DCS、FCS、CIPS 3種系統的集成與應用

發(fā)布時(shí)間:2010-12-7 12:26    發(fā)布者:techshare
關(guān)鍵詞: CIPS , DCS , FCS
1 引 言

隨著(zhù)生產(chǎn)由簡(jiǎn)單過(guò)程向大型化、連續化、集成化和復雜化方向發(fā)展,與之相應的控制技術(shù)、控制理論、控制系統和控制工具都發(fā)生了很大的變化。即控制技術(shù)由單變量控制技術(shù)發(fā)展到多變量協(xié)調控制技術(shù);控制理論由經(jīng)典控制理論(基于頻域法)發(fā)展到現代控制理論(基于時(shí)域法)和智能控制理論(基于規則、知識);控制系統由簡(jiǎn)單控制系統(如:PID控制、串級、比值、前饋、Smith等)發(fā)展到先進(jìn)控制系統(如:預測、推斷、模糊、神經(jīng)、魯棒等控制)和綜合自動(dòng)化系統(控制、管理與決策一體化);控制工具由常規儀器儀表發(fā)展到計算機及其網(wǎng)絡(luò )。

計算機技術(shù)的發(fā)展為先進(jìn)控制的實(shí)現奠定了物質(zhì)基礎,而控制技術(shù)的應用又促進(jìn)了計算機技術(shù)的發(fā)展,兩者密切相關(guān)。以計算機為主的控制系統經(jīng)歷了DDC(Direct Digital Control—單機控制系統)、DCS(Distributed Control System—集散控制系統)、FCS(Field Bus Control System—現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統)和CIPS(ComputerIntegrated Process System—計算機集成過(guò)程控制系統)四個(gè)發(fā)展階段。

DDC控制集中、危險也集中,一般采用雙機/多機系統冗余結構,來(lái)保證控制系統的可靠性。為進(jìn)一步提高控制系統的可靠性,70年代中推出了DCS系統。80年代中~90年代初是DCS發(fā)展的頂峰時(shí)期,DCS應用廣泛,技術(shù)成熟。國內企業(yè)紛紛引進(jìn)各種成套的DCS產(chǎn)品,如Honywell的TDC-3000/S9000、WestingHouse的WDPFⅡ/Ⅲ、Bailey的INFI-90、Foxboro的I/AS系、橫河的Centum-XL/μXL等。但各廠(chǎng)家的DCS自成封閉的通信體系,難以實(shí)現企業(yè)內各種DCS系統的集成與綜合。

90年代出現的新型FCS則突破了DCS系統中通信由專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的封閉系統來(lái)實(shí)現所造成的缺陷,把基于封閉、專(zhuān)用的解決方案變成了基于公開(kāi)化、標準化的解決方案。FCS及其應用是當今研究的熱點(diǎn)。

以現場(chǎng)總線(xiàn)/DCS為基礎的綜合自動(dòng)化系統CIPS集過(guò)程控制與綜合管理(經(jīng)營(yíng)決策、管理、計劃、調度等)于一體,便于企業(yè)能快速適應風(fēng)云變換的市場(chǎng),以增強企業(yè)的競爭力。CIPS的實(shí)現是未來(lái)追求的目標。

2 DCS、FCS、CIPS的體系結構與特點(diǎn)

2.1 DCS

典型DCS系統的體系結構一般為三層,即管理級、監控級(工程師站/操作站)和過(guò)程控制級,有三DCS過(guò)程控制器與現場(chǎng)變送器、執行器之間的連接采用一對一的設備連接方式,需消耗大量的連接電纜且安裝和維護費時(shí)費力,如圖2—1所示。DCS屬“半數字”系統,還需大量的AI/AO、DI/DO和PI/PO等中間模板來(lái)完成模擬量與數字量間的信息轉換。





2.2 FCS

FCS系統由于采用了智能現場(chǎng)設備和現場(chǎng)總線(xiàn),具有以下優(yōu)點(diǎn):

①采用一對N的設備連接方式,成本低

FCS屬“純數字”系統,無(wú)需AI/AO、DI/DO和PI/PO中間模板;诂F場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)設備與操作站之間是一種全數字化、串行、雙向、多站的通信模式,系統的可靠性高。而且,用數字信號替代模擬信號傳輸,在一對雙絞線(xiàn)或一條電纜上可掛接多個(gè)現場(chǎng)設備,節省硬件數量與投資,節省安裝費用,系統的成本低,如圖2—2所示。





②實(shí)現了徹底的分散控制

能夠將原先DCS系統中處于控制室的控制功能置入現場(chǎng)設備,直接在現場(chǎng)完成,即就地采集信息、就地處理、就地控制。上位機主要對其進(jìn)行總體監督、協(xié)調、優(yōu)化控制與管理,實(shí)現了徹底的分散控制。

