一個(gè)控制系統(tǒng)由I/O設(shè)備(傳感器和執(zhí)行器)、控制硬件、控制軟件、人機(jī)接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。設(shè)備級現(xiàn)場總線使I/O模件和控制箱得以分開,以太網(wǎng)使得現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)集成到企業(yè)應(yīng)用中。
早期的集中式控制系統(tǒng)
80年代初期,當(dāng)微機(jī)控制系統(tǒng)用于電站自動化領(lǐng)域時(shí),多使用以單板機(jī)組成的微機(jī)控制裝置,與上位機(jī)系統(tǒng)連接多采用串行通信方式,所有模件集中布置在一個(gè)或幾個(gè)機(jī)柜中。由這些裝置構(gòu)成的系統(tǒng)多為集中式控制系統(tǒng)或分層控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)為我國電站自動化控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用,其開拓性的實(shí)踐是今天控制系統(tǒng)豐富多彩的基礎(chǔ)。但是,這類系統(tǒng)技術(shù)上已經(jīng)落后,不符合控制系統(tǒng)分布、開放的發(fā)展趨勢。
DCS在我國電力行業(yè)特別是火電廠機(jī)組控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的DCS主要有4層結(jié)構(gòu):第1層是I/O層;第2層是控制器層;第3層是人機(jī)接口層;第4層是企業(yè)信息系統(tǒng)層。這種結(jié)構(gòu)與圖1相近,但除在第3層、第4層之間采用以太網(wǎng)外,其他都是專用網(wǎng)絡(luò),控制設(shè)備及軟件也是專用的,開放程度不夠,給系統(tǒng)維護(hù)及升級帶來不便。DCS在設(shè)備配置上還要求網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源甚至模件等都為冗余結(jié)構(gòu),支持無擾切換和帶電插拔,由于設(shè)計(jì)上的高要求,導(dǎo)致DCS成本太高。
PLC可編程邏輯控制器
嚴(yán)格說來,單獨(dú)的PLC因缺少人機(jī)接口及信息系統(tǒng)等部分,不是一個(gè)控制系統(tǒng)。PLC由于其高可靠性及使用的方便性,占領(lǐng)著很大的市場份額。從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看,傳統(tǒng)的PLC相當(dāng)于通用化的微機(jī)監(jiān)控裝置,由電源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及擴(kuò)展插箱組成,使用廠家提供的梯形圖邏輯語言進(jìn)行編程。但隨著市場的需要及DCS的挑戰(zhàn),PLC家族在以下幾方面得到了發(fā)展:1分布式I/O連接能力方面,由于許多高檔PLC支持遠(yuǎn)程I/O及現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(如DeviceNet,Profibus等),使PLC向下連接更分布;2廠級控制系統(tǒng)連接方面,許多PLC支持高速網(wǎng)絡(luò),如Ethernet,ControlNet,Profibus等;3軟件的開放性方面,由于許多PLC支持OPC標(biāo)準(zhǔn)(objectlinkingandembeddingforprocesscontrol),使軟、硬件平臺之間的數(shù)據(jù)通信找到了一個(gè)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。這種部分開放加上部分專用所構(gòu)成的系統(tǒng)可能還會延續(xù)一段時(shí)間。但是,正是由于PLC是一種通用的控制器,應(yīng)用到&&&%&&%&&&%&&%&1作為現(xiàn)地控制裝置有其局限性,需做許多硬件和軟件上的改進(jìn)工作,配置額外的設(shè)備和電路。與DCS相比,PLC有成本上的優(yōu)勢,但可靠性、電氣性能卻不如DCS。
FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
FCS(fieldbuscontrolsystem)顧名思義基于現(xiàn)場總線,根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場總線基金會的定義:
現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)應(yīng)具有以下技術(shù)特點(diǎn):1系統(tǒng)的開放性;2互可操作性與可用性;3現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性;4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性;5對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。
由于有以上技術(shù)要求,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將是開放系統(tǒng)的主要支撐力量。由于受集團(tuán)利益的限制,現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)本身目前還未形成一個(gè)單一的標(biāo)準(zhǔn)。常見的標(biāo)準(zhǔn)有Profibus,CAN,Lonworks,WorldFip及FF(fieldbusfoundation)等,人們期待著將于2000年初頒布的最后統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)IEC61158,FF與目前的IEC61158—3.4.5.6草案兼容?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)不僅需要控制系統(tǒng)設(shè)備制造商的支持,更主要的是要得到分散在現(xiàn)場的傳感器及執(zhí)行設(shè)備的支持,以取代DCS的數(shù)字/模擬混合技術(shù),成為全數(shù)字式系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)才會比DCS有很大的技術(shù)及成本優(yōu)勢。
目前的情形是,我國廣大的中小型生產(chǎn)企業(yè)還沒有DCS,大型企業(yè)使用DCS,使用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)近幾年內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。在這種情形下,什么是當(dāng)前適合中國國情的控制系統(tǒng)呢?筆者認(rèn)為作為過渡階段可行的方案應(yīng)是DCS—FCS結(jié)合的控制系統(tǒng)模式。這種模式采用智能I/O模件作為儀表上網(wǎng)的橋梁,同時(shí)節(jié)省成本;使用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)分布式、開放式的發(fā)展趨勢;使用開放式的控制器硬件及開放式的組態(tài)軟件代替DCS中專用的控制器,保留DCS的冗余技術(shù)及組態(tài)技術(shù)等優(yōu)點(diǎn),使用標(biāo)準(zhǔn)的開放性網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)作為廠級網(wǎng)絡(luò),而不是DCS的專用網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)的進(jìn)步、成本的進(jìn)一步降低,全開放式的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)必將是未來的趨勢。
