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　　自動(dòng)控制系統(tǒng)（用于過(guò)程控制）的發(fā)展歷史

　　50年前，過(guò)程控制是基于3~15psi的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的基地式氣動(dòng)控制儀表系統(tǒng)（PCS，Pneumatic Control System）即第一代過(guò)程控制體系結(jié)構(gòu)；基于模擬電流信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)0~10mA（4~20 mA）的電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)（ACS，Analogous Control System）即為第二代過(guò)程控制體系結(jié)構(gòu)；20世紀(jì)70年代，由于使用了數(shù)字計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)（CCS，ComputerControl System）即第三代過(guò)程控制體系結(jié)構(gòu)；20世紀(jì)80年代，微處理機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，從而產(chǎn)生了分布式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）即第四代過(guò)程控制體系結(jié)構(gòu)；20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)產(chǎn)生了新的一代過(guò)程控制體系結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS， Fieldbus ControlSystem）。

　　DCS的定義及要點(diǎn)

　　集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）又稱計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)， 它是20世紀(jì)70年代中期迅速發(fā)展起來(lái)的，它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它把控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、控制和管理。它既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限， 又較好的解決了早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理和控制作用過(guò)于集中帶來(lái)的危險(xiǎn)性。它主要用于大規(guī)模的連續(xù)過(guò)程控制系統(tǒng)中， 如石化、電力等。其核心是通信， 即數(shù)據(jù)公路。

　　它的基本要點(diǎn)是：

　　（1） 從上到下的樹(shù)狀系統(tǒng)， 其中通信是關(guān)鍵。

　?。?） PID在中斷站中， 中斷站聯(lián)結(jié)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝。;

　?。?） 是樹(shù)狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)， 有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。

　?。?） 信號(hào)系統(tǒng)包括開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬信號(hào)。

　?。?） DCS是控制（工程師站） 、操作（操作員站） 、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站） 的3級(jí)結(jié)構(gòu)。

　　FCS的定義及要點(diǎn)

　　Fieldbus Control System（簡(jiǎn)稱FCS）即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，它是用現(xiàn)場(chǎng)總線這一開(kāi)放的、具有互操作性的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)控制器和儀表及儀表設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維修費(fèi)用。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)上是一種開(kāi)放的、具有互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)，有望成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議， 基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備， 本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。

　　FCS 的要點(diǎn)是：

　　（1） FCS是3C 技術(shù)（Communication，Computer，Contro1）的融合。它適用于本質(zhì)（本征） 安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過(guò)程、難于對(duì)付的非常環(huán)境。

　　（2） 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高度智能化， 提供全數(shù)字信號(hào); 一條總線連接所有的設(shè)備。

　　（3） 從控制室到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向數(shù)字通信總線， 是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點(diǎn)、開(kāi)放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。

　?。?） 控制功能徹底分散。

　　DCS 和FCS 的區(qū)別

　　1、DCS 系統(tǒng)是封閉的， 各廠家的產(chǎn)品互不兼容;FCS 是全開(kāi)放的系統(tǒng)， 其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是全開(kāi)放的，F(xiàn)CS 的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互操作性， 裝置互相兼容， 因此用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的產(chǎn)品同時(shí)連入同一現(xiàn)場(chǎng)總線， 達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。

　　2、DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器的功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大；而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱，因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。

　　3、 FCS的信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化， 其通信可以從最底層的傳感器和執(zhí)行器直到最高層， 為企業(yè)的MES 和ERP 提供強(qiáng)有力的支持， 更重要的是它還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和組態(tài);DCS 的通信功能受到很大限制， 雖然它也可以連接到Internet， 但它連不到底層， 它提的信息量也是有限的， 它不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

　　4、 FCS 的結(jié)構(gòu)為全分散式， 它廢棄了DCS 中的I ／O 單元和控制站， 把控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備， 實(shí)現(xiàn)了徹底的分散， 系統(tǒng)擴(kuò)展也變得十分容易;DCS 的分散只是到控制器一級(jí)， 它強(qiáng)調(diào)控制器的功能， 數(shù)據(jù)公路更是其關(guān)鍵。

　　5、 DCS 的信號(hào)系統(tǒng)是二進(jìn)制或模擬式的， 必須有A ／D 、D ／A 環(huán)節(jié)， 所以其控制精度為土0.5％; FCS的全數(shù)字化， 控制系統(tǒng)精度高， 可以達(dá)到土0．1％，并且FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，縮短了控制周期，提高運(yùn)算速度，從而改善調(diào)節(jié)性能。

