fcs技术总结

fcs技术总结 精品文档 fcs技术总结 篇一:FCS技术国内应用的现状存在的问题1 FCS 搁薪四讽耐瀑捶浅衬雌泰弗淌纹牺又溺馏拌藤至坤薪川蹬费伐窄 畦欠汝惭驱沉箱独恃谅瞬谷结好忻客芯脊锻妆霍骂哥蝗格亦戎聊虐喻 颅产挑口芬燎混墩置签夯微诗真崇连之程 本文只是我精心从网络上搜集来的，我保留了原作者的姓名。如果有 侵犯了你的权利，请第一时间通知我，我在第一时间内做出删除处 理。给你带来的不便表示抱歉。另外，如果文章中出现了应该有图片 而没有显示出来的，可能是因为文档在转换过程中的丢失造成的问 题，如果图片的请和我联系。 FCS 技术国内应用的现状及存在的问题 网络搜集 FCS 技术国内应用的现状及存在的问题 摘要:阐述目前现场总线技术存在的问题及国内应用现状，并对 有望解决这些问题的新技术给予了简单介绍。 关键词:现场总线控制系统;开放性;工业以太网;OPC 技术; Internet 技术 1 期望与现实的距离 1.1 多种标准并存 目前现场总线国际标准有 12 种，各个标准都有其特点，都有其不足， 没有一种标准能够覆盖所有的应用面。由于不同的现场总线的通信协 议有很大差异，要实现不同总线产品的互连非常困难，这使得 FCS 的 开放性，分散性和可互操作性等特点难以体现，给现场总线技术的推 广及 1 / 63 精品文档 现场总线控制系统的应用带来不利影响。 1.2 开放性 一般认为 DCS 和 PLC 是封闭性的控制系统，而 FCS 是开放性的系 统。在 12 种国际标准的后面，那些支持它们的公司，其中不乏就是制 造 DCS 或者 PLC 的大厂商，很难保证 FCS 的完全的开放性。 1.3 可互操作性 2 / 63 精品文档 现场总线的主要特点之一是可互操作性，但现有的 12 种现场总线国际 标准中，异种现场总线之间是不能进行互操作的，虽说可以通过网关 (gateway)通信或通过 OPC 协议进行互操作，但这种互操作只能在各 自的主机间进行，不能在彼此的现场仪表间进行，这种互操作达不到 系统的实时性要求。在一种国际标准现场总线的内部，进行互操作应 该是没有问题的;实际应用中发现，不同供应商提供同一现场总线标 准的设备之间不能完全实现互操作。 1.4 现场设备缺少选择余地 一方面标准过多，另一方面却缺少选择余地。以 FF 为例，用于连续过 程是较为有利的，FF 的 H1 开发已有 10 多年了，但到 2001 年 5 月 31 日为止，还只有 30 余品种 83 个现场仪表被正式注册可供选用， 国内没有一种产品注册,2,。近几年来，虽然国内也有不少厂家生产 现场总线仪表，但品种，数量都比较少，达不到批量生产，成本据高 不下，性能也不十分理想。 2 国内工程应用存在的问题 2.1 价格问题 FCS 的主要特点是节省安装费用和维护开销，在硬件的价格方面并不 比传统的 DCS 或者 PLC 低，甚至要略高于它们。国外的 FCS 应用试 点报告已了这种情况，FCS 的总费用低。但在国内，一方面用户 对硬件的价格十分敏感，而进口 FCS 硬件的价格高得惊人;另一方 面，由于国内目前人工费用 3 / 63 精品文档 低，所以工程，管理，安装，调试等 费用远比国外低。这是 FCS 在国内应用不多的一个重要原因。 2.2 冗余问题 按照现场总线的设计思想，低速部分不需要冗余，因为它已经将危险 分散了，局部故障不会导致全局的故障。现场总线的智能化仪表又有 实现维修预报的功能，可以事先防范;而且万一现场仪表故障，调节 回路失灵，也可以由主机进行操作干预。主机出现故障时，现场仪表 在现场自成调节回路而实现自主调节。但在实际生产中的一些特殊应 4 / 63 精品文档 用场合，控制系统用户(尤其是出现过由于控制系统失灵导致工厂事故 的生产企业)特别强调冗余，有的甚至要冗余到底(包括电源，网络等 等)，而目前现场总线国际标准 FF 的 F1 和 Profibus 的 PA 都没有 冗余。当然，要完全冗余，在技术上不是完全不可能的，但这样一 来，在经济上往往是不允许的。 2.3 调试和运行维护比预料的难 由于现场总线技术包含许多新的技术内容，尤其是像 FF 这样的现场总 线本身相当复杂，在调试过程和运行维护中经常会遇到这样那样的困 难。 2.4 应用规模较小，与传统控制系统相比较优点不明显 FCS 尽管已经发展多年，由于其经济性，安全性等诸多方面的原因， 目前应用主要集中在小系统和旧系统的改造，在大系统、关键系统中 不敢采用现场总线。这导致两方面的问题:一方面，因系统小，没有 把管理自动化和远程诊断功能纳入系统，因此无法发挥现场总线系统 降低运行维护费用的优势;另一方面，应用规模越大，它的优越性越 能得到充分的体现，同时也能发现它的缺陷(一些问题难以在小系统应 用中表现出来)，从而使其不断得到完善和发展，逐步得到用户的认可 和推广。仅在小系统中应用难以促进 FCS 的快速发展。 3 新技术展望 3.1 工业以太网技术 以太网适配器价 5 / 63 精品文档 格的大幅度下跌以及各种产品和标准对以太网的支持 是其成功的重要因素。企业的信息层大多数采用了以太网的解决方 案，当控制层和设备层都采用以太网时，则可以实现各层之间信息的 无缝连接，并且整个网络系统将是透明的。以太网采用 IEEE802.3 所定义的数据传输协议，是一个开放的协议标准，从而为 PLC 和 DCS 厂家广泛接受。在大多数场合，它还可以使用现有的布线。此外，还 允许逐步采用新技术，可以一步步将网络升级。至于以太网存在的不 确定性和实时性能欠佳的问题，由于智能集线器的使用，主动交换功 能的实现，优先权的引入以及双工的布线等，基本上得到了解决。通 6 / 63 精品文档 过提高数据传输速率，仔细选择网络的拓扑结构及限制网络负载等， 可以将发生数据冲突的概率降到最低。这些都给以太网进入实时控制 领域创造了条件。 3.2 OPC 技术 OPC 技术以 OLE、组建对象模型 COM、分布式组建对象模型 DCOM 技 术为基础，定义了一套适用于过程控制应用，支持数据访问、报警、 事件与历史数据访问等功能的接口，便于不同供应商的软硬件实现“即 插即用”的连接与系统的集成。当各现场设备、应用软件都具有标准的 OPC 接口时，便于集成不同数据源的数据，使运行在不同平台上、用 不同语言编写的各种应用软件顺利集成。还可以跨越网络将不同网络 节点上的组建模型连接成应用系统，成为集成计算机应用系统和软件 的有效工具。OPC 可以作为现场设备间开放式数据交换的中间件，作 为网段间数据共享的中间件，作为集成 FCS，DCS 与 PLC 的中间件， 作为访问专有数据库的中间件，可以作为即插即用的软件主板。OPC 技术为构建开放的自动化系统提供了有效的解决和工具，成为控 制系统数据交换的核心技术。OPC DX(数据交换)、以太网(高速)和 现场总线(低速)三者的结合将在很多领域得到广泛的应用。 3.3 Internet 技术 现场总线技术与互联网技术结合已经成为当今现场总线技术发展的新 亮点。一方面是因为它技术成熟，易于得到，性能价格比高;另一方 面是因为技 7 / 63 精品文档 术的发展，现场设备对通信性能的要求提高，原有的现场 总线技术难以满足应用要求，因而转向青睐互联网技术。控制网络与 互联网的结合无疑会拓宽测量控制系统的范围与视野，为实现跨地区 的远程控制与故障诊断创造了条件。人们可以在千里之外查询生产现 场的运行状态;方便地实现偏远地区生产设备的无人值守;远程诊断 生产过程或设备的故障等。在现场总线领域采用快速以太网技术，以 物美价廉的以太网设备代替控制网络中相对昂贵的专用设备是趋势之 一。在现场设备中内置 Web 服务器使现场设备具有网页发布功能，通 过网页与外界交换信息，应该说这是将互联网设备的功能与技术直接 引入到现场总线设备的结果，当前许多现场总线组织都在致力于与互 联网技术相结合的现场总线产品研发。 8 / 63 精品文档 4 结束语 随着近年来各种新技术地不断涌现，新一代工业自动化系统也应运而 生，目前正向着整体、综合、集成的方向发展。采用高可靠性智能化 的现场总线控制系统(FCS)，开发先进的过程控制策略(APC);在各 个层次上实现在线优化(OPC);推行管理信息系统(MIS/DSS)，进而 开发计算机集成的管理与控制一体化系统;部署企业资源计划系统 (MPR? /EPR)，连接基于 Internet 的电子商务系统，已成为发达国 家过程工业控制与计算机在线应用的标准发展模式，这也最终将成为 我国过程自动化的发展方向。 参考文献 ,1,阳宪惠.现场总线技术及应用,M,.北京清华大学出版社，1999. ,2,夏德海.现场总线的困惑、无奈与出路,J,.世界仪表与自动 化，2001，(12) . ,3,阳宪惠.开放工控系统的中间件—OPC 技术,J,.自动化博览， 2002，(4). ,4,邹益仁.