)展。
④作為一個(gè)為連續(xù)過(guò)程及其儀表開(kāi)發(fā)的FCS系統(tǒng)，我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注低速總線H1的設(shè)計(jì)。
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