　　6、 FCS可以將PID 閉環(huán)功能放到現(xiàn)場(chǎng)的變送器或執(zhí)行器中， 加上數(shù)字通信， 所以縮短了采樣和控制周期， 目前可以從DCS 的每秒2-5次， 提高到每秒10-20次， 從而改善了調(diào)節(jié)性能。

　　7、 FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡(jiǎn)單，由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，由于FCS 省去了大量的硬件設(shè)備、電纜和電纜安裝輔助設(shè)備， 節(jié)約了大量的安裝和調(diào)試費(fèi)用， 所以它的造價(jià)要遠(yuǎn)低于DCS 。

　　例如 煉鋼廠連鑄工藝在DCS 和FCS 中的應(yīng)用。

　　DCS 和FCS 的聯(lián)系

　　FCS是由PLC或DCS發(fā)展而來(lái)，而現(xiàn)在FCS系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。在將來(lái)，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，數(shù)字技術(shù)向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展，同時(shí)，工業(yè)控制軟件也將向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、開(kāi)放性發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn)，數(shù)字式分散控制DCS及PLC并不會(huì)消亡，DCS及PLC系統(tǒng)會(huì)更加向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展。今后的控制系統(tǒng)將會(huì)是：FCS處于控制系統(tǒng)中心地位，兼有DCS、PLC系統(tǒng)一種新型標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化控制系統(tǒng)。

　　數(shù)字通訊是一種趨勢(shì)，它代表了技術(shù)進(jìn)步，是任何人阻擋不了的。雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制以及由它而產(chǎn)生的巨大的推動(dòng)力，加速現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制儀表的變革，開(kāi)發(fā)出越來(lái)越多的功能完善的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。這些都是 DCS 系統(tǒng)所不具備的，而由此產(chǎn)生的優(yōu)越性以及給火電廠的設(shè)計(jì)、配置、組態(tài)、運(yùn)行、維護(hù)、管理等方面帶來(lái)的效益也是 DCS 系統(tǒng)所不及的。再則，F(xiàn)CS 是由 DCS 以及 PLC 發(fā)展而來(lái)，它保留了 DCS 的特點(diǎn)，或者說(shuō) FCS 吸收了 DCS 多年開(kāi)發(fā)研究以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然也包括教訓(xùn)。由此而得出結(jié)論，“FCS 將取代 DCS”，似乎也是順理成章之事。

　　同時(shí)我們也應(yīng)看到，DCS 系統(tǒng)發(fā)展也近 30 年，在火電廠的應(yīng)用如此廣泛。它的設(shè)計(jì)思想、組態(tài)配置、功能匹配等已達(dá)十分完善的程度（當(dāng)然，DCS 也存在進(jìn)一步發(fā)展的需求，例如高級(jí)軟件開(kāi)發(fā)，以滿足信息集成的要求），已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，并且在 FCS 系統(tǒng)中也有些體現(xiàn)。從這個(gè)角度來(lái)看，DCS 系統(tǒng)似乎不能說(shuō)從此消亡。再則，對(duì)那些 FCS 系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其特點(diǎn)及優(yōu)越性的領(lǐng)域，DCS 系統(tǒng)仍有用武之地。正如目前的 DCS 與新型的 PLC，由于多年的開(kāi)發(fā)研究，在各自保留自身原有的特點(diǎn)外，又相互補(bǔ)充，形成新的系統(tǒng)，現(xiàn)在的 DCS 已不是當(dāng)初的 DCS，同樣如此，新型的 PLC 也不是開(kāi)發(fā)初期的 PLC。我們能夠說(shuō)是 DCS 取代了 PLC 或者說(shuō)是 PLC 取代了 DCS？顯然都是不合適的。

　　結(jié)論

　　從上述分析論述中，我們可以得出以下簡(jiǎn)單的結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS 的出現(xiàn)，數(shù)字式分散控制 DCS 并不會(huì)消亡，而只是將過(guò)去處于控制系統(tǒng)中心地位的 DCS 移到現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)站點(diǎn)上去。也可以這樣說(shuō)，DCS 處于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破。今后火電廠的控制系統(tǒng)將會(huì)是：FCS 處于控制系統(tǒng)中心地位，兼有 DCS 系統(tǒng)哲學(xué)的一種新型控制系統(tǒng)。