FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來(lái),FCS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn),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已有很強的順序控制功能;而新型的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(luò ),DCS與PLC的適用范圍,已有很大的交叉。 一、區別要點(diǎn) 1、DCS DCS系統的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)數據公路是分散控制系統DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò ),因此,數據公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數據公路的媒體可以是:一對絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖電纜。 通過(guò)數據公路的設計參數,基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統的相對優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。 (1)系統能處理多少I(mǎi)/O信息。 (2)系統能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。 (3)能適應多少用戶(hù)和裝置(CRT、控制站等)。 (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(cháng)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制造廠(chǎng)生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計算機、數據記錄裝置等)。 為保證通信的完整,大部分DCS廠(chǎng)家都能提供冗余數據公路。 為了保證系統的安全性。使用了復雜的通信規約和檢錯技術(shù),所謂通信規約就是一組規則,用以保證所傳輸的數據被接收,并且被理解的和發(fā)送的數據一樣。 目前在DCS系統中,一般使用兩類(lèi)通信手段,即同步的和異步的,同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘來(lái)調節數據的傳輸和接收,異步網(wǎng)絡(luò )采用沒(méi)有時(shí)鐘的報告系統。 2、FCS FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有以下三點(diǎn)。 (1)FCS系統的核心是總線(xiàn)協(xié)議,即總線(xiàn)標準。 一種類(lèi)型的總線(xiàn),只要其總線(xiàn)協(xié)議一經(jīng)確定,相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設備也就被確定,就其總線(xiàn)協(xié)議的基本原理而言,各類(lèi)總線(xiàn)都是一樣的,都以解決雙向串行數字化通信傳輸為基本依據。但是由于各種原因,各類(lèi)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議存在很大的差異。 為了使現場(chǎng)總線(xiàn)的滿(mǎn)足可互操作性要求,使其成為真正的開(kāi)放系統,原IEC國際標準,現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議模擬的用戶(hù)層中,就明確規定用戶(hù)層具有裝置描述功能。為了實(shí)現互操作,每個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)裝置都用裝置描述DD來(lái)描述。DD能夠認為是裝置的一個(gè)驅動(dòng)器,它包括所有必要的參數描述和主站所需要的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需要的所有信息,并且與主站無(wú)關(guān),所以可以使現場(chǎng)裝置實(shí)現真正的互操作性。 實(shí)際情況是否如上述一致,回答是否定的。目前通過(guò)的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準含8種類(lèi)型,而原IEC國際標準只是8種類(lèi)型之一,與其它7種類(lèi)型總線(xiàn)的地位是平等的。其它7種類(lèi)型總線(xiàn),不論其市場(chǎng)占有率有多少,每個(gè)總線(xiàn)協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。他們能夠形成系統,形成產(chǎn)品。而原IEC現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準,是一個(gè)既無(wú)軟件支撐也無(wú)硬件支撐的空架子。要實(shí)現這些總線(xiàn)的相互兼容和互操作,就目前狀態(tài)而言,幾乎是不可能的。 通過(guò)上述,我們是否可以得出這樣一種映象:開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的互操作性,就一個(gè)特定類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)而言,只要遵循該類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議,對其產(chǎn)品是開(kāi)放的,并具有互操作性,換句話(huà)說(shuō),不論什么廠(chǎng)家的產(chǎn)品,也不一定是該現場(chǎng)總線(xiàn)公司的產(chǎn)品,只要遵循該總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議,產(chǎn)品之間是開(kāi)放的,并具有互操作性,就可以組成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。 (2)FCS系統的基礎是數字智能現場(chǎng)裝置。 數字智能現場(chǎng)裝置是FCS系統的硬件支撐,是基礎,道理很簡(jiǎn)單,FCS系統執行的是自動(dòng)控制裝置與現場(chǎng)裝置之間的雙向數字通信現場(chǎng)總線(xiàn)信號制。