集散控制系统与现场总线概述
集散控制系统与现场总线控制系统的比较

集 散 控 制 系统 D C S的本 质 是 以微 处 理 为 基 础 , 综合 4 C技术( 计算机技术 、 测量控制技术 、 通信 网络 技术 、 屏幕显示技术 ) 成果 , 对 生 产 过 程 进 行 集 中监 视、 操作 、 管理和分散控制 的综合计算 机控 制系统 。 从8 0 年代 中期起 , 在集散控制系统蓬勃发展的基础 上, 一种更为开放 的现场总线 开始出现。现场总线是 种适用于工业现场控制的网络集成式全分布控制 系统 F C S 。 本 论 文通 过 对 集 散 控 制 系统 ( D C S ) 与现 场 总 线 控 制 系统 ( F C S ) 的研 究 , 阐述 了集 散 控 制 系统 发 展 到 现 场 总线 控制 系 统 的进 步性 。同时 , 论 文分 析现 场 总 线 的体 系结 构 、 功能 、 类型 , 比较集散控制 系统与现 场 总线 控 制 系统 的 区别 。
经是 不 可 阻挡 的 了 。 目前 各 家 公 司都 采 用 将 自己 的
( 7 ) 要求现场总线解决防爆问题 , 满足本质安全 D C S和各种现场 总线协议通过接 口设备实现连接的 防爆 要求 。 过渡方式 , 虽 然 在 一个 系统 里 , 同一 种现 场 总 线 的不
2 . 1 现场 总 线控 制 系统构 成 现 场 总 线 控 制 系 统 由于 采 用 了智 能 现 场 设 备 , Βιβλιοθήκη 1 集 散 控 制 系统
1 . 1 集 散控 制 系统 的构 成 集 散 控制 系 统 D C S或称 分 散控 制 系 统 ,它 是 以
现 场控 制 站 为 核 心 , 中央 管理 计 算 机 进行 集 中操 作 、 显示 、 报警 、 优化控制功能等一般典型的 D C S 测控系 统 。实 现地 理 和 功能 上相 对分 散 的控 制 系统 , 通 过数 据通道把各个分散点的信息集 中起来 ,进行集中的 监视 和 操作 。 1 . 2 集 散控 制 系统 特点 ( 1 )集 散 控 制 系 统 是 综 合 4 C( C o n — m u n i c a t i o n 、 C o m p u t e r 、 C o n t r o l 、 C R T ) 技 术 于 一 身 的综 合 计 算 机 控 制 系统 。 ( 2 ) 可 以 执行 从 常 规 的 P I D运 算 到 S mi t h预估 , 三 阶矩 阵乘 法 等各 种运 算 。 ( 3 ) 具有 树 状拓 扑 和并 行 连 续 的链 路结 构 , 也有
浅谈集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS在应用中的发展

Dsiue ot l yt ,简称集散系统DC ir t C nr s ms tb d oS e S)概述集散 系统是以微处理 器为基础 ,是应用 于过程控制的工程化的分布式计算机控制系统。 1 )集散控 制系统的特点 。①分散性和集 中性 。系统控制分散 、功 能分散 、负荷分散 ,从 而危险分散 。集中性体现 :监视集 中 、操作集 中、管理集 中。② 自治性和协调性 。各工作站独立 自主地完成分配给 自 己任务,并通过通信网络传送各种信息 ,协调工作 ,以完成控制系统 的 总体功能和优化处理。③ 简洁性 。集散控制系统采用 了简洁 的人机对话 系统 ,有着 丰富的操作 画面及显示功 能。④灵活性 、可扩充性 和适应 性。集散 系统采用标准式 、开放式 和模块式设计 ,具有灵活 的配置及设 置功能 ,可 以根据不 同用 户的需要 以及 生产要求 ,改变系统 的配置功 能。⑤高效实时性。通过I 接 V和人机接 口,可对过程控制对象进行实 / 0 1 时 采 集 、分 析 、记 录 、监 视 、操 作 等 控 制 ,通 过 包括 对 系统 结 构 及 组 态
控 产业 的 日新月异 的发展? 笔者就针对 以上情况 谈一点 自己的看法 。 关键 词 F S( C 现场 总线控制 系统 );D S( 散控制 系统 ) C 集 中图 分类 号 T 文 献标 识 码 A P 文 章 编号 17— 6 1( 1)5— 13O 639 7一2 02 08一 1 01
流。
2 D S C 系 统 的过渡 及 其发 展方 向 C 向F S