③開(kāi)放性與互操作性簡(jiǎn)化了系統的集成現場(chǎng)總線(xiàn)的最大特點(diǎn)是采用統一的協(xié)議標準,使之具有開(kāi)放性和互操作性,不同廠(chǎng)家的現場(chǎng)設備可方便地接入同一網(wǎng)絡(luò )中,且可相互訪(fǎng)問(wèn),簡(jiǎn)化了系統的集成。

④信息綜合,組態(tài)靈活

通過(guò)數字化傳輸現場(chǎng)數據,FCS能獲取現場(chǎng)設備的各種狀態(tài)、診斷信息,實(shí)現實(shí)時(shí)的系統監控和管理。FCS引入了功能塊概念,使得組態(tài)十分方便、靈活,不同現場(chǎng)設備中的功能塊可以構成完整的控制回路;可在上位機上進(jìn)行組態(tài),完成之后再下裝至現場(chǎng)設備;用戶(hù)根據標識符來(lái)指定某一設備,不需考慮設備地址、存儲地址等。

總之,現場(chǎng)總線(xiàn)具有全分散、全數字化、智能、雙向、多變量、多點(diǎn)、多站、互操作的特點(diǎn),是過(guò)程控制系統實(shí)現的基礎,也是綜合自動(dòng)化系統CIPS數據信息流的起點(diǎn)。

2.3 CIPS

集常規控制、先進(jìn)控制、在線(xiàn)優(yōu)化、生產(chǎn)調度、企業(yè)管理、經(jīng)營(yíng)決策等功能于一體的綜合自動(dòng)化系統CIPS是當前自動(dòng)化發(fā)展的趨勢和熱點(diǎn)。CIPS是在計算機通信網(wǎng)絡(luò )和分布式數據庫的支持下,實(shí)現信息與功能的集成、綜合管理與決策,最終形成一個(gè)能適應生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場(chǎng)需求多變性的全局最優(yōu)的高質(zhì)量、高柔性、高效益的智能生產(chǎn)系統。

根據連續生產(chǎn)過(guò)程控制與工程總體優(yōu)化、信息集成的需求,CIPS工程可由生產(chǎn)過(guò)程控制分系統、企業(yè)綜合管理分系統、集成支持分系統、人與組織分系統4個(gè)分系統及相應的下層子系統組成,如圖2—3所示。





3 DCS、FCS、CIPS集成

計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展,解決了企業(yè)辦公自動(dòng)化的問(wèn)題,即企業(yè)高層的計算機設備互連問(wèn)題較易實(shí)現。而企業(yè)過(guò)程控制級采用的設備可能是各個(gè)時(shí)期或各個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品,是個(gè)異構環(huán)境?紤]控制技術(shù)和生產(chǎn)的延續性與企業(yè)的投資效益,不可能完全擯棄原有可行系統,而采用全新技術(shù)和設備。企業(yè)現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )必將出現多種總線(xiàn)共存、多種系統集成和多種技術(shù)集成的局面。

3.1 FCS與DCS的集成

多種系統的集成是指現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS與傳統控制系統(DCS、PLC……)的集成及各種現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS之間的集成(因目前仍存在多種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議,如:FF、Profibus、CAN、LonWorks和HART等)。

FCS與DCS集成主要體現在現場(chǎng)通信協(xié)議的相容和組態(tài)、監控、操作軟件的統一。






DCS應用廣泛、技術(shù)成熟,尤其它在先進(jìn)控制方面已有多年應用,F場(chǎng)總線(xiàn)的功能模塊一般只能解決基本的控制問(wèn)題,而且在現有的技術(shù)條件和市場(chǎng)條件下,FCS還不能完全取代DCS,而應考慮兩者的集成,以綜合DCS和FCS的優(yōu)勢。即FCS實(shí)現基本的測控回路,DCS作為高一層的管理協(xié)調者實(shí)現復雜的先進(jìn)控制和優(yōu)化功能。

目前,DCS和FCS可以在3個(gè)層次上實(shí)現集成,如圖3—1a、圖3—1b、圖3—1c所示;

a.現場(chǎng)總線(xiàn)集成在DCS的I/O層次上,即現場(chǎng)總線(xiàn)設備在DCS中作為I/O卡件的功能出現。

b.現場(chǎng)總線(xiàn)集成在DCS網(wǎng)絡(luò )上,即現場(chǎng)總線(xiàn)通過(guò)一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)接口單元掛在DCS的通信網(wǎng)絡(luò )上。

c.DCS和FCS獨立工作,通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現通信協(xié)議的轉換和信息的互訪(fǎng)。

