DCS技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

1、DCS技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)DCS及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是由計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、測(cè)量控制、網(wǎng)絡(luò)通信和人機(jī)接口等技術(shù)綜合產(chǎn)生的一門(mén)應(yīng)用技術(shù)。DCS即所謂分布式控制系統(tǒng)，或稱(chēng)之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。1995年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義：DCS系統(tǒng)式一類(lèi)滿(mǎn)足大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復(fù)雜的過(guò)程控制要求，從綜合自動(dòng)化角度出發(fā)，按功能集散，管理集中的原則構(gòu)思，具有高度可靠性指標(biāo)，將微處理技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)相結(jié)合，用于采集、過(guò)程控制和生產(chǎn)管理的綜合控制系統(tǒng)。生產(chǎn)發(fā)展的需要，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，最早的基于大型機(jī)的直接數(shù)字控制技

2、術(shù)即DDC技術(shù)，集中管理，集中控制，這些都促進(jìn)了DCS技術(shù)的發(fā)展。DCS具有如下特點(diǎn)：1. 相同或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。2. 分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)。3. 計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。4. 豐富的功能軟件包。5. 強(qiáng)有力友好的操作界面。6. 高可靠性的技術(shù)。DCS自70年代問(wèn)世以來(lái)，很多公司各自推出了不同設(shè)計(jì)、風(fēng)格各異的即使是同一廠家，其早期產(chǎn)品和近期產(chǎn)品也有不少的差異。但是，盡管種種的DCS千差萬(wàn)別，其核心卻基本上是一致的，我們可以簡(jiǎn)單的將其歸納為“三點(diǎn)一線(xiàn)”式的結(jié)構(gòu)。“一線(xiàn)”是指DCS的骨架計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，“三點(diǎn)”則是指連接在網(wǎng)絡(luò)上的3個(gè)不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)。這3種不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)是：面向被控制過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的I/O控制站；面向操作人員

3、的控制站；面向DCS監(jiān)督管理人員的工程師站。DCS主要的基本組成部分如下：1.DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET用于DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)很多方面的要求不同于通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。它是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通信的實(shí)時(shí)性的要求，在確定的時(shí)限內(nèi)完成信息的傳送。2.現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站是完成對(duì)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)I/O處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。3.操作員站DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（OI-Operator Interface）或（MMI-Man Machine Interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其主要功能就是為系統(tǒng)的運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面，使操作員可以通

4、過(guò)它及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況發(fā)生等。4.工程師站工程師站是對(duì)DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置、組態(tài)工作和在線(xiàn)的系統(tǒng)的監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。其主要功能是提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)、配置工作的工具軟件，并在DCS在線(xiàn)運(yùn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控DCS網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況，使系統(tǒng)工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是指以工廠內(nèi)的測(cè)量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱(chēng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來(lái)這些機(jī)器間的主體配線(xiàn)是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過(guò)通訊的數(shù)字化，

5、使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)省配線(xiàn)（配線(xiàn)的共享）。主要用于制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、電力等方面的自動(dòng)化系統(tǒng)中。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：1. 全數(shù)字化通信。2. 開(kāi)放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。3. 可互操作性與互用性。4. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化。5. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。6. 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)由測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個(gè)部分組成，而通信部分的硬、軟件是它最有特色的部分。1、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)：它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護(hù)軟件、仿真軟件、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等。首先選擇開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機(jī)接口軟件MM

6、I。通過(guò)組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、計(jì)算。優(yōu)化控制及邏輯控制報(bào)警、監(jiān)視、顯示、報(bào)表等。2、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的測(cè)量系統(tǒng)：其特點(diǎn)為多變量高性能的測(cè)量，使測(cè)量?jī)x表具有計(jì)算能力等更多功能，由于采用數(shù)字信號(hào)，具有高分辨率，準(zhǔn)確性高、抗干擾、抗畸變能力強(qiáng)，同時(shí)還具有儀表設(shè)備的狀態(tài)信息，可以對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。3、設(shè)備管理系統(tǒng)：可以提供設(shè)備自身及過(guò)程的診斷信息、管理信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息（包括智能儀表）、廠商提供的設(shè)備制造信息。4、總線(xiàn)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)服務(wù)模式：以客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式是目前較為流行的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)服務(wù)模式。服務(wù)器表示數(shù)據(jù)源（提供

7、者），應(yīng)用客戶(hù)機(jī)則表示數(shù)據(jù)使用者，它從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步進(jìn)行處理?？头繖C(jī)運(yùn)行在PC機(jī)或工作站上。服務(wù)器運(yùn)行在小型機(jī)或大型機(jī)上，它使用雙方的智能、資源、數(shù)據(jù)來(lái)完成任務(wù)。5、數(shù)據(jù)庫(kù)：它能有組織的、動(dòng)態(tài)的存儲(chǔ)大量有關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪(fǎng)問(wèn)，具有高度獨(dú)立性。6、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件有：系統(tǒng)管理主機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、協(xié)議變換器、集線(xiàn)器，用戶(hù)計(jì)算機(jī)等及底層智能化儀表。下面介紹一下DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之間的一些聯(lián)系：1.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)集成于DCS系統(tǒng)是現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)：盡管用戶(hù)對(duì)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)表示歡迎，但他們并不希望對(duì)他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)做大的改動(dòng)。目前在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)

8、展初期，大多數(shù)用戶(hù)更傾向于對(duì)他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)進(jìn)行逐步的增添和替換；另一方面DCS系統(tǒng)及其儀表的消失或完全被取代，對(duì)于費(fèi)用或人力而言也都是不合理的?，F(xiàn)階段最可行的方案是考慮如何使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)盡可能地協(xié)同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統(tǒng)組態(tài)，以適用于更廣泛的、富于實(shí)用價(jià)值的應(yīng)用。2.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)于DCS系統(tǒng)I/0總線(xiàn)上的集成：在DCS系統(tǒng)的I/O總線(xiàn)上集成現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的關(guān)鍵是通過(guò)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口卡掛在DCS的I/O總線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息映射成原有DCS的 I/O總線(xiàn)上相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，如基本測(cè)量值、報(bào)警值或工藝設(shè)定值等，使得在DCS控制器所看到的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)的信息就如同來(lái)自一個(gè)傳統(tǒng)的DCS設(shè)備卡一樣。這樣便實(shí)現(xiàn)了在I/O總線(xiàn)上的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)集成。3.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的集成。4. 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與DCS 系統(tǒng)并行集成。綜上所述，我們相信現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)將廣泛地應(yīng)用到過(guò)程工業(yè)控制中，通過(guò)對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的修改，將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)引入到DCS中，將會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)大量的收益；另一方面，即使大多數(shù)的連續(xù)控制環(huán)路將由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)來(lái)完成，DCS系統(tǒng)仍將在許多諸如實(shí)時(shí)要求較高的控制場(chǎng)合扮演重要的角色?，F(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)與DCS系統(tǒng)的共存將使用戶(hù)擁有更多的選擇，以實(shí)現(xiàn)更合理的控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1.DCS及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，肖軍，清華大學(xué)出版社。2.工廠與車(chē)間自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備