如果我们想在T业 自动化控制系统 中施展才能就必须发展D S C C 或F S 系统。因为它是未来 工控领域 的主流发展方向。至于采用别人 的D S C、 FS C 系统还是 自己开发D S C 系统就要看看究竟我们具备什么样 的能 C 、F S 力 ,如果说今后选择控制系统,我认为应该选择代表成熟的集散式控制 系统 D S 具备 先 进 的 现 场总 线 控 制 系统 F S C并 C ,它 们 之 间应 该 相 互兼 容 。
1集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比较

1集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比较1.集散控制系统dcs与现场总线控制系统fcs的比较1.1概述fcs、dcsFCS是在DCS的基础上开发的。
FCS符合自动控制系统的发展趋势,将取代DCS。
这是业内人士的基本共识。
然而,任何新事物的发生和发展都是在旧事物的扬弃中进行的,FCS与DCS之间的关系也不例外。
FCS代表了趋势和发展方向,DCS代表了传统和成熟,这也是一个具有独特优势的事物。
特别是在现阶段,FCS还没有统一的国际标准,DCS由于其开发成熟、功能齐全、应用广泛,处于不可完全替代的地位。
我认为FCS应该与DCS兼容。
无论是FCS还是DCS,它们最终都是满足整个生产过程的系统控制(PCS)。
首先,从工程成本和效益的角度来看,现场总线的根本优势是良好的互操作性;结构简单,布线成本低;控制功能分散、灵活可靠,现场信息丰富。
然而,这些优势是基于FCS系统的初始安装。
如果NoO企业已经建立了完善的DCS,现在要向FCS过渡,他们必须仔细考虑现有投资对现有投资的回报率。
我们应该充分利用现有的DCS设施、现有的DCS布线和成熟的DCS控制和管理方法来实现FCS。
虽然现场总线对已有的数字现场协议有优势可言,但向其过渡的代价与风险是必须分析清楚的。
再者,从技术的继承及控制手段上,也要求fcs与dcs应相兼容。
fcs实现控制功能下移至现场层,使dcs的多层网络被扁平化,各个现场设备节点的独立功能得以加强,因此,在fcs中有必要增加和完善现场子层设备间的数据通讯功能。
由于历史原因,DCS通常有大型控制柜来协调各种设备,更强调层到层的数据传输。
由此可见,这两种控制策略各有优势。
DCS适用于较慢的数据传输速率;FCS更适合于更快的数据传输速率和更灵活的数据处理。
但是,当数据量超过一定值且过大时,如果同一层的设备过于独立,很容易导致数据网络堵塞。
为了解决这个问题,有必要建立一个合适的监控层来协调设备之间的相互通信。
集散控制系统与现场总线6

DCS与现场总线
6.3.2 现场总线协议模型
4.用户层 主要任务是制定现场总线设备中数据库信息的存取规则 , 定 义功能块,提供系统组态语言。 网络管理部分将4个层次有机地结合在一起,协调地工作。
DCS与现场总线
6.3.3 现场总线仪表
1.所有公司生产的现场仪表,具有统一的总线协议,或者是必 须遵守相关的通信规约。
·工作时间记录; · 温度测量:当前温度、最小/最大温度(记忆)、 每个温度段的工作时间、设定点报警检测。 ·在线控制阀座(上、下行程位置); ·监视或显示可调阈值:累积行程、100%阀位、 动作次数、死区补偿; ·报警1和2(位置报警)的次数。
信息差错检测 可帮助技术人员缩短查找故障的时间。
DCS与现场总线
6.1.1 现场总线的基本定义
2.全数字化 现场总线采用数字信号通信,用数字通信代替4-20mA的连接 标准。 各种开关量、模拟量信号转变为数字信号,然后通过总线传 输。 3.双向传输 一条总线上既可以向上传递各类传感器信号,又可以向下传 递执行器的控制信号。 通过串行通信接口部件,使所有现场设备采用统一的协议标 准。
6.4 现场总线的技术应用
6.4.1 现场总线网络的应用特征
1. 通信介质——双绞线、光纤、无线等,实现成本低;IT网络需要专用电缆
,如同轴电缆、光纤等,实现成本高。
2. 通信响应的实时性——对实时性要求较高;IT网络的实时性可以忽略。
3. 传输的信息长度
数据传输长度一般都比较小,节点通常也较少,对网络传输吞吐量要求不高
。IT网络传输大批量数据信息,通信量较大。
4. 环境适应性与安全性
较强的环境适应性和安全性,包括防电磁干扰、防潮、防震动等;IT网络则
模块1 集散控制系统必备知识

1.1 集散控制系统概述
1.1 集散控制系统概述
☞采用一台计算机工作、另一台计算机备用的双机双工系统, 采用一台计算机工作、另一台计算机备用的双机双工系统 双机双工系统,
过程规模不断扩大 复杂程度不断提高 控制要求越来越高
集散控制系统
什么是集散控制与现场总线? 什么是集散控制与现场总线?