以上3種集成途徑的應用中可能會(huì )遇到一些實(shí)際困難,因DCS的設計要素不同于FCS,DCS的封閉性限制了現場(chǎng)總線(xiàn)分散化、網(wǎng)絡(luò )化特點(diǎn)的實(shí)現。不同的DCS與不同的FCS集成需相應的轉換協(xié)議,會(huì )出現多種協(xié)議共存于現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )的局面。

3.2 基于現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )的CIPS

CIPS是集管理與控制于一體的綜合自動(dòng)化系統,往往采用多級遞階控制體系結構(基本控制→先進(jìn)控制→約束控制→局部?jì)?yōu)化→全局優(yōu)化→綜合管理與決策)和“分解/綜合、協(xié)調”的方法,F場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )是傳輸過(guò)程信息的基礎與關(guān)鍵,是CIPS數據信息流的起點(diǎn)。只有獲得過(guò)程的大量信息,CIPS才能進(jìn)行系統的優(yōu)化、綜合管理與決策。

通常大型CIPS網(wǎng)含有4類(lèi)網(wǎng):最上層采用廣域網(wǎng)(WAN)、上層采用辦公自動(dòng)化局域網(wǎng)(TOP),中間層采用制造自動(dòng)化協(xié)議MAP主干網(wǎng),下層采用現場(chǎng)控制網(wǎng)(工廠(chǎng)底層控制網(wǎng))。這4類(lèi)網(wǎng)可通過(guò)網(wǎng)橋(Bridge)、路由器(Router)和網(wǎng)關(guān)(Gateway)互聯(lián)成CIPS網(wǎng)或Intranet網(wǎng)。

基于現場(chǎng)總線(xiàn)或DCS網(wǎng)絡(luò )的大中型CIPS網(wǎng)有WAN/TOP/MAP/Fieldbus or DCS網(wǎng)絡(luò )結構和TOP/MAP/Fieldbus or DCS網(wǎng)絡(luò )結構、小型CIPS網(wǎng)有LAN/Fieldbus or DCS網(wǎng)絡(luò )結構及LAN/DCS+Fieldbus網(wǎng)絡(luò )結構(即現場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò )為DCS與FCS的集成)。

近兩年來(lái)許多控制系統設備供應商紛紛采用Ethernet作為工廠(chǎng)底層控制網(wǎng)絡(luò )的信息傳輸主干,用以連接系統監控設備和現場(chǎng)高級智能設備且TCP/IP進(jìn)入現場(chǎng),使得工廠(chǎng)的管理可以直接進(jìn)入控制現場(chǎng)。在工業(yè)現場(chǎng)最為典型的應用形式是Ethernet+TCP/IP,基于Ethernet+TCP/IP的傳感器、變送器可以直接成為網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn),其控制參數和它的狀態(tài)可以直接在企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò )內傳輸和共享,從而避免了DCS和FCS因存在多種協(xié)議而難集成的局面。

4 結束語(yǔ)

DCS應用廣泛、技術(shù)成熟,但各廠(chǎng)家的DCS自成封閉的通信體系,難以實(shí)現全企業(yè)內信息的集成與綜合。

FCS具有全分散、全數字化、智能、雙向、多變量、多點(diǎn)、多站、互操作的特點(diǎn)。

FCS可視為DCS向下全數字開(kāi)放的結果,CIPS可視為DCS向上擴展的產(chǎn)物。FCS和DCS側重于過(guò)程的監控與管理,CIPS側重于企業(yè)內信息集成、綜合管理與決策。DCS和FCS是CIPS數據信息流的起點(diǎn)。CIPS系統實(shí)現的關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò )技術(shù),網(wǎng)絡(luò )是命脈。今后的自動(dòng)化系統主要呈現出開(kāi)放化、集成化、智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò )化的特點(diǎn)。
本文地址:http://selenalain.com/thread-44637-1-1.html     【打印本頁(yè)】

本站部分文章為轉載或網(wǎng)友發(fā)布,目的在于傳遞和分享信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責;文章版權歸原作者及原出處所有,如涉及作品內容、版權和其它問(wèn)題,我們將根據著(zhù)作權人的要求,第一時(shí)間更正或刪除。
您需要登錄后才可以發(fā)表評論 登錄 | 立即注冊

關(guān)于我們  -  服務(wù)條款  -  使用指南  -  站點(diǎn)地圖  -  友情鏈接  -  聯(lián)系我們
電子工程網(wǎng) © 版權所有   京ICP備16069177號 | 京公網(wǎng)安備11010502021702
快速回復 返回頂部 返回列表
午夜高清国产拍精品福利|亚洲色精品88色婷婷七月丁香|91久久精品无码一区|99久久国语露脸精品|动漫卡通亚洲综合专区48页