现场总线控制系统的设计和开发,M,.北京:国防工业 出版社，2003 .(end)网络收集，如果侵犯了您的利益，请立刻和我联系，我将第一时间内 做出处理～～ 另外，如果有需要购买着，不方便在豆丁购买的，支持支付宝，T*B 交易，优惠。。。 & & & & & & 关键词] 中外企业;融资制度;融资方式 分，其的必要前提。随着中国加入 WW W ，据此间媒体报道，国土资 源部已将一份涉及全国 1 4 1 1 宗闲置土地的统计表交予银监会，银 监会将根据这份“ 黑名单” 做 9 / 63 精品文档 一次全面的风险排查。其中 8 8 8 的闲 置土地可能被收回。 10 / 63 精品文档 我饿啦理科类金融了网络接入立刻极为控政策下，保障房用地不断增 加，全国地价稳中有降，“ 地王” 遇冷的消息接二连三，土地市场的 悄然变化，是否预示着房价拐点已经来临, 新“ 地王” 诞生后迅即被收回，这可能并不是个案。热烈极为恶劣进 入了我看见人了金三菱电机发生设立了算了流量了乐山大佛啊啊啊啊 啊嗯嗯额额外我 Q Q 去二二二二二请求权 对吉利来说，这是具有重要历史意义的一天，我国的企业将与外国的 中小企业在国际舞台上正面竞争，因此，正确对中外中小企业的融资 制度进行必要的比较，发展我国的中小企业的融资制度是推动我国中 小企业发展的必要途径。 中新网 8 月 4 日电( 林伟) 在新一轮的楼市调我们对能够成功 收购沃尔沃轿车公司感到非常自豪。这一瑞典世界级知名豪华汽车品 牌将坚守其安全、质量、环保和现代北欧设计这些核心价值，继续巩 固和加强沃尔沃在欧美市场的传统地位，积极开拓包括中国在内的新 11 / 63 精品文档 12 / 63 精品文档 篇二:DCS,PLC和FCS技术的发展及应用 DCS，PLC 和 FCS 技术的发展及应用摘要:分散控制技术(DCS)，可编程控制器技术(PLC)和现场总线技术(FCS)在当今的自动 控制领域中得到了广泛的应用， 本文阐述了这三项技术的特点， 并对它们的发展状况及应用 提出自己的看法. 关键词:plc;dcs;fcs;应用发展;0 前言在连续型流程生产自动控制( PA ) 或称为“工业过程控制”中有三大控制系统: PLC ( Pro2gram Logic Control) 为可编程逻辑控制器; DCS(Distributed Contorl System) 为集散控 制系统(又称公布式控制系统) ; FCS ( FieldBus Contorl Syes2tem) 为现场总线控制系统。 在总 结和吸取常规模拟仪表控制和早期计算机控制的优点的基础上， 综合现代科技成果而发展形 成的，是"4C"技术(计算机技术，控制技术，通信技术，图象显示技术)的结晶。1 PLC1.1 PLC 控制技术概论 PLC 是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统， 它将计算机技术、自动 控制技术和通讯技术融为一体， 成为实现单机，车间，工厂自动化的核心设备， 具有可靠 性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便等优点。随着技术的进步，其控制功 能由简单的逻辑控制， 顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制， 成为自动化领域的三 大技术支柱 13 / 63 精品文档 (PLC，机器人，CAD/CAM) 之一。 1.2 PLC 的特点 PLC 从传统的继电器回路发展而来， 从开关量控制到顺序控制、运送处理等， 控制 顺序是从下而上的。最初的 PLC 甚至没有模拟量的处理能力，因此， PLC 从开始就强调逻 辑运算能力。PLC 系统具有以下技术特点: 。 1.2.1 从开关量控制发展到顺序控制、运送处理， 是从下而上的。 1.2.2 连续 P ID 控制等多功能( P ID 在中断站中) 。 1.2.3 可用 1 台 PC 机为主站， 多台同型 PLC 为从站。 1.2.4 也可用 1 台 PLC 为主站， 多台同型 PLC 为从站， 构成 PLC 网络。比用 PC 机 作主站方便;有用户编程时， 不必知道通信协议， 只要按说明书格式写即可。 1.2.5 PLC 网络既可作为独立 DCS， 也可作为 DCS 的子系统。 1.2.6 主要用于工业过程中的顺序控制， 新型 PLC 也兼有闭环控制功能。 发展至今， PLC 已经具备了模拟量的控制功能， 有的 PLC 系统模拟量处理能力很强， 如西门子 S7400、AB 的 Control Logix 和施耐德的 Quantum 系统。 1.3 PLC 的发展及趋势 早期的 PLC (20 世纪 60 年 14 / 63 精品文档 代末—70 年代中期) 一般称为可编程逻辑控制器。 这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义， 其主要功能一般只用于单一工序的自动控制。 它在硬件上以准计算机的形式出现， 在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要 求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还 采取了一些措施， 以提高其抗干扰的能力。在软件编程上， 采用广大电气工程技术人员所 熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。 因此， 早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置， 15 / 63 精品文档 其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。2) 中期 的 PLC(20 世纪 70 年代中期—80 年代中，后期)在微处理器的出现使 PLC 发生了巨大 的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元 (CPU) 。这样，使 PLC 功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算，计时， 计数等功能以外，还增加了算术运算，数据处理和传送， 通讯， 自诊断等功能。在硬件方面， 除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块，远程 I/O 模块，各种特殊功能模 块。并扩大了存储器的容量， 使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存 器， PLC 应用范围得以扩大。 使 3) 近期的 PLC (20 世纪 80 年代中后期至今) 进入 20 世 纪 80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展， 微处理器的市场价格大幅度 下跌， 使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。 而且， 为了进一步提高 PLC 的处理速度， 各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软硬件功 能发生了巨大变化。跨入 21 世纪后，不论是硬件还是系统软件(专用操作系统、编程语言)， 以至于联网通信，PLC 正在向标准化方向发展，以谋求在 ERP，MES 和 PCS 的 3 层体系 结构中立于不败之地， 更好地满足工业生产， 16 / 63 精品文档 管理及经营系统不断追求降低成本， 快速响应， 综合和整体高效，从而增强产品竞争力的要求。我国可编程控制器的引进，应用，研制，生 产是伴随着改革开放开始的。 最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。 接下来在各种 企业的生产设备及产品中不断扩大了 PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编 程控制器。上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列， 杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系 列，大连组合机床研究所生产的 S 系列，苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产品已 具备了一定的规模， 并在工业产品中获得了应用。 此外， 无锡华光公司， 上海乡岛公司， 南 京嘉华公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。