试议DCS集散控制系统产品开发样本.doc
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1、浅谈DCS集散控制系统产品开发(一)-4-8 14:15:00一、集散控制系统DCS和现场总线控制系统FCS比较(一)概述FCS、DCS FCS是在DCS基础上发展起来,FCS顺应了自动控制系统发展时尚,它必将替换DCS。这已是业内人士基础共识。然而,任何新事物发生,发展全部是在对旧事物扬弃中进行,FCS和DCS关系肯定也不例外。FCS代表时尚和发展方向,而DCS则代表传统和成熟,也是独具优势事物。尤其是现阶段,FCS尚没有统一国际标准而呈群雄逐鹿之势,DCS则以其成熟发展,完备功效及广泛应用而占居着一个尚不可完全替换地位。本人认为:现场总线控制系统FCS应该和集散式控制系统DCS相互兼容。
2、不管是FCS或是DCS,它们最终是为了满足整个生产过程而进行系统控制(PCS)。 首先以工程成本和效益看,现场总线根本优势是良好互操作性;结构简单,从而布线费用低;控制功效分散,灵活可靠,和现场信息丰富。然而这些优势是建立在 FCS系统初装前提下,倘诺企业建立有完善DCS,现在要向FCS过渡,则必需仔细考虑现有投资对已经有投资回报率。充足利用已经有DCS设施,现有DCS布线和成熟DCS控制管理方法来实现FCS是我们应选之途。 即使现场总线对已经有数字现场协议有优势可言,但向其过渡代价和风险是必需分析清楚。再者,从技术继承及控制手段上,也要求FCS和DCS应相兼容。FCS实现控制功效下移至现场层
3、,使DCS 多层网络被扁平化,各个现场设备节点独立功效得以加强,所以,在FCS中有必需增加和完善现场子层设备间数据通讯功效。 因为历史原因,DCS通常拥有大型控制柜用以协调各个设备,同时更强调层和层数据传输。可见,两种控制在策略上各具优势。DCS适适用于较慢数据传输速率;FCS则更适适用于较快数据传输速率,和更灵活处理数据。然而,当数据量超出一定值过于偏大时,假如同层设备过于独立,则很轻易造成数据网络堵塞。要处理这个问题,拟设置一个合适监控层用以协调相互通讯设备,肯定是有益,DCS就能轻松地胜任这一工作。可见,为使FCS控制方法和手段完善化,是有必需借鉴DCS部分控制思想。 要把握新世纪工业过
4、程控制发展趋势,不管在学术研究或是工程应用方面全部有必需使FCS综合和继承DCS成熟控制策略;和此同时,DCS发展也应追寻FCS控制策略新思想,使其含有新生命力。DCS应能动地将底层控制权交付给FCS系统,将较高层系统协调管理功效发扬光大,完成对新时代,新形势工业控制系统智能设备集成。(二)现场总线传输特点 现场总线控制系统(FCS)是顺应智能现场仪表而发展起来。它初衷是用数字通讯替换420mA模拟传输技术,但伴随现场总线技术和智能仪表管控一体化(仪表调校、控制组态、诊疗、报警、统计)发展,在控制领域内引发了一场前所未有革命。控制教授们纷纷预言:FCS将成为二十一世纪控制系统主流。 然而就在大
5、家沸沸扬扬对FCS进行概念炒作时候,却没有注意到它发展在一些方面不协调,其关键表现在迄今为止现场总线通讯标准还未统一,这使得各厂商仪表设备难以在不一样FCS中兼容。另外,FCS传输速率也不尽人意,以基金会现场总线(FF)正在制订国际标准为例,它采取了ISO参考模型中3层(物理层、数据链路层和应用层)和极具特色用户层,其低速总线H1传输速度为31.25kbps,高速总线H2传输速度为1Mbps或2.5Mbps,就针对西门子推出PROFIBUS总线而言:其市场站有率相对较大,但因为受通讯线路长度影响,在100M线路长度下最高通讯速率为12Mbps,这在有些场所下仍无法满足实时控制要求。因为上述原因
6、,使FCS在工业控制中推广应用受到了一定限制。当大家冷静下来对这些问题进行思索时,不禁想起了在商业网络中广泛应用以太网。 以太网含有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面优势,因为它支持几乎全部流行网络协议,所以在商业系统中被广泛采取。不过传统以太网采取总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测(CSMA/CD)通讯方法,在实时性要求较高场所下,关键数据传输过程会产生传输延滞,这被称为以太网“不确定性”。研究表明:商业以太网在工业应用中传输延滞在230ms之间,这是影响以太网长久无法进入过程控制领域关键原因之一。所以对以太网研究含有工程实用价值,从而产生了一个新型以太网。(三)工业以太网研究
7、现实状况 多年来控制和通讯工程师们致力于新型工业以太网研究工作,其中有代表性是FF制订快速以太网标准,其传输速度为100Mbps。综观工业以太网研究现实状况,出现了两个值得注意发展方向:以太网集线器和含有实时功效以太网协议。1以太网集线器 FF将以太网技术加入到H2协议中,并以它作为H2底层协议,其网络采取星型拓朴结构。集线器(HUB)置于网络中心并经过以太网I/O接口挂接现场设备,其中实时现场仪表和一般现场仪表(经过通道组)分别挂接在不一样以太网I/O接口上。以太网I/O接口高速(约100 kHz)扫描全部实时现场仪表和通道组,然后传送数据包到上层控制器。通常一般控制算法在现场控制器中进行(
8、可由上层控制器下载),而高级控制算法则在上层控制器中进行,其控制输出经以太网集线器和以太网I/O接口传输到现场实施仪表。因为实时现场仪表挂接在专用以太网入口地址,并用完全分离线路传输数据,所以确保了实时数据不会产生传输延滞和线路阻塞。集线器作为网络仲裁器,除了控制通信双方传输时间外,还对传输数据包进行优先级设置,使每条信息全部包含传输优先级等实时参数。另外智能化集线器还能够动态检测需要通讯现场设备所在以太网I/O口,并为之提供数据缓冲区,这么可大大缩短现场设备响应时间和降低数据重发次数。集线器和其它集线器相连可实现不一样网络之间数据共享。经验证这种采取以太网集线器技术FCS可使实时数据延迟时间
9、控制在200纳秒范围之内,这已足以满足多数场所实时控制要求。2在以太网协议中加入实时功效部分FCS生产商(如ControlNet、Profibus、Modbus和Java等)在开发自己工业以太网FCS时,在工业以太网协议中加入实时功效,此项技术被称为“地道”,它其实仅仅是在设备中加入特殊协议芯片,这里不做具体介绍。3工业以太网研究课题 上述研究工作进展为以太网进入FCS提供了可行性,但要使以太网能在FCS中发挥其强大网络优势,以满足现代工业控制中日益增加数据传输和信息传输种类(如语音、图象和视频等)需要,还有待于研究工作取得更大突破性进展。现在研究工作应集中处理以下两个方面问题:(四)立即推出
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