极品白丝嫩模被大哥操 浅谈现场总线控制系统

　　前言
　　
　　随着计算机网络技术的迅速发展，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已经成为工业化控制系统结构发展的必然趋势。以现场总线为基础的全数字控制系统是当今世界各国关注的热点问题。
　　
　　由于现场总线的前景广阔，九十年代初，为了迅速占领世界市场，在共同的经济利益驱使下，世界几大工业自动化仪表企业开始走强强联合的道路，先后成立了几大组织，各自制定了互不兼容的现场总线标准，使得现场总线标准的制定出现了更为复杂的局面。一方面为了获得用户的承认，一方面为了共同的利益，组成几大协会和基金会，参与标准的制定。有代表性为ODVA供应商协会、FIELDBUSFOUNDATION（PP）基金会和P-NET等组织。
　　
　　基金会现场总线在2002年9月举办了一次针对现场总线的技术交流会，下面就以在中国推广的（FF）现场总线为例介绍一下。
　　
　　1、简介
　　
　　现场总线不仅仅是个通讯协议，而且是一个完整的控制系统，通常被称为现场控制系统（FCS）。
　　
　　1.1 什么叫现场控制总线?
　　
　　现场总线是一种全数字、串行、双向的通信系统，通过该系统将传感器、执行器与控制器等“现场”设备相互连接起来，形成具有控制功能的系统。
　　
　　1.2 现场总线的构成
　　
　　由自动化通信网络、开放的现场总线、标准的用户层构成。
　　
　　1.3 现场总线的特点
　　
　　分散控制、互操作性、更经济性。
　　
　　DCS系统之所以成功取代DDC系统，是因为它同DDC相比更分散更数字化，FCS则进一步延伸了此概念，比DCS更分散更数字化。
　　
　　1.4 现场总线的优势
　　
　　现场总线技术，特别是FCS控制系统的结构，给工厂带来了巨大的好处，采用现场总线可以减少硬件投入。相应的由设计绘图的布线安装等工程的简化的系统费用也大大降低，总的来说，整体系统成本可节省30％。
　　
　　2、现场总线控制系统与其它控制系统的比较
　　
　　由图1便知DDC、DCS、FCS在结构上的不同，直接数字控制系统（DDC）是把现场模拟信号直接输入计算机，由计算机直接对其进行运算处理，并由计算机输出控制信号去控制现场设备，由于计算机的运算能力有限，这类控制一般不会很大，是控制集中，危险性大：
　　
　　分散控制系统（DCS），现场信号又通过输入输出设备点对点地输入DCS系统的处理卡件上进行运算处理，控制信号通过专门的输出卡输出，到现场设备进行控制。而计算机（操作站）作为人机接口，而不直接参与控制，系统的大小取决于处理卡件的多少，其控制是分散的，而信息通过网络集中到操作站，其系统可大可小，危险分散，安全增力口。
　　
　　FCS系统是通过内置于现场仪表内的控制器及微处理器，对过程参数进行运算，然后通过总线去控制现场的另一台仪表执行器，来达到控制设备的目的，从图1可以看出其控制全部是数字信号，且更加分散，而系统的大小可随分支总线的大小而定。
　　
　　现场总线的发展始于80年代中期，当时作为4—20mA的替代物，它脱胎于DCS，保留了DCS设计思想中的精华部分，因此现场总线与DCS并没有本质的区别。DCS在控制领域口碑不错，得到很多用户的肯定，正因为如此，FCS没有*另起炉灶，而是继承了DCS很多成功之处，诸如数字技术和分散控制，并将它们进一步发展以实现更多功能。无论是FCS还是DCS，甚至DDC，它们的基本点是相同的，通过中央控制室内的操作站和现场设备来完成工厂的运行控制。
　　
　　3、现场总线控制系统与其它控制系统相比的优势
　　
　　FCS控制系统除了如上所述可以节省投资外还具有如下优势：
　　
　　3.1 可操作性
　　
　　主流现场总线现已成为标准，来自世界各地不同厂家的产品可以连接在一起协同工作。不久的将来，陆续面市的各式各样的现场总线设备将涵盖所有可能的测量控制需求，满足所有可能的应用，无缝的现场总线系统可以轻松的集成，而不必使用特殊的驱动程序或象在专有系统中那样采用模拟信号来弥合，用户可以选用来自不同的厂商的的设备，而不必担心兼容性。这样，由于选择范围很大，用户可以得到性能价格比的产品，而不必束缚于某一个厂商。
　　
　　3.2 更好的数据有效性和完整性
　　