虽然我国在 PLC 生产方 面还比较弱， 但在 PLC 应用方面， 我国是很活跃的， 近年来每年约新投入 10 万台套 PLC 产 品，年销售额 30 亿元人民币，应用的行业也很广。 可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC 在我国将有更广阔的应用天展望未来， PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的 设计和制造上， 会有运算速度更快， 存储容量更大， 智能更强的品种出现; 从产品规模上看， 会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更 齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会 17 / 63 精品文档 更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上 看， 各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破， 会出现少数几个品牌 垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看， 可编程控制 器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。 目前的 计算机集散控制系统 DCS(Distributed ControlSystem)中已有大量的可编程控制器应用。伴 随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部 分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 1.4 PLC 的行业应用 冶金作为大型 PLC 最大的应用行业，占据了大约 1/4 的市场。冶金行业各控制环节要 求精度高，控制点数多，故而是大中型 PLC 应用的主要行业。就中国而言，我们的冶金行 业的现状是非常落后、装备技术水平低，相信随着下游市场要求的提高和竞争的加剧，将带 来大量的技术改造项目和高端生产线的投资。中国已有 6000 多家冶金企业，有大量在用的 PLC 产品和众多升级换代及备品备件市场。 汽车业是最有潜力的 PLC 行业之一，主要需对各生产线的工位进行控制，PLC 的应用 数量多，但控制点数并不高，多在 300 个 I/O 左右，以中型 PLC 为主。 18 / 63 精品文档 电力行业本身的自动化水平很高，对 PLC 的应用规模基数很大，是大中型 PLC 应用的 又一大行业。PLC 系统在电力施工机械中得到广泛应用，并有良好的市场和空间。 19 / 63 精品文档 在化工行业，PLC 市场保持着稳定增长。未来化工行业在合成材料和有机化工领域投 资应该会增大，这些领域项目对于自动化产品的需求量比较大。同时，由于对化工行业环保 要求的提高， 化工厂需要对周边的水处理和循环系统进行改造， 会对自动化产品产生一些新 增要求。2 DCS 2.1 DCS 控制技术概论DCS 即分布式控制系统是指由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又 可集中获取数据、 集中管理和集中控制的自动控制系统。 分布式控制系统是在计算机监督控 制系统、 直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的， 是生产过程的一种 比较完善的控制与管理系统。 在分布式控制系统中， 按地区把微处理机安装在测量装置与控 制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中 。这种分散化的控制方式能 改善控制的可靠性，不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故障时， 过程控制级(控制回路)仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。 与计算机多级控制系统相比， 分布式控制系统在结构上更加灵活、 布局更为合理和成本更低。 2.2 DCS 的特点 分散控制系统 DCS 是集 4C (Communication，Computer， Control、CRT) 技术于一身 的监控技术。DCS 的技术特点如下 。 20 / 63 精品文档 2.2.1 控制功能强。可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非 线性控制等，也可实现顺序控制。 2.2.2 系统可靠性高。 2.2.3 采用 CRT 操作站有良好的人机交互接口。 2.2.4 软硬件采用模块化积木式结构。 2.2.5 系统容易开发。 2.2.6 用组态软件，编程简单，操作方便。 2.2.7 具有良好的性价比。 2.3 DCS 的发展及趋势 DCS 是继 1969 年 PLC 问世后，由 HONEYWELL 公司在 1975 年首先推出的系统。即: TDC2000，它只有模拟量控制。 从不同方向发展起来的 DCS 在结构上、软件方面有些区别。仪表公司开发的 DCS 的 控制器的软件部分比较符合仪表工程人员应用的习惯， 特别是组态方式比较方便。 传动公司 设计的 PLC 部分比较好。计算机公司设计的 DCS 的人机界面比较友好。相继出现的 DCS 有 MAX-1、RS3、MOD?、N-90、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200;日本横河的 YEPARK MARK ? 、 东 芝 的 TOSDIC ; 英 国 kent 的 P4000 ; 德 国 西 门 子 的 TELEPERM 、 ， PROCONTROLP、瑞典 abb 的 AC210 等。 在硬件结构、软件应用和网络协议方面，随着计算机技 21 / 63 精品文档 术的发展，大约有三次比较大 的变革。表现在操作站、DCS 网络、现场总线的出现三个方面。七十年代操作站的硬件、 操作系统、监控软件都是专用的，由各 DCS 厂家自己开发的，操作站也没有动态流程图， 只有文本显示。通讯网络的协议基本上都是采用轮询方式的，在网络上设交通指挥器。八十 年代就发生变化了，通讯网络较多地使用令牌方式。九十年代操作站出现了通用操作站，打 开了 DCS 形成的自动化“孤岛” 。九十年代末 DCS 通讯网络有部分开始采用以太网。21 世 纪初 DCS 和 MIS 系统相结合，组成综合管理信息系统。DCS 的信号送到全厂和存入工厂数 据库。供管理人员查询。MIS 系统的数据传输，载体采用光纤网和电话线网相结合的方式。 传输数据多的地方采用光纤， 数据少的地方用电话线， 很像公共交通中的高速公路和国道联 合使用一样。称为对称数字订户线(SDSL)技术。国内已有非对称数字订户线(ADSL) 22 / 63 精品文档 技术。 总的来看，DCS 本身的 I/O 板变化主要体现在 I/O 板 A/D 的转换位数。操作站的变化 体现在软、硬件的改变，通讯网络结构、协议的改进。控制器相对来讲变化要小的多。它只 是由于芯片水平的提高而作一些调整。 功能块的算法和组态方式是不变的。 操作站主要表现 在由专用机变化到通用机，监控软件由专用逐渐变化到通用。如普通微机(PC 机)和小型 机、FIX 和 INTOUCH 用于操作站。专用操作站的硬件在 90 年代初就被淘汰。后来专用操 作系统也被淘汰。目前许多 DCS 系统的操作系统采用 UNIX 或其变种，也有中、小系统采 用 NT。相比较来看，UNIX 的稳定性要好一些，采用 NT 系统死机现象发生较多。 DCS 的另一个重要发展是:现场总线作为控制器的输入、输出。把现场总线作为 DCS 的输入、输出板，目的是解决远程信号的数据传输问题。如把 HART 总线做成 DCS 的一种 输入板，可以有 16 个变送器连接在 HART 总线上。 又如 LONWORKS 总线作为 MOORE 的 353 回路控制器的输入、输出。把两个控制回路的控制器的控制回路增加到 25 个控制回路。 同时还能有 100 个开关量。变送器、执行机构和 DCS 的控制器的距离可达 1 公里以上。不 仅解决了远程信号的 23 / 63 精品文档 数据传输问题，还节省了连接电缆。 现场总线的提出到现在也有将近十年的历史，为节约从变送器到控制器的连接电缆， 拟把控制器甩掉而自成系统，即只有 I/O 板和人机界面。这种方案也在发展。相对于 DCS 和工厂网的发展来看，显得要缓慢一些。 