集散控制系统实质就是 ☞ 集散控制系统 实质就是 计算机综合控制系统, 计算机综合控制系统 , 目的在于 在于控制或控制 其 目的 在于 控制或控制 管理一个工业生产过程 或工厂。 或工厂。 现场总线技术就是将计 ☞ 现场总线技术 就是将计 算机和现场设备连接起 来的通信网络。 来的通信网络。
Hale Waihona Puke 【任务内容】 任务内容】阅读能力训练环节
一、一般了解 1、会说目前市场上所常用的计算机控制系统的组成、类型及 、会说目前市场上所常用的计算机控制系统的组成、 应用? 应用? 2、会讲集散控制系统的设计思想及其发展过程?(背景、发 设计思想及其发展过程?(背景 、会讲集散控制系统的设计思想及其发展过程?(背景、 展) 3、会说市场上常见的应用数据通信的例子。 、会说市场上常见的应用数据通信的例子。 4、会说常见通信网络的拓扑结构。 、会说常见通信网络的拓扑结构。 5、会讲集散控制系统是什么?(定义、特点、应用场合) ?(定义 、会讲集散控制系统是什么?(定义、特点、应用场合) 6、会说市场上起主导地位的集散控制系统有哪些?(品牌、 市场上起主导地位的集散控制系统有哪些?(品牌 、会说市场上起主导地位的集散控制系统有哪些?(品牌、 分类、系列、型号、图片) 分类、系列、型号、图片) 7、能说出三种以上市场上常用 的性价比。 、能说出三种以上市场上常用DCS的性价比。 的性价比 8、能说出三种以上常用的集散控制系统的组态软件。 组态软件。 、能说出三种以上常用的集散控制系统的组态软件
现场总线控制系统FCS和集散控制系统DCS的差异

关键 词 :现 场总 线 现 场 控制 系统 F CS 集 散控 制系 统 DC S
Abst r ac t :Th e i f el d bu s t e ch n ol ogy h as b ec ome an i nt er na t i on al s t an d ar d du e t o t i s hi gh
现场总线控制系统F C S 和集散控制系统D C S 的差异
Di f e r e n c e s Fi e l d b u s Co n t r o l Sy s t e m FCS a n d t h e DCS Di s t r i b u t e d Co n t r o l Sy s t e m
实际需要 的自动控制 系统 。现场总 线 控制 系统 的出现 ,将会给 自动化领域 带 来又一 次革命 ,其深度和广度将超过任
何 一 次 ,从 而 开 创 自动化 的新 纪元 。
广泛的应用 ,特别是在制造业 自动化 、 过程控 制 自动化、 电力、楼宇 、铁路交 通 等方面 J 。现场 总线技术将 专用微处 理器置 人传统的测量控制仪表 ,使 它们 各 自具 有了数字计算和数字通讯能 力 ,
现场总线控 制系统F C S,是 目前 世 界 上
I n t e r B u s 、F F 、C ANI  ̄控 制器 局 域 网技
于现场 的多个微机化测量控制设 备之间 及现场仪 表与远程 监控计算机之 间 ,实
现 数 据 传 输 与 信 息 交 换 ,形 成 各 种 适 应
术口 J 。现 场总线是 应运 而生 的 ,作 为工
河南 煤 业化 工集 团中 原大 化公司 张亚 停
现场总线的概述及发展状况

现场总线技术及控制系统概述摘要分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的优缺点,介绍了当前流行的几种现场总线及其各自的技术特色,指出现场总线控制系统取代集散式分布控制系统是发展的必然。
主题词通信网络计算机控制自动化系统现场总线Fieldbus 是80年代末,90年代初国际上发展形成、用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络,它也被称为现场底层设备控制网络Infranet 。
根据国际电工委员会IEC 和美国仪表协会ISA 的定义:现场总线是连接智能现场设备和控制室系统的全数字、双向传输、多分支结构的通信网络。
在过程控制领域内,它就是从控制室延伸到现场测量仪表、变送器和执行机构的数字通信总线。
它取代了传统模拟仪表单一的4~20mA传输信号,实现了现场设备与控制室设备间的双向、多信息交换。
它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程、现场控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。
它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统,是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术。
人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS 称作第一代,把4~20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代,把数字计算机集中式控制系统称为第三代,而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS 称作第四代,把现场总线控制系统称为第五代控制系统,也称作FCS———现场总线控制系统。
