FCS控制原理及应用

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?? FCS是一种新型的分布式网络控制系统,它既是现场通信网络系统,也是现场自动化系统。它作为一种现场通信网络系统,具有开放式数字通信功能,可与各种通信网络互连。
?? FCS是由DCS与PLC发展而来,FCS不仅具备DCS与PLC的特点,而且跨出了革命性的一步。而目前,新型的DCS与新型的PLC,都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC,在处理闭环控制方面也不差,并且两者都能组成大型网络,DCS与PLC的适用范围,已有很大的交叉。DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统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总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是: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DCS系统的相对优点与弱点。为保证通信的完整,大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。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,并且被理解得和发送的数据一样。目前在DCS系统中一般使用两类通信手段,即同步的和异步的,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。
FCS的关键要点有三点:
1、FCS系统的核心是总线协议,即总线标准
2、FCS系统的基础是数字智能现场装置
3、FCS系统的本质是信息处理现场化
通过使用现场总线,用户可以大量减少现场接线,用单个现场仪表可实现多变量通信,不同制造厂生产的装置间可以完全互操作,增加现场一级的控制功能,系统集成大大简化,并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线,以传送4~20mA信号,现场总线系统中,每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用,但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。
通过采用现场总线控制系统,到底能节省多少电缆,编者尚未做此计算。但是,我们不可以采用DCS系统的电厂中与自动控制系统有关的所用电缆公里数看出,电缆在基建投资中所占份额。
??它作为一种现场自动化系统,把安装于生产现场的具有输入、输出、运算、控制和通信功能的各种现场仪表作为现场总线的节点,并直接在现场总线上构成分散的控制回路。
  FCS代表当今控制技术和DCS的发展方向,并以进入工业化应用阶段。人们对FCS有各种评论,既有对新技术的赞尝,也有对现状的困惑。尽管众说纷纭,笔者认为,目前是FCS和DCS并存,FCS作为DCS框架下的重要分支应用发展,略表以下个人之见:
  ①FCS的变革:不仅变革了传统的单一功能的模拟仪表,将其改为综合功能的数字仪表;而且变革了传统DCS的控制站,将输入、输出、运算和控制功能分散分布到现场总线仪表中,在现场总线上构成控制回路,形成了全数字的彻底的分散控制系统。
  ②FCS的特点:具有系统的分散性、系统的开放性、产品的互操作性、环境的适应性、维护的简易性、系统的可靠性和使用的经济性这7个方面的特点或优点。
????有人对“使用的经济性”有异议,这是正常的暂时现象,其原因是FCS尚未进入大批量应用阶段,现场总线仪表及辅助设备价格偏高。随着FCS的推广应用,技术进步,市场竞争,优胜劣汰,FCS的经济性将会显现。回想当年,DCS也是如此,现在人们已完全接收了DCS。
  ③FCS的应用:典型工业应用实例是上海赛科(SECCO)90万吨/年乙烯工程,DCS采用Emerson公司的Delta V系统,控制站除常规I/O模块外,配置了FF-H1现场总线模块,每个模块的2个接口分别构成2段FF-H1总线,每段FF-H1总线设计9台仪表(实用6台,备用3台)。
????该工程实用FF-H1现场总线段2473条,FF-H1现场总线仪表14375台,平均每个FF-H1现场总线段上挂5.8台仪表。FF-H1现场总线段上集成了不同厂家的现场总线仪表,除了Emerson的温度、压力、流量等仪表,还有E+H的雷达液位计和流量计,ABB的阀门定位器,ROTORK的电动马达控制器,TYCO的电动马达控制器等,保证了多种产品的一致性和互操作性。
  ④FCS的集成:小型工程项目中FCS自成系统,中、大型工程项目中FCS和DCS控制站集成,一般有两种集成方式。一种是FF-H1现场总线模块作为控制站的下属I/O模块,例如Emerson公司的Delta V系统,如图3所示;另一种是FF-H1现场总线模块独立,例如Honeywell公司的Experion PKS R300系统,如图4所示。
????前者FF-H1依附于控制器,信息传输慢;后者FF-H1独立,信息传输快。图3和图4中工程师站(ES)、操作员站(OS)、计算机站(CS)为DCS操作监控层设备,控制站中有冗余电源(P)、控制器(C)、现场总线接口(H1)以及各类I/O模块。
  ⑤FCS的发展:FF-H1现场总线通信速率为31.25Kbps,不支持冗余总线,有人对这2点提出异议。值得高兴的是目前有多种现场总线,既有中速也有高速现场总线,而且工业以太网(Ethernet)也已进入实用阶段,正在从高层向底层延伸,有望实现“E(Ethernet)网到底”。FCS代表技术发展方向,在应用中不断改进,扬长避短,必将出现更加完美的FCS。

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  • 本文由 godict 发表于2008年8月25日 23:15:14