2.4 DCS 在控制中的应用 2.4.1 在网络方面，DCS 网络是整个系统的中枢神经，和利时公司的 MACS 系统中的 系统网采用的是双冗余的 100Mbps 的工业以太网， 采用国际标准协议 TCP/ IP。 它是安全可 靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好。 2.4.2 DCS 整体考虑方案。操作员站都具备工程师站的功能，站与站之间在运行方案程 序下装后是一种紧密联合的关系， 任何站、 任何功能、 任何被控装置之间都是相互连锁控制， 协调控制的。DCS 可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是，由 于自身的致命弱点，其 I/ O 信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在 DCS 工程师站上 对现场仪表(比如变送器、执行器等) 进行远方诊断、维护和组态。当采用现场总线仪表时 才能通过 现场测控站对现场仪表进行诊断和维护。 2.4.3 DCS 在整个设计上留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便。 24 / 63 精品文档 2.4.4 在安全性上，DCS 系统为保证控制设备的安全可靠，采用了双冗余的控制单元， 当重要控制单元出现故障时， 都会有相关的冗余单元实时无扰动的切换为工作单元， 保证整 个系统的安全可靠。 2.4.5 系统软件，对各种工艺控制方案进行更新是 DCS 的一项最基本的功能，当某个方 案发生变化后， 工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后， 执行下装命令就可以了。 下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。 2.4.6 模块 DCS 系统所有 I/ O 模块都带有 CPU ，可以实现对采集及输出信号品质的 判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。3 FCS 3.1 FCS 控制技术概论FCS( Fieldbus Control System)是以现场总线为基础贯穿于生产现场，在测量、执行机构 (过程控制现场仪表)和控制设备(控制室操作站)之间实现双向、串行、多节点数字通信的控 制系统。实质上它是将DCS、PLC控制系统的远程分散在现场的控制器(控制站) 和I/O的现 场总线功能延伸到现场的测量控制仪表、 执行器。 现场总线控制系统主要由现场总线仪表(智 能仪表)、控制器、现场总线线路、监控组态计算机组成，具有全数字化、全分布、双向传 25 / 63 精品文档 输自诊断、节省布线及控制空间、多功能仪表、智能化与自治性、开放性等特点。现场总线 系统的本质特征是使用有现场总线通信能力的智能现场仪表设备， 这些可通信智能现场仪表 设备所构成的网络站点，不仅具有竖向(与系统)通信也具有横向(节点之间)通信的能力。 3.2 FCS 的特点 现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在 3C(Computer 计算机、Control 控制、 Communication 通信) 技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地 使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。现场总线技术不仅是一种通信技术，它实际上 融人了智能化仪表、计算机网络和开放系统互连(OSI) 等技术的精粹。 3.2.1 开放性、互操作性和互换性 遵循公开统一的技术标准，可实现设备互操作性和互换性。也就是说，用户可以把遵守 相同标准的不同厂家、不向品牌、功能相同的产品集成在同一个系统内，构成 FCS，并可在 同功能的产品之间进行相互替换，使用户具有了自控设备选择、集成的主动权。 3.2.2 数字化通信 现场设备具有数字通信功能。利用数字信号代替模拟信号，其传输抗干扰性强，测量精 度高，大大提高了系统性能。 3.2.3 智能化与功能自治性 智能化的现场设备可以实 26 / 63 精品文档 现多种先进的功能，如简单控制功能、检测、变换、诊断和运 算等，可现场就地及时处理信息，不使信息过多地往返于网络上传递，提高传输速度和减小 控制响应时间。 3.2.4 高度分散性 现场设备智能化， 实现彻底的分散控制， 位控制系统功能不依赖控制室的计算机或控制 仪表，而在现场完成，简化了系统结构，提高了可靠性。 3.2.5 适应性 指对现场环境的适应性，含电磁环境，气候环境，机械环境。大部分现场总线结构是线 状的，且采用两线制实现供电和通信，易解决网络供电、本安防爆等问题，具有较强抗干扰 能力。 3.3 FCS 的发展及趋势 早期的控制系统主要是模拟仪表控制系统，设备之间传输的信号为 1,5V 或 4,20mA 的直流模拟信号，信号的精度较低，传输过程中易受干扰。随着电子技术和计算机技术的发 展，以单片机、计算机和可编程序控制器(PLC)为控制器的集中数字控制系统逐步取代了 模拟仪表控制系统， 集中数字控制系统中控制器内部传输的是数字信号， 克服了模拟仪表控 制系统中模拟信号精度较低的缺点， 提高了系统的抗干扰能力。 但是集中数字控制系统对控 制器的要求很高， 必须具有足够的处理能力和很高的可靠性， 当系统任务增加时控制器的效 率和可靠性会下降。 以集中管理、分散控制为核心思想的集散控制系统 27 / 63 精品文档 (DCS)在 20 世纪末期逐步占据了 主导地位。在集散控制系统中管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，多台下位 机下放分散到现场实现分布式控制功能， 上下位机之间以控制网络互联以实现相互之间的信 息传递， 克服了集中数字控制系统对控制器的的处理能力和可靠性要求很高的缺点。 在集散 控制系统中分布式控制功能的实现正是得益于网络技术的发展和应用，然而，由于不同的 DCS 厂家出于垄断经营的目的而对其控制通讯网络采用专用的封闭形式，不同厂家的 DCS 系统之间以及 DCS 与上层的 Intranet、 Internet 之间难以实现网络互联和信息共享， 因此 DCS 系统实质上是一种专用封闭的、不能互联的分布式控制系统，且 DCS 价格昂贵，用户对此 提出了开放性和降低成本的迫切要求。 现场总线控制系统 FCS 正是顺应了上述的用户要求，采用了现场总线这一开放的、可 28 / 63 精品文档 互连的网络技术将现场的各种控制器和仪表设备相互连接， 把控制功能彻底下放到现场， 降 低了安装成本和维护费用。因此 FCS 系统实质上是一种开放的、可以互连的、彻底分散的 分布式控制系统。 1984 年，美国仪表协会(ISA)下属的标准与实施工作组中的 ISA/SP50 开始制定现场 总线标准;1985 年，国际电工委员会决定由 Proway Working Group 负责现场总线体系结构 与标准的研究制定工作;1986 年，德国开始制定过程现场总线(Process Fieldbus)标准，简 称为 PROFIBUS，由此拉开了现场总线标准制定及其产品开发的序幕。 1992 年，由 Siemens，Rocemount，ABB，Foxboro，Yokogawa 等 80 家公司联合，成立 了 ISP(Interoperable System Protocol)组织，着手在 PROFIBUS 的基础上制定现场总线标 准。1993 年，以 Honeywell，Bailey 等公司为首，成立了 World FIP(Factory Instrumentation Protocol)组织，有 120 多个公司加盟该组织，并以法国标准 FIP 为基础制定现场总线标准。 1994 年，ISP 和 World FIP 的北美分部合并成立了现场总线基金会(Fieldbus Foundation 简 称 FF) ，推动了现场总线标准的制定和产品开发，并于 1996 年第一季度颁布了低速总线 H1 的标准， 安装了示范系统， 将不同厂商的符合 FF 的设备互连构成控制系统和通讯网络， 29 / 63 精品文档 使 H1 低速总线开始步入实用阶段。 与此同时， 在不同行业还陆续派生出一些有影响的总线标准。 它们大都在某些公司标准 的基础上逐渐形成，并得到其他公司、厂商、用户及国际组织的支持。如德国 Bosch 公司推 出的 CAN(Control Area Network) ，美国 Echelon 公司推出的 LonWorks 等。预计在今后的 一段时期内， 会出现几种现场总线标准共存、 同一生产现场有几种异构网络互连通讯的局面。 