现场总线控制系统FCS 作为新一代控制系统,一方面,突破了DCS系统采用通信专用网络的局限,采用了基于公开化、标准化的解决方案,克服了封闭系统所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构,变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。
可以说,开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
1、现场总线概述80年代以来,各种现场总线技术陆续形成。
其中主要有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN( Controller Area Network)、局部操作网络LonWorks(Local OperatingNetwork)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus) 和HART协议Highway Addressable RemoteTransducer 等。
DCS与现场总线综述

Br i e f I n t r o d u c t i o n t o DCS a n d t h e F i e l d b u s T e c h n o l o g y
ZHANG Zh e n, NI U Yu. g a n g
( E a s t C h i n a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , S h a n g h a i 2 0 0 2 3 7 , C h i n a )
《 电 气自 动 化 1 2 0 1 3 年 第3 5 卷 第1 期
综 述
S u r v e y
D C S与 现 场 总 线 综 述
张 桢 ,牛 玉 刚
( 华东理工大学 信息科学与工程学院 , 上海 摘
2 0 0 2 3 7 )
要 :现场总线技术对工业领域的意义是非常 巨大的 。首先 , 集散控制系统 的概述 、 发展历史和组成结构在文 中一一 简述 , 接着从形 成背景、 概念 、 特点 、 优势和组成 出发 , 对现场总线技术 在工业控制 中的应用现状及最新进展进行 了综述 , 并且介绍了几种 国际 上流行 的现场总线如 C A N总线 、 L o n Wo r k s 总线 、 基金会现场总线 、 H A R T总线 、 P r o i f b u s 总线 和它们的通信协议 、 应用领域 和实 时性 , 以及他们应对技术变革和系统故障采取 的对策 。
集散控制系统22现场总线控制系统FCS

集散控制系统
• 1.1 DCS概述 自从美国的HoneyWell公 司于1975年成功地推出了世界上第一套集 散型控制系统以来,经历了20多年的时间, DCS已经走向成熟并获得了广泛的应用。 DCS的发展历程也是不断地由小到大规模 的过程,从最初的小规模控制系统发展到 综合控制管理系统,从而使工业控制系统 进入了信息管理与综合控制的时代。本节 主要介绍DCS的体系结构、特点和典型形 式。
集散控制系统
• 其具体组成包括:①监控计算机;②工程 师显示操作站;③操作员显示操作站。 • (3)综合信息管理级 这一级由管理计算机、 办公自动化系统、工厂自动化服务系统构 成,从而实现整个企业的综合信息管理。 综合信息管理主要包括生产管理和经营管 理。
集散控制系统
• (4)通信网络系统 DCS各级之间的信息传 输主要依靠通信网络系统来支持。根据各 级的不同要求,通信网也分成低速、中速、 高速通信网络。低速网络面向分散过程控 制级;中速网络面向集中操作监控级;高 速网络面向管理级。
集散控制系统
• 1.1.1 DCS的体系结构 DCS的体系结构 通常为三级。第一级为分散过程控制级; 第二级为集中操作监控级;第三级为综合 信息管理级。各级之间由通信网络连接, 级内各装置之间由本级的通信网络进行通 信联系。其典型的DCS体系结构如图 10.43所示。
集散控制系统
集散控制系统
• (1)分散过程控制级 如图10.43所示, 此级是直接面向生产过程的,是DCS的基 础,它直接完成生产过程的数据采集、调 节控制、顺序控制等功能,其过程输入信 息是面向传感器的信号,如热电偶、热电 阻、变送器(温度、压力、液位)及开关量等 信号,其输出是驱动执行结构。构成这一 级的主要装置有:①现场控制站(工业控制 机);②可编程序控制器(PLC);③智能调 节器;④其他测控监控级。
集散控制系统和现场总线控制系统

集散控制系统现场总线控制系统PLC控制系统DCS:集散控制系统,是以计算机为核心的分布式控制系统。
FCS:是现场总线控制系统,是各个控制器或智能设备以总线方式互联,能互操作,系统的控制功能彻底分散到各个现场设备上了。
PLC:是以PLC为控制核心的系统。
PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点目前,在连续型流程生产自动控制(PA)或习惯称之谓工业过程控制中,有三大控制系统,即PLC、DCS和FCS。
它们各自的基本特点如下:1 PLC(1)从开关量控制发展到顺序控制、运送处理,是从下往上的。
(2)连续PID控制等多功能,PID在中断站中。
(3)可用一台PC机为主站,多台同型PLC为从站。
(4)也可一台PLC为主站,多台同型PLC为从站,构成PLC 网络。
这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行。