如果現場(chǎng)裝置不遵循統一的總線(xiàn)協(xié)議,即相關(guān)的通信規約,不具備數字通信功能,那么所謂雙向數字通信只是一句空話(huà),也不能稱(chēng)之為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。再一點(diǎn),現場(chǎng)總線(xiàn)的一大特點(diǎn)就是要增加現場(chǎng)一級控制功能。如果現場(chǎng)裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品,那么現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統的特點(diǎn)也就不存在了,所謂簡(jiǎn)化系統、方便設計、利于維護等優(yōu)越性也是虛的。 (3)FCS系統的本質(zhì)是信息處理現場(chǎng)化。 對于一個(gè)控制系統,無(wú)論是采用DCS還是采用現場(chǎng)總線(xiàn),系統需要處理的信息量至少是一樣多的,實(shí)際上,采用現場(chǎng)總線(xiàn)后,可以從現場(chǎng)得到更多的信息,F場(chǎng)總線(xiàn)系統的信息量沒(méi)有減少,甚至增加了,而傳輸信息的線(xiàn)纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線(xiàn)纜傳輸信息的能力,另一方面讓大量信息在現場(chǎng)就地完成處理,減少現場(chǎng)與控制機房之間的信息往返?梢哉f(shuō)現場(chǎng)總線(xiàn)的本質(zhì)就是信息處理的現場(chǎng)化。 減少信息往返是網(wǎng)絡(luò )設計和系統組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常?蓭(lái)改善系統響應時(shí)間的好處。因此。網(wǎng)絡(luò )設計時(shí)應優(yōu)先將相互間信息交換量大的節點(diǎn),放在同一條支路里。 減少信息往返與減少系統的線(xiàn)纜有時(shí)會(huì )相互矛盾。這時(shí)仍應以節省投資為原則來(lái)做為選擇。如果所選擇系統的響應時(shí)間允許的話(huà),應選節省線(xiàn)纜的方案。如所選系統的響應時(shí)間比較緊張,稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了,那就應選減少信息傳輸的方案。 現在一些帶現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)儀表本身裝了許多功能塊,雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì )稍有差別,但一個(gè)網(wǎng)絡(luò )支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀(guān)存在。選用哪一個(gè)現場(chǎng)儀表上的功能,是系統組態(tài)要解決的問(wèn)題。 考慮這個(gè)問(wèn)題的原則是:盡量減少總線(xiàn)上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺儀表上的功能塊。 二、典型系統比較 通過(guò)使用現場(chǎng)總線(xiàn),用戶(hù)可以大量減少現場(chǎng)接線(xiàn),用單個(gè)現場(chǎng)儀表可以實(shí)現多變量通信,不同制造廠(chǎng)生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作,增加現場(chǎng)一級的控制功能,系統集成大大簡(jiǎn)化,并且維護十分簡(jiǎn)便。傳統的過(guò)程控制系統中,每個(gè)現場(chǎng)裝置到控制室都需使用一對專(zhuān)用的雙絞線(xiàn),以傳送4-20mA信號,現場(chǎng)總線(xiàn)系統中,每個(gè)現場(chǎng)裝置到接線(xiàn)盒雙絞線(xiàn)仍然可以使用,但是從現場(chǎng)接線(xiàn)盒到中央控制室僅用一根雙絞線(xiàn)完成數字通信。 通過(guò)采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統,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系統的電廠(chǎng)中與自動(dòng)控制系統有關(guān)的所用電纜公里數看出,電纜在基建投資中所占份額。 1、某電廠(chǎng),2×300MW燃煤機組 熱力系統為單元制。每臺機組設置一座集中控制樓,采用機、爐、電單元集中控制方式。單元控制室的標高為12.6m,與運行層標高一致。DCS采用WDPF-Ⅱ,每臺機組設計的I/O點(diǎn)為4500點(diǎn)。 電纜敷設采用俄EC元件,8個(gè)人用1.5個(gè)月時(shí)間完成敷設的設計任務(wù)。 主廠(chǎng)房?jì)让颗_300MW機組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜根數為4038根。 主廠(chǎng)房?jì)让颗_300MW機組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)電纜長(cháng)度為350公里。 以上電纜的根數及長(cháng)度均不包括全廠(chǎng)火災報警的廠(chǎng)供電纜和全廠(chǎng)各輔助生產(chǎn)車(chē)間的電纜。 電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅,每臺機組約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(zhì),每臺300MW機組約為55t. 附件隨橋架提供(如螺栓,螺母)。 2、某電廠(chǎng),4×325MW燃油燃氣電站 熱力系統為單元制。DCS采用TELEPERM——XP.每臺機組設計I/O點(diǎn)為5804點(diǎn)。 電纜敷設采用EC軟件,12個(gè)人用2.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設的設計任務(wù)。 主廠(chǎng)房?jì)让颗_325MW機組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜根數為4413根。 主廠(chǎng)房?jì)让颗_325MW機組自動(dòng)化裝業(yè)的電纜長(cháng)度為360km. 每臺機組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架,其質(zhì)量約為250t. 3、電站的電纜可以分為六大類(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(主要指計算機用電纜)、其他電纜。