但是发展共同遵从的统一的标准规范， 真正形成开放的互连系统， 将是现场总线技术的发展 趋势。 现场总线技术是工业控制领域出一种新兴的控制技术，它是计算机技术，通信技术， 集成电路技术及智能传感技术几种技术的结合， 是当今自动控制技术发展的热点， 代表了工 业控制 领域今后的一种发展方向。它的出现，将使传统的控制系统无论在结构上还是在性 能上出现巨大的飞跃， 可以说现场总线是控制领域的一场革命， 它代表了一种有突破意义的 新的控制思想，它将开辟一个新的时代。现场总线出现于 80 年代中后期，从本质上来说， 它是一种数字通信协议， 是一种应用于生产现场、 在智能化控制设备之间实行双向串行通信、 多节点的数字通信的系统，是一种开放的、数字化的、多点通信的低层控制网络。它使 30 / 63 精品文档 得自 控系统和设备有了通信能力。现场总线控制系统 FCS(Fieldbus Control System)是继基地式 气动仪表控制系统， 电动单元组合式模拟仪表控制系统， 集中实式数字控制系统集散式控制 系统 DCS 后的新一代控制系统。现代工业控制思想的核心是“分散控制，集中监控”使得 “危险分散，控制分散” ，但即使是现在流行的 DCS 控制，其与工业过程打交道的过程控 制站仍然还是集中的，现场信号的检测、传输和控制还是采用的 4~20mA 的模拟信号，这正 是对分散控制，集中监控思想的违背。而 FCS 控制系统真正做到了这一点，把控制彻底地 下放到现场，现场的智能仪表就能完成诸如数据采集，数据处理，控制运算和数据输出大部 分现场功能， 只有一些现场仪表无法完成的高级控制功能才由上位机来完成。 而且现场节点 之间可以相互通信实现互操作， 现场节点也可以把自己的诊断数据传送给上位机， 有益于设 备管理。 3.4 FCS 在控制中的应用 3.4.1现场仪表应用 常规仪表是化工自动控制的重要检测工具，通用性很强，广泛用于化工企业的流量、压 力、液位、温度等工艺参数检测和控制。目前整个工业仪表发展的明显趋势是电动电子仪表 逐步取代气动仪表，成为生产主要检测控制工具。气动仪表由于具有安全可靠、防爆、维护 方便、价格便宜等优点，化 31 / 63 精品文档 工企业一些恶劣环境和小型化工企业仍在使用气动仪表，如小型 化肥厂使用气动仪表约占仪表使用量的32.98%。分析仪表是检测化工生产中化学成不可缺 32 / 63 精品文档 少的工具，特别是随着环境保护、提高产品质量和节约能源的要求，分析仪表的作用越来越 明显。80年代以来，在线工业流程分析仪表较多地得到应用，把成份信号引入调节系统和计 算机系统。合成氨和氨加工生产中，采用气相色谱仪等分析器分析原料气、转化气、合成气 的组份含量达到控制氢氮比、水碳比、氨碳比，维护设定值在最佳值;石油化工生产中，采 用色谱仪分析裂解炉出口裂解气、乙烯、丙烯等组份含量;其它化工厂中的聚氯乙烯、氯碱、 农药生产中，分析器都被作为有效成份检测工具;工业锅炉、煤加热器等设备的燃烧控制， 精馏过程中的产品组份分析都用了不少分析器。目前化工系统所用的各种型号的分析器较 多，据不完全统计，化工企业所用的工业流程分析器达30多种。 3.4.2 中央控制器配备目前我国大部分化工企业装备了基于PLC(可编程控制器)系统或 DCS(集散控制系统)的自动控制系统，但部分企业特别是一些小型化工厂还停留在通过继电 器动作进行简单控制的原始阶段。PLC用于程序控制、顺序控制和连续生产过程控制，具有 使用方便、可靠性较高、维护费用相对较低的优点。其主要特点是利用计算机的逻辑运算代 替传统继电器的逻辑运算， 但其缺点是模拟量功能相对较弱， 在化工企业的生产过程大量的 模拟量信号处理中必须依靠复杂的编程来实现。 33 / 63 精品文档 稍后推出的DCS在运算放大器的基础上用计 算机的模拟运算代替原来的模拟运算， 在控制多个模拟量回路时很有优势， 并且DCS开发的 冗余功能被广泛采用，成为许多控制方式的借鉴点。但其缺点是安装和维护费用较高，逻辑 运算速度较慢，传输距离有较大限制，最大的问题是由于系统的不开放性，不同厂家的产品 不能互换，限制了用户的选择范围。据2000年的不完全统计，目前我国应用PLC控制造气生 产的小化肥厂已达78.43%;应用DCS控制生产的中型化肥厂已占65.38%，应用PLC的占 28.1%。氯碱系统使PLC占17.97%，使用DCS比例为23.03%。4 结束语现场总线代表了一种有突破意义的新的控制思想，它开辟了控制领域的一个新时代。 FCS是工控领域发展的主流，DCS在很长时期内仍具有旺盛的生命力，而PLC通过不断的发 展，将在工控系统中继续发挥它的强大的控制功能。作为最终用户，希望的是选用顺应当前 技术发展潮流，系统投入、运行成本低，可靠性高，管理维护容易，结构简单，易扩充和具 有高度系统集成主动权的控制系统。参考文献:1.胡学林:可编程控制器原理及应用 电子工业出版社 2007 年 1 月 2.胡学林:可编程控制器应用技术 高等教育出版社 2005 年 7 月 3.殷建国 可编程序控制器及其应用 2006 年 8 月 4.张雪申 叶西宁 集散控制系统及其应用 5.周明:现场总线控制系 34 / 63 精品文档 统，中国电力出版社，2002 年 3 月. 6.杨昌琨:可编程控制器应用技术，中国电力出版社，2003 年 7 月. 7.阳宪惠 1 现场总线技术及其应用 1 北京?清华大学出版社， 199916 8.白焰等 1 分散控制系统与现场总线控制系统 1 北京?中国电力出版社， 2000 35 / 63 精品文档 篇三:2014年度调试技术总结 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03仪表调试孟海军仪表调试在外人看来总是带着一层面纱， 给人一种难以捉摸感觉。 也正是这种难以捉摸 的感觉，让我这个调试人员不断的学习，不断的去了解，不断的努力。仪表调试的最终目的 是达到设计要求， 使其仪表设备能够在运行工况实现其功能。 仪表调试在我们的工程中分为 两大项即仪表设备单体实验和仪表回路测试。一、仪表设备单体实验仪表设备单体实验的目的在于判别仪表设备是否符合设计要求， 是否合格。 如何去判别， 判别标准又是什么，这些都是要依据施工规范和鉴定规程。所以，熟悉仪表的鉴定规程和施 工规范就是熟悉仪表调试标准， 因为规范和规程里的每一条不是随意编制的都有着一定的意 义。 一名仪表人员首要就是要有着强大的理论基础， 要知道每种仪表设备其本质是什么也就 是原理。 只有知道其原理才能明白呢为什么在实验时用某种设备去模拟其原理看其显示是否 正常及格。 目前化工仪表分类按其作用分为温度， 压力， 流量， 36 / 63 精品文档 物位， 物性， 成分， 执行器。 1:温度检测仪表可以分为接触式和非接触式，我们工程中常见也就是双金属温度计， 热电阻，热电偶，温度变送器。热电偶都不是很常见，双金属温度计的感温元件是用两片线 膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的。 当双金属片受热后， 由于两金属的膨胀度不相 同而产生弯曲。温度越高，产生的线膨胀长度差越大，因而引起的弯曲角度越大。所以在调 校时我们应当模拟测量环境温度的变化，以检测是否合格 热电阻是应用大多数金属在温度每升高 1?时其阻值要增加 0.4%,0.6%，电阻值在 一定温度范围内随温度的变化而变化的这一原理。 所以我们在调校热电阻时就是测量其电阻 值并以此为依据来判别是否合格， 在判断一支热电阻是否正常通常测量其电阻值一般为 109 Ω 左右。 热电偶是基于金属的热电效应原理的一种温度计， 在工程施工中我们为了便于施工， 常 仅检查其焊接点是否牢固和绝缘性能。 当要是从鉴定角度考虑， 就应提供一个稳定标准的热 源，测量其电压变化(mV 级) 。 2:压力检测仪表，常见的有一般压力表，膜片式压力表，压力开关，差压表，压力变 送器，差压表送器。压力表是最常见的仪表设备，其原理也简单，一般压力表，膜片 37 / 63 精品文档 式压力 表，压力开关，差压表都是弹簧管式的，弹簧管在压力和真空作用下，长生弹性形变引起管 38 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03端位移，其位移通过机械传动机构经行放大，传递给指示装置，再由指针在刻有法定计量单 位分度盘上指出被测压力或真空值。在调校时我们给予一个标准的压力源来检验是否合格。 常见的压力变送器大多是用硅油做传送介质， 传送装置多为电容时。 把压力值的变化转变成 电容值的变化再转为电流的变化。 调校变送器时我们依然给的是一个标准把压力信号， 同时 也会检查其变送模块的好坏。 3: 流量检测仪表， 提及流量监测仪表很多人都会想到孔板流量计。 