(5)PLC网格既可作为独立DCS/TDCS,也可作为DCS/TDCS 的子系统。
(6)大系统同DCS/TDCS,如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
(7)PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等,GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。
(8)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。
(9)制造商:GOULD(美)、AB(美)、GE(美)、OMRON (日)、MITSUBISHI(日)、Siemens(德)等。
2 DCS或TDCS(1)分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C (Communication,Computer,Control、CRT)技术于一身的监控技术。
(2)从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(Communication)是关键。
(3)PID在中断站中,中断站联接计算机与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。
DCS与FCS控制系统简介

DCS与FCS控制系统简介分布控制系统(DCS)就是distributed control system,而现场总线控制系统(FCS)的概念就是fieldbus control system. 前者也称作集散控制系统,采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的方法。
后者可以实现开放式互联系统结构。
一、引言过程控制以计算机控制作为主流。
近年来,计算机技术的飞速发展正迅速改变着工业自动化的现状,传统的生产过程计算机控制系统已仅仅是一个狭义的概念,现代计算机控制系统的含义已被大大扩展,它不仅包含我们最熟悉的各种自动控制系统、各种顺序逻辑控制系统、各种自动批处理控制系统及联锁保护系统,还包括了各生产工段和各生产车间的优化调度系统,以及整个企业的决策系统和管理系统。
本文重点分析作为现代工业顺序逻辑控制的可编程逻辑控制PLC、现代工业主流的集散型控制系统(DCS)和未来工业主流的现场总线控制系统(FCS)及其相互关系。
二、DCS、FCS控制系统的基本要点目前,在连续型流程生产自动控制(PA)或习惯称之为工业过程控制中,有两大控制系统,即DCS和FCS。
它们的各自基本要点如下:(一)DCS或TDCS分散控制系统DCS与集散控制系统是集通讯、计算、控制、显示4C(Communication,Computer,Control,CRT)技术于一身的监控技术。
从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(Communication)是关键。
PID在中继站中,中继站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。
模拟信号A/D-D/A带微处理的混合。
一台仪表一对线接到I/O,由控制站挂到局域网LAN。
DCS是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场控制站)的三级结构。
缺点是成本高,各公司产品不能互换,不能互操作,大DCS系统是各家不同的。
用于大规模的连续过程控制,如石化等。
制造商有Bailey(美)、Westinghouse(美)、HITACH(日)、LEEDS&NORTHRMP (美)、Siemens(德)、Foxboro(美)、ABB(瑞士)等。
DCS系统介绍

DCS 发展历史
第二阶段:1980—1985.,在这个时期集散控 制系统的技术特点表现为: 1)微处理器的位数提高,CRT显示器的分辨 率提高 2)强化的模块化系统 3)强化了系统信息管理,加强通信功能
DCS 发展历史
第三阶段,1985年以后,集散系统进入第三 代,其技术特点表现为: 1)采用开放系统管理 2)操作站采用32位微处理器 3)采用实时多用户多任务的操作系统
DCS 发展历史
第一阶段:1975-1980年,在这个时期集散控 制系统的技术特点表现为: 1)采用微处理器为基础的控制单元,实现 分散控制,有各种各样的算法,通过组态独立 完成回路控制,具有自诊断功能 2)采用带CRT显示器的操作站与过程单元分 离,实现集中监视,集中操作 3)采用较先进的冗余通信系统
DeltaV I/O Card Types
Outputs
- AO, 8 Channel, 4 to 20 mA, HART – AO, 8 Channel, 4 to 20 mA – I.S. AO, 8 Channel, 4 to 20 mA – DO, 8 Channel, 120/230 VAC, Isolated – DO, 8 Channel, 120/230 VAC, High Side – DO, 8 Channel, 24 VDC, Isolated – DO, 8 Channel, 24 VDC, High Side – High Density DO, 32 Channel, 24 VDC, High Side – I.S. DO, 4 Channel, 12 VDC I.S. Power
