DCS系统小结概要.ppt

DCS发展到第三代，尽管采用了一系列新技术，但是生产现场层仍然没有摆脱沿用了几十年的常规模拟仪表。DCS从输入输出单元(IOU)以上各层均采用了计算机和数字通信技术，唯有生产现场层的常规模拟仪表仍然是一对一模拟信号(4mA～20mA DC)传输，多台模拟仪表集中接于IOU。生产现场层的模拟仪表与DCS各层形成极大的反差和不协调，并制约了DCS的发展。电子信息产业的开放潮流和现场总线技术的成熟与应用，造就了新一代的DCS，其技术特点包括全数字化、信息化和集成化。 因此，人们要变革现场模拟仪表，改为现场数字仪表，并用现场总线(field bus)互联。由此带来DCS控制站的变革，即将控制站内的软功能模块分散地分布在各台现场数字仪表中，并可统一组态构成控制回路，实现彻底的分散控制。也就是说，由多台现场数字仪表在生产现场构成虚拟控制站(Virtual Control Station，VCS)。这两项变革的核心是现场总线。 20世纪90年代现场总线技术有了重大突破，公布了现场总线的国际标准，并生产出现场总线数字仪表。现场总线为变革DCS带来希望和可能，标志着新一代DCS的产生，取名为现场总线控制系统(Field bus Control System，FCS)，其结构原型如图1.19所示。该图中流量变送器(FT)、温度变送器(TT)、压力变送器(PT)分别含有对应的输入模块FL-l21、TL-l22、PL-l23，调节阀(V)中含有PID控制模块(PID-124)和输出模块(FO-125)，用这些功能模块就可以在现场总线上构成PID控制回路。 接口(Field Bus Interface，FBI)下接现场总线，上接局域网(LAN)，即FBI作为现场总线与局域网之间的网络接口。FCS革新了DCS的现场控制站及现场模拟仪表，用现场总线将现场数字仪表互联在一起，构成控制回路，形成现场控制层。即FCS用现场控制层取代了DCS的直接控制层，操作监控层及其以上各层仍然同DCS。 实际上，现场总线的技术早在20世纪70年代末就出现了，但始终是作为一种低速的数字通信接口，用于传感器与系统间交换数据。从技术上，现场总线并没有超出局域网的范围，其优势在于它是一种低成本的传输方式，比较适合于数量庞大的传感器连接。现场总线大面积应用的障碍在于传感器的数字化，因为只有传感器数字化了，才有条件使用现场总线作为信号的传输介质。现场总线的真正意义，在于这项技术再次引发了控制系统从仪表(模拟技术)发展到计算机(数字技术)的过程中，没有新的信号传输标准的问题，人们试图通过现场总线标准的形成来解决这个问题。只有这个问题得到了彻底的解决，才可以认为控制系统真正完成了从仪表到计算机的换代过程。 图1.19 新一代DCS(FCS)结构原型 几种计算机控制系统与DCS的比较 目前，与DCS并存于市场上的计算机控制系统包括由PLC构成的控制系统、监督控制系统、SCADA系统及以个人计算机(PC Based)为核心构成的小型监督/控制系统等。这些系统在应用目标上、系统功能上、体系结构上、产品形态和实现方法上等多个方面与DCS有较大的区别，但也有相当多的共同之处。下面对各种系统的异同点作简要的比较。 一、以PLC构成的控制系统监督控制系统 1. 功能和应用目标 PLC的控制功能在早期以逻辑控制和顺序控制为主，近年来在回路控制方面的功能不断加强，已具备了离散控制、连续控制和批量控制等综合控制能力。但是，PLC由于其软件处理方式的不同，与DCS相比，在连续控制方面的效率比较低而成本则比较高，因此，其主要应用领域仍以离散控制为主。 2. 体系结构 几种计算机控制系统与DCS的比较 PLC是一种产品形态的、可独立运行的控制器，其主体由主控模块、I/O模块、电源模块和网络通信模块构成，这些模块通过一个总线背板连接在一起，并用金属机架实现机械固定。PLC设备本身没有人机界面，只有指示灯或小尺寸液晶屏，以进行状态显示或简单的运行参数显示。PLC执行直接控制功能，运行期间无需人工干预，因此，在以PLC构成的控制系统中可不配人机界面设备。 最小型的PLC是一个没有机架的单体模块，其I/O点数量很少，因此，只能够完成小规模或较简单的控制。中型的PLC由一个机架构成或一个主机架(含有主控模块)加若干扩展机架(只包含I/O模块)构成，其I/O点数一般在500点以内。大型PLC系统由若干台PLC构成，各个PLC之间通过数据高速公路或局域网实现连接，这样的控制系统可实现几千个I/O点的控制。 在PLC的现场安装和实际运行之前，必须对PLC进行编程，也就是在DCS中常说的组态。与DCS