FCS與DCS混合式集成控制系統(tǒng)研究
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控制系統(tǒng)由五十多年前的PCS( PneumatiCControl System)的第一代控制系統(tǒng)，經歷了ACS(AnalogouSControl System)、CCS(ComputerControl System)和DCS(Distributed Control System)，而發(fā)展成今天的第五代控制系統(tǒng)―――現場總線控制系統(tǒng)FCS(FieldbuSControl System)。
集散控制系統(tǒng)DCS由操作站、控制站(監(jiān)視站)、應用模件與歷史模件、通訊網絡和工程師站等組成。DCS除采用高可靠性的軟硬件以及通信網絡、控制站等冗余措施外，還使用故障檢測與診斷工程軟件，可對生產工況進行監(jiān)測，從而及早發(fā)現故障，及時采取措施，提高了生產的安全性。
上世紀80年代后期，在DCS的基礎上開始開發(fā)一種適用于工業(yè)環(huán)境的網絡結構和網絡協(xié)議，并實現傳感器、控制器層的通信，這就是現場總線。但研究工作進展緩慢，而且無國際標準可遵守。國際電工委員會( IEC)于2000年1月正式公布了IEC61158現場總線全部技術標準。但此標準中容納了8種互不兼容的通信協(xié)議。由于是妥協(xié)于各方面的既有利益，并沒有實現完全統(tǒng)一國際標準的初衷。
CAN(ControllerArea Network)總線是現場總線的一種，它一般采用典型的串行總線拓撲結構進行通訊，這種方式的位速率低于環(huán)形結構，但是結構簡單、成本低、而且通信可靠。CAN總線因傳輸時間短，受干擾的概率低，保證了通信的實時性。CAN能對錯誤的來源進行正確定位，將永久的硬件錯誤從軟件錯誤中獨立出來，其協(xié)議采用CRC檢驗，并提供相應的錯誤處理功能，同時保證了數據通信的可靠性。
混合式控制系統(tǒng)的提出
現場總線控制系統(tǒng)FCS應該與集散控制系統(tǒng)DCS相互兼容。首先從工程成本與效益看，現場總線的優(yōu)勢是良好的互操作性，結構簡單，布線費用低；控制功能分散，靈活可靠，以及現場信息豐富。然而這些優(yōu)勢是建立在FCS系統(tǒng)初裝的前提下，倘若企業(yè)建立有完善的DCS，要向FCS過渡，則必須仔細考慮現有投資對已有投資的回報率。充分利用已有的DCS設施，現有DCS的布線以及成熟的DCS控制管理方式來實現FCS是首選之途。雖然現場總線對已有的數字現場協(xié)議有優(yōu)勢可言，但向其過渡的代價與風險比較大。再者，從技術的繼承及控制手段上，也要求FCS與DCS應相互兼容。FCS實現控制功能下移至現場層，使DCS的多層網絡被扁平化，各個現場設備節(jié)點的獨立功能得以加強，因此，在FCS中有必要增加和完善現場子層設備間的數據通訊功能。
FCS和DCS的集成主要包括三個方面：
(1)FCS和DCS輸入輸出總線的集成
DCS的控制站主要由控制單元(Control Unit，CU)和輸入輸出單元( Input Output Unit，IOU)組成，這兩個單元之間通過I/O總線連接。在I/O總線上掛接現場總線接口板或現場總線接口單元(Field bus Interface Unit，FIU)，如圖1所示。現場儀表或現場設備通過現場總線與HU 通信，FIU 再通過I/O總線與DCS的控制單元通信。這樣便實現了現場總線和DCS輸入輸出總線的集成，即現場總線和DCS控制站的集成。
現場總線和DCS輸入輸出總線的集成具有以下3個特點：
①除了安裝現場總線接口板或現場總線接口單元外，不用對DCS再做其它變更；
②充分利用DCS控制站的運算和控制功能塊，因為初期開發(fā)的現場總線儀表中的功能塊數量和種類有限；
③利用已有DCS的技術和資源，投資少，見效快，便于推廣現場總線的應用。
(2)FCS和DCS網絡的集成
在DCS控制站的I/O總線上集成現場總線是一種最基本的初級集成技術，還可以在DCS的更高一層集成，即在DCS網絡(DCSnet)上集成現場總線，如圖2所示?，F場總線服務器(FieldbuSServer，FS)掛接在DCS網絡上，FS是一臺完整的計算機，并安裝了現場總線接口卡和DCS網絡接口卡。
現場設備或現場儀表通過現場總線與其接口卡通信，現場儀表中的輸入、輸出、控制和運算等功能塊可以在現場總線上獨立構成控制回路，而不必借用DCS控制站的功能?，F場總線服務器通過其DCS網絡接口卡與DCS網絡(DCSnet)通信，也可以把FCS看作DCS網絡上的一個節(jié)點或DCS的一臺設備。這樣FCS和DCS之間可以互相共享資源。FCS直接借用DCS的操作員站或工程師站。
FCS和DCS網絡的集成具有以下4個特點：①除了安裝現場總線服務器外，不用對DCS再做其它變更；② 在現場總線上可以獨立構成控制回路，實現徹底的分散控制；③現場總線服務器中一些高級功能塊，可以與現場儀表中的基本功能塊統(tǒng)一組態(tài)，構成復雜控制回路；④利用已有DCS的部分資源，投資少、見效快，便于推廣現場總線的應用。
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