DCS 特点
1) 高可靠性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计 算机上实现,系统结构采用容错设计,因此某一台计算 机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外,由 于系统中各台计算机所承担的任务比较单一,可以针对 需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机, 从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。 2) 开放性。DCS采用开放式,标准化、模块化和系列 化设计,系统中各台计算机采用局域网方式通信,实现 信息传输,当需要改变或扩充系统功能时,可将新增计 算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,几乎不 影响系统其他计算机的工作。
现场总线控制系统(FCS)

第一章现场总线控制系统(FCS)第一节概述现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)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、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)后的新一代控制系统。
由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向,给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便,并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器(PLC)产品面临体系结构、功能等方面的重大变革,导致工业自动化产品的又一次更新换代,因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。
一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次,从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线(Fieldbus)就是顺应这一形势发展起来的新技术。
1、什么是现场总线现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力,采用双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连接成的网络系统,并按公开、规X的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输与信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。
简而言之,它把单个分散的测量控制设备变成网络节点,以现场总线为纽带,把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
它给自动化领域带来的变化,正如众多分散的计算机被网络连接在一起,使计算机的功能、作用发生的变化。
FCS、DCS、PCS与PLC

FCS、DCS 、PCS、 PLCFCS (现场总线控制系统)、DCS (集散控制系统)、PCS(过程控制系统)、 PLC(可编程逻辑控制器)1.集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比较1.1 概述FCS、DCS FCS 是在DCS的基础上发展起来的,FCS顺应了自动控制系统的发展潮流,它必将替代DCS。
这已是业内人士的基本共识。
然而,任何新事物的发生,发展都是在 对旧事物的扬弃中进行的,FCS与DCS的关系必然也不例外。
FCS代表潮流与发展方向,而DCS则代表传统与成熟,也是独具优势的事物。
特别是现阶段, FCS尚没有统一的国际标准而呈群雄逐鹿之势,DCS则以其成熟的发展,完备的功能及广泛的应用而占居着一个尚不可完全替代的地位。
本人认为:现场总线控 制系统FCS应该与集散式控制系统DCS相互兼容。
无论是FCS或者是DCS,它们最终是为了满足整个生产过程而进行的系统控制(PCS)。
首先以工程成本与效益看,现场总线的根本优势是良好的互操作性;结构简单,从而布线费用低;控制功能分散,灵活可靠,以及现场信息丰富。
然而这些优势是 建立在 FCS系统初装的前提下,如果企业建立有完善的DCS系统,现在要向FCS过渡,则必须仔细考虑现有投资对已有投资的回报率。
充分利用已有的DCS设施、现有 DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS是我们应选择的方式。
虽然现场总线对已有的数字现场协议有优势可言,但向其过渡的代价与风险是必须分析清楚的。
再者,从技术的继承及控制手段上,也要求FCS与DCS应相兼容。
FCS实现控制功能下移至现场层,使DCS的 多层网络被扁平化,各个现场设备节点的独立功能得以加强,因此,在FCS 中有必要增加和完善现场子层设备间的数据通讯功能。
由于历史的原因,DCS 通常拥有大型控制柜用以协调各个设备,同时更强调层与层的数据传输。
可见,两种控制在策略上各具优势。
