現場總線技術及控制系統

2、特點

分布式的FCS系統比DCS系統更好地體現了“信息集中，控制分散的思想。與傳統的DCS相比，FCS有其自身的特點。FCS系統具有高度的分散性，它可以由現場設備組成自治的控制回路。現場儀表或設備具有高度的智能化與功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行情況。另外，FCS的結構比DCS簡化。有的FCS系統省略了DCS中控制站這一層，操作站直接與現場儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。

現場總線系統具有開放性。系統對相關標準具有一致性、公開性，強調對標準的共識與遵從。通信協議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現信息交換，通過現場總線可構筑自動化領域的開放互連系統。系統的開放性決定了它具有互操作性和互用性。互操作性指互連設備間、系統間信息傳送與溝通;而互用則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可實現相互替換。作為工廠網絡底層的現場總線還對現場環境有較強地適應性。它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強的抗干擾能力。

由于結構上的改變，FCS比DCS更節約硬件設備。使用FCS可以減少大量的隔離器、端子柜、I/O卡及I/O端口，這樣就節省了I/O裝置及裝置室的空間;同時減少了大量電纜，可以極大地節省安裝費用。與此同時，FCS比DCS性能有所提高。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度得到極大的提高;通過將PID功能植入到相應的智能傳感器中去，使控制周期大為縮短。目前FCS可以從DCS的每秒調節2～5次增加到每秒調節10～20次，改善了調節性能。FCS控制系統與DCS控制系統結構比較見圖1。

3、現場總線的優點

由于現場總線的以上特點，特別是其系統結構的簡化，使其從設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出優越性。它不僅節省了硬件數量與投資，節省了安裝費用，而且系統的維護開銷也大大地降低。現場總線控制系統不僅精確度與可靠性高，在方便使用和維護性方面，FCS也比DCS有優勢。FCS使用統一的組態方式，安裝、運行、維修簡便;利用智能化現場儀表，使維修預報(Predicted maintenance)成為可能;由于系統具有互操作性和互用性，用戶可以自由選擇不同品牌的設備達到最佳的系統集成，在設備出現故障時，可以自由選擇替換的設備，保障用戶的高度系統集成主動權。此外，它還具有設計簡單，易于重構等特點。

四、發展趨向

傳統的集散控制系統(DCS系統)具有集中監控、分散控制、操作方便的特點。但是，在實際應用中也發現DCS的結構存在一些不足之處，如控制不能做到徹底分散，危險仍然相對集中;由于系統的不開放性，不同廠家的產品不能互換、互聯，限制了用戶的選擇范圍。利用現場總線技術，開發FCS系統的目標是針對現存的DCS的某些不足，改進控制系統的結構，提高其性能和通用性。

FCS想要在實際中取代DCS，既要具備DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺點。FCS由于采用了現場總線技術，在開放性、控制分散等方面優于傳統DCS。但是由于它是一種新技術，目前連標準本身都還沒有制定統一，因此FCS與成熟的DCS相比，還存在下列的一些欠缺。

(1)由于現場總線標準本身尚在發展中，從而給產品的開發和測試帶來難度。這在一定程度上造成產品開發商、生產商少，產品品種單一而且價格昂貴。

(2)在某些場合中，FCS還無法提供DCS已有的控制功能。由于軟硬件水平的限制，其功能塊的功能還不是很強，品種也不夠齊全;用現場儀表還只能組成一般的控制回路如單回路、串級、比例控制等，對于復雜的、先進的控制算法還無法在儀表中實現，對于單回路內有多輸入、多輸出的情況缺乏好的解決方案。

(3)目前FCS成功的應用實例不多，難以評估實際應用效果。由于以上這些原因，FCS取代DCS將是一個逐漸的過程。在這一過程中，會出現一些過渡型的系統結構，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系統。用戶將現場總線設備連接到獨立的現場總線網絡服務器，服務器配有DCS中連接操作站的上層網絡接口，與操作站直接通信。在DCS的軟件系統中可增添相應的通信與管理軟件。這樣不需要對原有控制系統作結構上的重大變動。

五、結束語

當前，各種形式的現場總線協議并存于控制領域。在樓宇自控領域，Lonworks和CAN網絡具有一定的優勢;在過程自動化領域，主要有過渡型的HART協議、得到廣泛支持的FF現場總線協議以及同樣較有競爭力的PROFIBUS協議。HART協議將是目前幾年內智能化儀表的主要通信協議;基金會現場總線是過程自動化領域中較有前途的一種現場總線，得到許多自動化儀表設備廠商的支持;由于Lonworks技術的開放性，國內出現了利用它開發控制系統的許多開發商。考慮到統一的開放式現場總線協議標準制定的長期性和艱巨性，傳統DCS的退出將是一個漸進過程。在一段時期內，會出現幾種現場總線共存、同一生產現場有幾種異構網絡互連通訊的局面。但是，發展共同遵從的統一的標準規范，真正形成開放式互連系統，是大勢所趨。