　　现场总线采用数字信号，或“0”或“1”，相对于容易发生衰减和失真的模拟信号，具有更好的鲁棒性。数字信号传输使用误码纠正机制，以确保准确无误。参考与测量、操纵参数相对应的状态信息，操作员可以更好、更自信的做出决定。数字通讯使多参数传输得以实现，从操作站可以得到更多现场设备的信息，包括设备工位号、设备识别、量程、结构材质、校准信息等。见图2。
　　
　　3.3 提高产品质量
　　
　　由于FCS没有了A/D、D/A转换，信号的完整性、精度得以提高，相应提高了整个系统的精度，也使产品质量更少发生变化，设备的校准信息，包括谁、何时、何地，如何对设备校准等，都按照ISO9000标准存储在设备中。通过追踪这些信息有助于保持设备运行的*状态。远程诊断和运行评估可以发现设备是否运行在要求条件下。
　　
　　通过这些方法，可以明确质量变化的原因，使设备运行良好。
　　
　　3.4 降低扩展和变动费用
　　
　　现场总线规模灵活，可以包括一个回路，也可以包括上千，甚至更多的回路，在原有现场总线系统基础上，不需要或仅需要很少硬件就可以增加新的回路或对原有回路进行修改。
　　
　　3.5 增加安全性
　　
　　现场总线诊断信息不仅仅报告给操作员，而且设备本身利用这些信息在设备发生故障时，采取安全措施，确保系统安全。因故障提示更为及时和，操作员可以更加迅捷的定位故障，并制定对应措施。
　　
　　4、现场总线的容错能力
　　
　　现场总线至少同DCS具有相同的容错能力，不过两者采用不同的容错能力，DCS使用总线冗余，而现场总线使用故障隔离。同DCS一样，FCS采用冗余的操作站（包括相应的接口），DCS的控制器网络冗余（数据高速路），同样，拥有控制器层网络的FCS也冗余（有些FCS系统不存在控制层网络）。同DCS一样，FCS电源系统也冗余，DCS需要控制器冗余，而在FCS中，控制由现场设备完成，不存在控制器，因而不存在冗余问题。
　　
　　4.1 点型安装
　　
　　DCS中现场设备与I/O卡件采用点对点的电缆连接方式。如果电缆发生故障，只会影响与挂接设备相关的回路。然而如果I/O卡件故障，会影响到所有与之相关的回路，通常是8个或更多回路。因此在DCS中，一个故障zui坏的情况下会导致8个回路的丧失。
　　
　　FCS中，一个回路zui少需要两个设备，一台变送器和一台执行器。按现场总线安装规范中保守的说法，一条总线可挂接12台总线供电设备（非总线供电设备挂接数目可达32台）。在大多数情况下，一条总线可挂接16台设备，16台设备zui多可提供8个回路。FCS中如果电缆发生故障，则失效设备数目，回路数目取决于电缆故障部位。如果生在电缆末端，可能只有一条回路受到影响，而zui坏的情况是如果电缆故障发生在控制室端，则可能影响到所有8个回路。
　　
　　在以上情况下，DCS、FCS的容错能力是相同的，即一个故障损失8个回路。
　　
　　4.2 关键回路
　　
　　DCS中，关键回路有时使用冗余的I/O卡件。一个小的故障在zui坏的情况下，也只会导致一个回路的丧失，也就是说，此时回路拥有较高的完整性。FCS可实现同样的完整性，只将关键回路单独放在一条总线，这样，电缆故障仅会导致一个回路的丧失。
　　
　　4.3 *冗余
　　
　　在石化行业，设备投入不算什么问题，整个系统I/O卡件都采用冗余，以达到更高的回路完整性。在这一方面，FCS同样可以做到。
　　
　　5、FCS会威胁到DCS吗?
　　
　　由于用户需要一个较为简单而且*可以操作的方案，以减少系统维护、扩展和升级的费用，FCS正是因此而发生的，它采用了数字通讯使得I/O卡件及电缆大大减少，现场设备自带微处理器，采用标准模块，将控制的实施*分散至现场，从而消除了控制器，为实现预见性维护，设计了数据状态指示，故障诊断以及故障提示功能，所有这些使现场总线不仅是一种通讯协议，而是成为DCS的*取代物，或者说迫使DCS转向FCS。
　　
　　6、结论
　　
　　DCS不再是过程控制系统的当然选择，FCS不仅能实现基本控制和互锁，也能完成*控制、ESDC（紧急停车）和ERP（企业资源管理）。*的基于现场总线技术的FCS系统*可以替代传统的DCS，并通过增强设备管理，在提高产品质量、产量的同时，降低了系统的总体拥有成本（TCO），极大地提高了生产效益。这是目前其它系统所无法做到的。