DCS 适用于较慢的数据传输速率;FCS则更适用于 较快的数据传输速率,以及更灵活的处理数据。
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集散控制系统与现场总线技术总结1.首先着重阐述一下两个重要概念,——DCS和现场总线。
DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),在国内自控行业又称之为集散控制系统,它的另一含义是指DCS产品。
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。
DCS 通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。
操作采用计算机操作站,通过网络与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令。
典型的集散型控制系统(DCS)由三层计算机网络介入控制与管理的大型控制系统组成,这种三层控制结构是,第 1 层为过程控制级,以PLC (或现场总线)通过远程输人/输出网络,构成对现场设备的基本控制,DCS 的控制对象特点具体体现在过程控制级上;第2层为控制管理级,即以监控计算机通过工控网络与PLC 相连,实现对流程设备的上位机监控;第 3 层为生产管理级,即以文件服务器、管理计算机及其局域网与监控计算机相连接,随时读取现场信息,实现生产管理。
在这一级上,从安全性考虑,管理计算机不能直接干预DCS 的控制。
分散控制使得系统由于某个局部的不可靠而造成对整个系统的损害降到很低的程度,加之各种软硬件技术不断走向成熟,极大地提高了整个系统的可靠性,因而迅速成为工业自动控制系统的主流。
集散控制系统主要特点就是分散控制集中管理。
所谓现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线系统具有以下技术特点:①系统的开放性;②互可操作性与可用性;③现场设备的智能化与功能自治性;④系统结构的高度分散性;⑤对现场环境的适应性。
它是工业控制网络向现场级发展的产物,完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成,其通信协议基本遵照ISO/OSI参考模型,主要实现第1、2、7层(物理层、数据链路层和应用层)功能。
现场总线是应用于过程控制现场的一种数字网络,它不仅包含有过程控制信息交换,而且还包含设备管理信息的交流。
通过现场总线,各种智能设备(智能变送器、调节法、分析仪和分布式I/O单元)可以方便地进行数据交换,过程控制策略可以完全在现场设备层次上实现。
控制网络直接面向生产过程,因此要求很高的实时性、可靠性、资料完整性和可用性。
它综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段,从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字—模拟信号控制的局限性,构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的通信与控制系统。
相应的控制网络结构也发生了较大的变化。
FCS的典型结构分为3层:设备层、控制层和信息层。
2.下面简单介绍一下控制系统的科技发展史。
最早的控制系统是50 年代出现在化工行业的数据处理系统。
随后是直接数字控制系统DDC,它是把控制器里加入CPU(最早的单板机),把模拟仪表替换为数字仪表。
然后是监督控制系统SCC(Supervisory Computer Control)。
接下来是监控数据采集系统SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition),七十年代中期出现了集散控制系统DCS,最早的产品是霍尼韦尔(Honeywell)公司的第一代DCS产品TDC-2000。
20世纪80年代以来,分散控制系统一直是过程工业主控系统的主导产品。
DCS广泛应用于企业生产过程控制,以及港口、矿山、电厂等的物料储运控制。
由于DCS 控制诸多的现场设备或生产过程,其输人/输出(I/O)点少则几百点,多则几千点,现场设备延伸范围可达几km 乃至 10几km,运行的设备或流程之间相互关联。
因此,对DCS控制律设计时,必须周密和完整,一旦疏失,将造成调试阶段查错和排错的困难。
进入80年代中后期,由于微电子技术、软件技术的长足发展,现代通信技术逐步向工业控制系统渗透,导致了现场总线逐步取代了4~20mA 的模拟信号传输线,并由此引发了控制系统领域的技术革命。
现场总线系统FCS是在80年代后期发展起来的一种先进的现场工业控制技术,是新一代全分布式控制系统的核心技术。
现场总线在发展的最初,各个公司都提出自己的现场总线协议。
后来,IEC组织确定了8大总线作为国际现场总线标准,其中包括CAN Bus、Profit Bus、FOUNDATION Fieldbus等等。
而在此基础上形成了新的现场总线控制系统(Fieldbus Control System FCS)。
FF 是惟一致力于世界统一现场总线标准的国际组织,对过程控制系统的发展影响最大。
控制网络的发展,其基本趋势是逐渐趋向于开放性、透明的通讯协议。
3.以下是目前国内外主流产品与发展状况目前,使用较多的现场总线主要是FUNDATION fieldbus基金会现场总线(FF 总线)和PROFIBUS 现场总线。