流量主要用来计量， 根据不同的工况发明多种流量计。 流量计的常见差压式流量计有孔板流量计， 皮托管流量计; 文丘里管流量计。还有电磁流量计，涡街流量计，超声波流量计，科式流量计等。差压式流 量计是根据流体的能量转化而设计出来的一种流量检测仪表， 在我们调校过程中把他的变送 器作为差压变送器来调校。至于其他类的流量仪表只做检查记录，其参数设置正确即可。电 磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制造的用来测量管内导电 39 / 63 精品文档 介质体积流量的感应式仪表。 涡街是测量涡流的频率转换为流量测量等等仪表依据某种与流量相关的参数转变为可测量 量。 4、物位:物位检测仪表是用来检测物料的高度，位置。常见的有差压式的液位计，雷 达物位计，超声波物位计，辐射式物位计，浮筒液位计，浮球开关，音叉开关等。差压式液 位计主要是利用其液体的势能产生的压力来测量其液位高度。 雷达， 超声波有着不与物料接 触的优势，其是依据波的速度乘以时间除以二得到物料高度。辐射式危险程度较高，但能够 在各种恶劣的环境中准确测量。其是依据发射量和吸收量的关系得到物料高度。浮筒，浮球 则是依据液体的浮力来检测液位高度。 5、物性:物性检测仪表是用来检测流体的酸碱程度，电导率，含水率等。常见的有 PH 计， 电导率。 是依据测量流体中某种离子的电势能来表示其物性。 对此类仪表我们只做检查。 6、 成分: 成分检测仪表示用来检测流体或空气重某种成分的含量， 常见的与氧分析仪， 一氧化碳分析仪，氢气报警器等等。这是是用来保证人生所处环境安全，和保证工业所用气 体成分正确等。 40 / 63 精品文档 7、执行器:执行器是最终控制工艺的仪表，我们常见的分为调节阀，控制阀。根据阀 芯分类可以分为，球阀，蝶阀，偏心球阀等等。阀门的总类随着技术的发展会越来越多，但 其目的是不变的那就是改变介质的流通性从而来改变工艺总得参数或生产物料的多少。 而如 何去控制阀门的开度就会用到，电磁阀，定位器和各种气路控制器例如流体控制器，气路增 速器等等。 41 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03在作阀门单体实验时第一要实现阀门动作和阀体强度及密封性能合格， 第二检查其手动 和自动是否能够自由切换。可能会遇到阀门密封实验(泄漏量实验)不合格时或强度不合格 时， 首先不能盲目的判断阀门不合格， 其次要针对不同类型的阀门做出相应的调整后再次实 验。问题及处理方法如下表 1.1:1.1 阀门实验问题处理表 问题 阀门类型 处理?对于故障开的阀门可以增大气压再试一次， 若合格应 做出记录，否则视为不合格; ?对于故障关的阀门停气后再试压一次， 若合格应做出 开关阀 记录，否则视为不合格; ?带手动装置的阀门要使用手动装置是阀门关闭 (阀门 中有一定的预紧力) 再做一次试压， 若合格说明气压不足应 增大气压并应做出记录，否则视为不合格; 密封性能 实验不合格 ?对于故障开的阀门可以增大气压或定位器切换为气 路直接输出 (有可能是定位器没有调好阀门不能关死) 再试 一次，若合格应做出记录，否则视为不合格; ?对于故障关的阀门停气后再试压一次， 若合格应做出 调节阀(带定位器) 记录，否则视为不合格; ?带手动装置的阀门要使用手动装置是阀门关闭 (阀门 中有一定的预紧力) 再做一次试压， 若合格说明气压不足或 定位器不能很好定位， 应增大气压或重新对定位器整定， 做 出记录，否则视为不合格; ?阀体向外渗水， 应立即泄压， 42 / 63 精品文档 这是由于阀体铸造不合 格造成，拍照记录; ?上密封盖向外渗水，泄压后每个螺母都加力紧一遍， 阀体强度 实验不合格 开关阀 再次试压，若合格应做出记录，否则视为不合格; 调节阀(带定位器) ?填料压盖向外渗水， 泄压紧固填料压盖两遍的螺母使 两边的紧固的螺力度一至， 再次试压若合格应做出记录， 否 则视为不合格; 注:紧固螺母时不得带压紧固 43 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03气动控制阀门常见的是用电磁阀和流体控制器来实现阀门开关， 为了在电磁损坏的情况 下依然能够实现阀门动作流体控制器上会有切换流体控制器气路的旋扭(多是用 0 和 1 来 表示) ，位置重要的阀门都会有手动装置(手轮) ，手轮上会带限位销或带有切换手柄。带有 定位器的气动阀，定位器是以 4,20mA 信号和数字信号(FF)为主，常见的有西门子定位 器，费希尔，山武，美卓等定位器，都是有电流转换为磁力而来改变阀门的进气量从而改变 阀门的开度，达到调节作用。定位器都会有一个气路直接输出的切换旋钮，这是用来防止定 位器故障时阀门依然能够启动。二、信号传输信号传输可以让我们远离不安全的环境， 在安全的环境中控制现场。 在目前的信号按输 入与输出分为 DI，DO，AI，AO。细分就是开关信号，4,20mA 信号，带 HART 协议，FF 协议。开关信号多是各种开关上所带的信号，大多是触点式开关，也有一些趋近式的开关， 通过电压的变化来判断仪表设备是否动作。DO 信号大多使用在电磁阀上，通过电流励磁从 而达到电磁阀动作。4,20mA 信号，带 HART 通讯协议，FF 通讯协议，这些类型的仪表 信号多是变送器，阀门定位器上所使用，常见的还是以 4,20mA 信号为主。FF 协议的数 字信号是最近几年才大规模使用，FCS 控制系统的诞生也使 44 / 63 精品文档 FF 协议的仪表设备应用而生， FCS 控制系统使得仪表控制更加分散到现场。三、仪表回路测试由于在安装过程或多或少的会给仪表设备带来一些测量上的一些误差， 仪表回路测试就 是要消除这种系统误差， 将仪表设备调整到正确测量的运行状态此外也是检测线路是否正常， 信号衰减量是否影响测量的真实性。使其仪表达到设计意图，例如各种连锁，各种动作控制 及电气仪表联锁。这是需要对各类仪表有着深刻的了解才能完成，仪表生产的控制系统，只 有系统无误才能更好的生产。1、传统仪表回路测试?、变送器:检查信号衰减程度，仪表设备量程与系统监视数据量程是否一致;某些压 力变送器或差压式变送器由于安装位置造成的系统误差， 应予以消除常是迁移仪表设备量程 来消除误差，但这样只能让控制系统得到准确的测量值，不能改变现场仪表设备的测量值， 所以如果可以通过仪表设备安装位置来消除系统误差则应尽可能改变边安装位置以达到消 45 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03除误差。 对一些智能型仪表设备如 PH 计，电导仪，电磁流量计，密度计等，这些仪表设备也特 别注意接线是否正确(重点是传感器和变送器之间的连接) ，确认控制室信号是四线制还是 两线制，以免对仪表设备造成损害。 对于超声波或雷达智能型液位计，要实地测量容器的高度，再设置各个参数。这样能够 精确测量液位。 ?、阀门:阀门分调节阀和开关阀及电磁阀。调节阀要使其开度与控制信号一致，手动 和自动能够正常切换;开关阀和电磁阀确保其开度达到要求;阀门开度指示正常;回路测试 时如遇到损坏的零部件要及时更换和维修， 气源不能漏气， 因为随时间的变化漏气点会越来 越大以至于出现故障或事故。 ?、 就地控制箱: 某些工艺要求能够就地实现对阀门的控制， 这就是就地控制箱的功能， 能够实现远程和就地控制， 不同的控制箱有着不同的控制要求， 单纯的阀门就地控制由控制 室给出一路电源控制线和就地控制箱的一路电源控制线组成， 加上反馈信号及指示。 有些就 地控制箱上带一些检测仪表， 这是就需要再串联一路到控制室的信号线。 46 / 63 精品文档 就地控制基本由继 电器和旋转开关组成，做回路测试时要能够实现就地及远程控制并保证信号反馈正常。2、总线(FF)仪表回路测试?在通讯方面总线(FF)仪表设备的通讯是数字通讯，也是 HART 协议通讯的一个升级 版， HART 协议的通讯就是模拟量向数字量转换的过渡体。 数字量传输可以实现网络化管理， 也就是我们说一对多的信号传输。 由于总线发展的限制， 目前一个网段所能带动的仪表设备 数量，有执行时间决定根据不同的执行时间最大设备数量如下表 3.1:表 3.1 网段带设备最大数量 建议最大设备数为(台) 建议带阀门数量(台) (包含阀门) 带监视器的只测量网段 执行时间为 1 秒 执行时间为 0.5 秒 执行时间为 0.25 秒 / 4 2 1 12 12 6 3 47 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03总线网络在控制室操作面板可以查看到仪表里的各项参数， 并修改给出命令。 