若兩臺300MW機組同時(shí)做電纜敷設,自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)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于500根,及約占60%左右(以根數計量)。 三、設計、投資及使用 上述的比較偏重于純技術(shù)性的比較,以下比較擬加入經(jīng)濟因素。 比較的前提是DCS系統與典型的,理想的FCS系統進(jìn)行比較。為什么要做如此的假設?作為DCS系統發(fā)展到今天,開(kāi)發(fā)初期提出的技術(shù)要求已滿(mǎn)足并得到了完善,目前的狀況是進(jìn)一步提高,因此也就不存在典型、理想的說(shuō)法。而作為FCS系統,20世紀90年代剛進(jìn)入實(shí)用化,作為開(kāi)發(fā)初期的技術(shù)要求:兼容開(kāi)放、雙向數字通信、數字智能現場(chǎng)裝置、高速總線(xiàn)等,目前還不理想,有待完善。這種狀態(tài)與現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準的制定不能說(shuō)沒(méi)有關(guān)系。過(guò)去的十多年,各總線(xiàn)組織都忙于制定標準,開(kāi)發(fā)產(chǎn)品,占領(lǐng)更多的市場(chǎng),目的就是要擠身國際標準,合法的占領(lǐng)更多的市場(chǎng),現在有關(guān)國際標準的爭戰已告一段落,各大公司組織都已意識到,要真正占領(lǐng)市場(chǎng),就得完善系統及相關(guān)產(chǎn)品。我們可以做這樣的預測,不久的將來(lái),完善的現場(chǎng)總線(xiàn)系統及相關(guān)產(chǎn)品必將成為世界現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的主流。 具體比較: (1)DCS系統是個(gè)大系統,其控制器功能強而且在系統中的作用十分重要,數據公路更是系統的關(guān)鍵,所以,必須整體投資一步到位,事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底,信息處理現場(chǎng)化,數字智能現場(chǎng)裝置的廣泛采用,使得控制器功能與重要性相對減弱。因此,FCS系統投資起點(diǎn)低,可以邊用、邊擴、邊投運。 (2)DCS系統是封閉式系統,各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統是開(kāi)放式系統,用戶(hù)可以選擇不同廠(chǎng)商、不同品牌的各種設備連入現場(chǎng)總線(xiàn),達到最佳的系統集成。 (3)DCS系統的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的,必須有D/A與A/D轉換。而FCS系統是全數字化,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系統可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執行器中,縮短了控制周期,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系統可以控制和監視工藝全過(guò)程,對自身進(jìn)行診斷、維護和組態(tài)。但是,由于自身的致病弱點(diǎn),其I/O信號采用傳統的模擬量信號,因此,它無(wú)法在DCS工程師站上對現場(chǎng)儀表(含變送器,執行器等)進(jìn)行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS系統采用全數字化技術(shù),數字智能現場(chǎng)裝置發(fā)送多變量信息,而不僅僅是單變量信息,并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS系統采用雙向數字通信現場(chǎng)總線(xiàn)信號制。因此,它可以對現場(chǎng)裝置(含變送器,執行機構等)進(jìn)行診斷、維護和組態(tài)。FCS系統的這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS系統無(wú)法比擬的。 (6)FCS系統由于信息處理現場(chǎng)化,與DCS系統相比,可以省去相當數量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜。同時(shí)也節省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積,有專(zhuān)家認為可以省去60%. (7)與(6)同樣理由,FCS系統可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等,同時(shí)也省去了設計、安裝和維護費用,有專(zhuān)家認為可以省去66%. 對于(6)、(7)兩點(diǎn)應補充說(shuō)明的是,采用FCS系統,節省投資的效果是不用懷疑的,但是否如有的專(zhuān)家所說(shuō)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(shí)要謹慎。 (8)FCS相對DCS組態(tài)簡(jiǎn)單,由于結構、性能標準化,便于安裝、運行、維護。 (9)用于過(guò)程控制的FCS設計開(kāi)發(fā)要點(diǎn)。這一點(diǎn)并不作為DCS比較,只是說(shuō)明用于過(guò)程控制或者說(shuō)用于模擬連續過(guò)程類(lèi)的FCS在設計開(kāi)發(fā)中應重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。 、僖罂偩(xiàn)本安防爆功能,而且是頭等重要的。 、诨颈O控如流量、料位、溫度、壓力等變化是緩慢的,而且還有滯后效應,因此,節點(diǎn)監控并不需要快電子學(xué)的響應時(shí)間,但要求有復雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統基本上多采用主——從之間的集中輪詢(xún)制,這在技術(shù)上是合理的,在經(jīng)濟上是有利的。 、哿髁、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,變送器及控制器應向數字智能化發(fā)展。 、茏鳛獒槍B續過(guò)程類(lèi)及其儀器儀表而開(kāi)發(fā)的FCS系統,應側重于低速總線(xiàn)H1的設計完善。 |