传统仪表设备 只是电流传输， 控制室只是将接受的 4,20mA 信号等比例转化为仪表的量程， 对现场仪表设 备不能够像总线仪表设备那样更有效更直接的控制， 仍需要人到机柜处或现场来修改仪表的 各项参数。 ?信号失真检测方面， 总线仪表信号失真的检测需有专业总线电缆测试仪， 来测量信号 传输在传输途中有各种噪音干扰造成的失真量， 与传统仪表设备的加电流 4,20mA 信号测量 信号失真程度更加智能，但其工作量要比传统仪表设备的工作量大且繁琐如下表 3.2: 表 3.2 信号失真检测工作量比较最少人力 最少记录量 只需记录电流传输的 5 个百分比 传统仪表(DCS 控制系统) 控制室一人，现场一人操作。 参数。 控制室一个人记录， 接线箱一个人 总线仪表(FCS 控制系统) 切换线路，现场操作一人操作。 缘值机容性值。 记录网段中的 8 个参数及电缆绝为了减少总线电缆信号失真检测工作量， 可以不测电缆的绝缘性能， 绝缘性能在敷设前 会对电缆做绝缘测试，只做网络测试。做网络测 48 / 63 精品文档 试时如环境允许的话可以两人为一组，控制 室直接送电，一个人在接线箱处切换分支线路，另一人在现场测试并做记录。 ?回路测试方面，回路测试的重点是消除仪表设备由安装位置造成的误差，开动阀门， 保证控制室能够良好的控制现场仪表设备。 总线仪表回路与传统表回路测试相比较， 总线仪 表回路测试工作大大减少了现场操作人的工作量， 在传统仪表设备的回路测试时我们需要仪 表走到每台仪表设备迁移量程，阀门整定，这是个繁琐和一个较大的工作量。总线仪表设备 我们只需在接线箱操作即可或则在同网段上的任何一台仪表设备上连接通讯设备 (475 手操 器)修改通讯地址，保障控制室能够通讯即可，迁移工作，阀门的整定也能够在控制室内完 成，或者在接线相处，或则网段上的任何一台仪表设备上完成。这大大减少回路测的工作和 缩短了回路测试的时间， 避免现场操作人员的登高作业的次数， 同时也是降低作业人员的安 全风险。 49 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03图 3.2 总线仪表回路测试与传统仪表回路测试 比较 传 统 仪 表 总 线 仪 表 FF另一网段温度变送器温度变送器调节阀门 压力变送器 调节阀门流量变送器压力变送器同一个网一对一 的做回 路测试段上的任 流量变送器475475何一点或 仪表就能 够对同网 段上的所 有仪表做 回路测试3、电气仪表联锁回路测试电气仪表连锁回路是针对于电气的泵或电机设备与 DCS 连锁，操作人员能够在控制室 内启动泵或电机并监视运行状态是否正常， 能够避免在操作人员在开启泵或电机时有可能触 点的危险因素。在回路中常见的有就地/远程，运行/停止，故障，电流信号。通常 DCS 只 需要能在远程控制时能够启动或停止泵或电机， 当让有些控制要求可能会多一点， 例如控制 室有优先停止权即在就地运行时依然能够远程停止。 泵或电机的连锁所有控制回路比较相像，DCS 有一个启动信号和一个停止信号，其他 50 / 63 精品文档 中国化学工程第十一建设有限公司仪电一公司漳州项目 Y03的是接受电机输出的状态信号就地/远程，故障。马达保护器有对 DCS 输出的 4,20mA 用 于通讯， 以模拟量来表示设备的负荷量也就是设备的电流量。 对于带有变频的设备泵或电机 DCS 会有一个 AO 点， 即输出一个 4,20mA 给变频器， 变频器在输出相应的电源频率来改 变泵或电机的转速，从而改变负载量。 仪表调试是一个精益求精的工种，新的事物在不断的发展，需要不断的去学习和总结。 51 / 63 精品文档 篇四:DCS、FCS、工业以太网之间的区别和联系 DCS、FCS 与工业以太网的区别和联系摘要:本文对 DCS(集散控制系统/分布式控制系统/distributed control system) 、FCS(现场总线控制系统)和工业以太网三种工业自动化控制系统进行了简要的介绍，结合其各自的特 点对它们之间的区别和联系进行了论述。 希望读者能够通过本文， 对这三种控制系统有一定 的认识和了解。关键词:DCSFCS 工业以太网 区别 联系1 概述DCS 是 20 世纪 70 年代随着微处理器的出现而逐渐发展起来的一种计算机控制系统。 因其控制功能分散、操作监视与管理功能集中的特点，称为分布式控制系统。它是目前在工 业控制领域应用最广的计算机控制系统。 由于 DCS 存在生产厂商专有技术造成的硬件与软件的封闭性，20 世纪 90 年代出现了 现场总线技术 FCS，它是连接智能测量与控制设备的全数字式、双向传输、具有多节点分支 结构的通信链路，是工业自动化领域近年来的热点。 以太网是最著名的几种局域网之一， 应用范围很广， 它不仅是一种主要的办公自动化局 域网， 在工业控制网中也得到一定的应用。 以太网在工业控制网络结构中有两种不同的应用， 一 52 / 63 精品文档 类是把以太网用在复合型结构的通信网络中作为管理子网， 传递生产管理信息; 另一类是 把以太网当作控制网络使用，即把所有的工作站直接挂在以太网上传递过程数据。2 三类控制系统的特点2.1 DCS 的特点典型DCS系统的体系结构一般为三层，即管理级、监控级(工程师站/操作站)和过程 控制级，有三级网络连接各层相应的设备。DCS因而具有三种类型的产品，即仪表型分散控 53 / 63 精品文档 制系统;以PLC为基础的分散控制系统;以PC总线为基础的分散控制系统。 DCS过程控制器与现场变送器的直接连接采用一对一的设备连接方式， 需消耗大量的连 接电缆且安装和维护费时费力。DCS属于半数字系统,还需大量的AI/ AO、DI/DO和PI/ PO等 中间模板来完成模拟量与数字量间的信息转换。 DCS系统的特点如下: 1) 集4C(Communication，Computer，Control，CRT)技术与一身; 2) 是从上到下的树状拓扑系统，其中通信是关键; 3) PID功能在中继站中，中继站连接计算机、现场仪器仪表与控制装置; 4) 是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表; 5) 与现场仪器仪表间使用模拟信号进行通信; 6) 成本高，各公司产品不能互换和互操作; 7) 常用于控制精度要求高的大规模连续过程控制。2.2 FCS 的特点现场总线具有全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点多站、互操作的特点，它 是用现场总线这一开放的、 具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表设备互联， 构成现 场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。 FCS系统的特点如下: 1) 采用一对N的设备连接方式，成本低。FCS属于纯数字系统，无需AI/AO、DI/DO和 PI/PO等中间模板。而且， 54 / 63 精品文档 用数字信号代替模拟信号传输，在一对双绞线或一条电 缆上可挂接多个现场设备，节省硬件数量与投资。节省安装费用，系统成本低。 2) 能够将原先DCS系统中处于控制室的控制功能置入现场设备，使得控制过程直接在 现场完成，即就地采集信息、就地处理、就地控制。上位机主要对控制系统进行总 体监督、协调、优化控制与管理，彻底实现了分散控制。 3) 采用统一的协议标准，使得系统具有开放性和互操作性，不同厂家的现场设备可方 便地接入同一网络中，且能够互相访问，简化了系统的集成。 4) 通过数字化传输现场数据，FCS能获取现场设备的各种状态、诊断信息，实现实时 的监控和管理。系统组态十分方便灵活。 5) 可以方便地应用于要求本征安全的危险工作区域和非常环境。 6) 是互联的、开放的系统，用分散的虚拟控制站取代了DCS中的集中控制站。通过局 域网可以与Internet相通。2.3 工业以太网的特点工业以太网是基于 IEEE-802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。 工业以太网能够将控 制系统与监视和信息管理系统集成起来，用于监控的PLC、工业计算机工作站以及商业计算 55 / 63 精品文档 机系统可以存取车间级的数据。 它广泛应用于生产和过程自动化。 这种信息网络作为一种灵 活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领域中占 有更加重要的地位。 工业以太网的特点如下: 1) 应用广泛。工业以太网是应用最为广泛的网络技术，几乎所有的编程语言都支持以 太网的应用开发。 2) 可持续发展潜力大。工业以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户 56 / 63 精品文档 在技术升级方面无需独自的研究投人。 3) 资源共享能力强。随着互联网的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已 解除了资源地理位置上的束缚，在联入互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控 制现场的数据，实现"控管一体化"。这是其他任何一种现场总线都无法比拟的。 4) 通信速率高。现在10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s的以太网技术 也逐渐成熟，而相比之下，传统的现场总线最高速率只有12Mb/s(如西门子 Profibus-DP) 。显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工 业控制网络不断增长的带宽要求。3 三类控制系统的比较下面首先分析 DCS、FCS 与工业以太网在体系结构、设计、使用等方面的具体情况， 再对其异同进行论述。3.1 DCS 系统DCS 系统的关键是通信,也可以说数据公路是 DCS 的脊柱。 由于它的任务是为系统所有 部件之间提供通信网络。因此,数据公路自身的设计就决定了系统总体的灵活性和安全性。 数据公路的媒介可以是一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。 通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定的 DCS 系统的相对优点与弱点， 如系统能处理多少 I/O 信 57 / 63 精品文档 息;能处理多少与控制有关的控制回路的信息;能适应多少用户和 装置;传输数据的完整性是怎样彻底检查的;数据公路的最大允许长度是多少;数据公路能 支持多少支路等。 为了保证系统的安全性， 使用了复杂的通信规约和检错技术。 所谓通信规约就是一组规 则，用以保证所传输的数据被接收，并被理解成和发送的数据一样。目前，在 DCS 系统中 一般使用两类通信方式， 同步或异步。 同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收， 异步网络采用没有时钟的报告系统。3.2 FCS 系统FCS 系统的核心是总线协议， 即总线标准。 一种类型的总线， 只要其总线协议一经确定， 相关的关键技术与有关的设备也就被确定。 由于各种原因， 各类总线的总线协议存在很大的 差异。 目前现场总线国际标准中的各类型总线， 不论其市场占有率有多少， 每个总线协议都有 一套软件、硬件的支撑，要实现这些总线的相互兼容和互操作，现在仍然是不可能的。 FCS 系统的基础是数字智能现场装置，它是 FCS 系统的硬件支撑。FCS 系统执行的是 自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。 58 / 63 精品文档 如果现场装置不遵循统一的 总线协议，或者不具备数字通信功能，就无法形成现场总线控制系统。 FCS 系统的本质是信息处理现场化。采用现场总线后，可以从线上得到更多的信息。相 比于 DCS，FCS 的总信息量是增加的。但传输信息的线缆却大大减少。这就要求一方面要 59 / 63 精品文档 大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量的信息在现场就完成处理过程。 现在一些现场总线的仪器仪表本身就装了许多功能块，实际建立 FCS 系统时，一个网 络支路上有许多性能类同功能块的情况是很可能出现的。 这时， 选用哪一个现场仪表上的功 能块，是系统组态要解决的问题。解决这个问题的原则是:尽量减少总线上的信息往返。3.3 工业以太网与 FCS 相比，工业以太网能提供一个开放的标准，使工业企业从现场控制到管理层实 现全面的无缝的信息集成，它有效解决了由于协议上的不同导致的"自动化孤岛"问题。 嵌入式以太网是最近网络应用的热点， 是通过 Internet 使所有连接网络的设备彼此互通。 在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，管理者通过 Web 浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实 现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器， 连接具有 TCP/IP 界面的控制主机以及具有 RS-232 或 RS-485 接口的现场设备。 以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和各类现场 设备之间的一个桥梁。 以太网在工业控制网络结构中有两种不同的应用， 一 60 / 63 精品文档 类是把以太网用在复合型结构的通 信网络中作为管理子网，传递生产管理信息;另一类是把以太网当作控制网络使用，即把所 有的工作站直接挂在以太网上用来传递过程数据。 由于以太网采用 CSMA/CD 存取控制方法， 并不满足实时性约束条件， 故把以太网作为 工业控制网使用时，需要在通信负荷比较轻的时候才能具有良好的实时性。但是，采用 CSMA/CD 存取控制方式的网络接口远比令牌环及令牌总线的网络接口简单，容易实现，而 且扩展性好，容易实现。因此，尽管在通信负荷比较重时，CSMA/CD 方法实时性将急剧恶 化，人们还是创造环境，控制通信负荷，使得以太网能够作为工业控制局域网使用。3.4 三种控制系统的比较FCS 可以减少大量现场接线， 不同制造产商生产的装置间可以完全互操作， 并增加现场 一级的控制功能，系统集成大大简化，维护也十分方便。这些优点都是 DCS 所不具备的。 在实际设计和使用过程中，由于 DCS 系统经过了长期的发展，其设计使用和组态都已 经有了成熟的方案。 而作为 FCS 系统， 上世纪 90 年代才开始出现， 其开发初期的技术要求， 诸如兼容开放、 双向数字通信、 数字智能现场装置、 高速总线等， 目前的实现情况还不理想。 可以说 FCS 系统仍然具有很大的发展空间，有望在未 61 / 63 精品文档 来成为工业控制网络的主流。 具体来说，首先 DCS 系统是个大系统，其控制器在整个系统中的作用十分重要，故整 体投资需要一步到位，事后扩容难度较大。而 FCS 实现信息处理现场化，数字智能现场装 置广泛采用，使得 FCS 投资起点相对较低。另外，DCS 是封闭式系统，各公司产品基本不 兼容。而 FCS 是开放式系统，用户可以根据需要选择不同厂商的产品来组成系统。其次， DCS 使用模拟仪表，信号在现场仪表和控制器传递必须要经过 A/D 和 D/A 转换。而 FCS 使 用数字化仪表， 免去了 A/D 和 D/A 过程，提高了集成性和精度。另外，FCS 由于信息处理 现场化， DCS 相比可以省去相当数量的隔离器、 与 端子柜、 终端及 I/O 柜， I/O 同样的， FCS 也可以减少大量电缆与铺设电缆的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用。 工业以太网作为控制网来使用，首先需要考虑实时性问题，CSMA/CD存取控制方式在 网络负荷较大时， 网络传输的不确定性不能满足工业控制的要求， 需要其他的机制来对实时 性进行保证。另外，它所用的接插件、集线器、交换机和电缆等是为办公室应用而设计的， 62 / 63 精品文档 不符合工业现场恶劣环境的要求，在工厂环境中，工业以太网的抗干扰性能较差。若用于危 险场合，它不具备本征安全特性。也不具备通过信号线向现场仪表供电的能力。这些问题都 需要新的适用于工业现场的器件和仪表来克服。 然而另一方面， 以太网协议已经获得了普遍 的应用，各种仪表和控制器可以在工业以太网环境下实现互联。且对于工业企业来说，工业 以太网的使用可以使得从现场控制到管理层的全面无缝信息集成变得很容易。 同时， 由于以 太网的广泛使用与不断升级， 用户在技术升级方面无需独自的研究投入。 这一点是现有的任 何工业控制网络都无法比拟的。4 结语本文介绍了 DCS、FCS 和工业以太网三种常见的工业控制网络，并从原理、设计、使 用等方面对三者的异同和优劣进行了比较。参考文献【1】薛钧义、武自芳 微机控制系统及应用 西安交通大学出版社 2003 【2】薛钧义、张彦斌 MCS-51/96 系列单片微型计算机及其应用 西安交通大学 出版社 2006 【3】博尔曼 工业以太网的原理与应用 国防工业出版社 2011 【4】王平 工业以太网技术 科学出版社 2007 【5】王永华 现场总线技术及应用教程 机械工业出版社 2012 【6】无锡祺 多级分布式控制与集散系统 中国计量出版社 2000( 63 / 63