应用现场总线技术可以将各种分布在控制现场的相关智能设备和I/O单元方便的连接在一起,构成控制系统,这种结构已经成为DCS发展的趋势。
PROFIBUS由Siemens公司提出并极力倡导,己先后成为德国国家标准和欧洲标准,是一种开放而独立的总线标准,在机械制造、工业过程控制、智能建筑中充当通信网络。
PROFIBUS 现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的,是一种比较成熟的总线,在工程上的应用十分广泛,成为近年来国际上最为流行的现场总线,也是目前数据传输率最快的一种现场总线(传输率可达12M 波特)。
PROFIBUS的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的,只是对第三层到第六层进行简化,因此可以说它的标准适应性强。
此外它的三种模块(FMS.DP 和PA)又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求,开放性也好。
PROFIBUS现场总线基于令牌协议加主从总线的介质存取方式,主站以主从方式与从站通讯,各主站之间由令牌协议决定总线控制权。
站点数可达127个。
基金会现场总线(FOUNDATION Fieldbus)是国际上几家现场总线经过激烈竞争后形成的的一种现场总线,由现场总线基金会推出。
与私有的网络总线协议不同,FF 总线不附属于任何一个企业或国家。
其总线体系结构是参照、ISO的OSI 模型中物理层、数据链路层和应用层,并增加了用户层而建立起来的通信模型。
FF得到了世界上几乎所有的著名仪表制造商的支持,同时遵守IEC的协议规划,与IEC的现场总线国际标准和草案基本-致,加上它在技术上的优势,所以极有希望成为将来的主要国际标准。
现场总线基础是智能仪表。
分散在各个工业现场的智能仪表通过数字现场总线连为一体,并与控制室中的控制器和监视器一起共同构成现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)。
通过遵循一定的国际标准,可以将不同厂商的现场总线产品集成在同一套FCS中,具有互换性和互操作性。
FCS把传统 DCS 的控制功能进一步下放到现场智能仪表,由现场智能仪表完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。
现场仪表的数据(包括采集的数据和诊断数据)通过现场总线传到控制室的控制设备上,控制室的控制设备用来监视各个现场仪表的运行状态,保存各智能仪表上传的数据,同时完成少量现场仪表无法完成的高级控制功能。
4.其他内容简介:(1)控制网络:控制网络体系结构满足开放性要求,如标准化、可移植、可伸缩、互操作。
控制网络类型及其相互关系,控制网络与信息网络的区别,网络结构(总线拓扑、环形拓扑),访问控制形式(CSMA载波监听多点接入、令牌环方式Token ring、令牌总线方式Token bus),检错与纠错,控制网络的OSI七层模型等。
(2)控制算法(3)工控组态软件:包括其发展史、结构体系,图形开发环境包括脚本、窗口、图形对象、动画链接的概念,八类动画链接,三种变量等,实时数据库,I/O设备驱动,组态软件与第三方程序的通信等。
(4)DCS系统的工程设计:包括总体方案阶段,初步设计阶段,工程设计阶段,安装与调试阶段,最后验收。
以及工程设计中的抗干扰设计,有传导干扰(电容电场、电感磁场、阻抗),抗干扰措施——屏蔽,隔离(空间隔离和器件隔离),接地,滤波,软件抗干扰,以及信号传输线的抗干扰。
5.目前存在的问题和发展趋势从前面分析看出,DCS有着诸多优点,但DCS的缺点也是十分明显的。
首先其结构是多级主从关系,底层相互间进行信息传递必须经过主机,从而造成主机负荷过重,效率低下,并且主机一旦发生故障,整个系统就会“瘫痪”。
而且DCS在设备配置上还要求网络、控制器、电源等都为冗余结构,导致DCS成本太高。
其次它是一种数字——模拟混合系统,DCS 的现场仪表仍然使用传统的4~20mA 电流模拟信号,传输可靠性差,成本高,也就是说,一个变送器或执行机构需要一对传输线来单向传送一个模拟信号。
这种传输方法使用的导线多,现场安装及调试的工作量大,不便维护。
主控室的工作人员无法了解现场仪表的实际情况,不能对其进行参数调整和故障诊断,所以处于最底层的模拟变送器和执行机构成了计算机控制系统中最薄弱的环节,即所谓DCS 系统的发展瓶颈。
再有各厂家的DCS自成标准,通讯协议封闭,极大的制约了系统的集成与应用。
也正是为了克服DCS 系统的技术瓶颈,进一步满足现场的需要,现场总线技术才应运而生。
虽然现场总线技术有很多优点,但也存在许多问题,制约其应用范围的进一步扩大:(1)先是现场总线的选择。
虽然目前IEC组织已达成了国际总线标准,但总线种类仍然过多,而每种现场总线都有自己最合适的应用领域,如何在实际中根据应用对象,将不同层次的现场总线组合使用,使系统的各部分都选择最合适的现场总线,仍然是比较棘手的问题。
(2)系统的集成问题。
由于实际应用中一个系统很可能采用多种形式的现场总线,因此如何把工业控制网络与数据网络进行无缝的集成,从而使整个系统实现管控一体化,是关键环节。
(3)存在技术瓶颈问题。
从目前趋势来看,已有的现场总线仍将继续存在,最有可能的是发展一种混合式控制系统。
而最终,随着技术的进步、成本的进一步降低,全开放式的现场总线控制系统必将是未来的趋势。
伴随着数字化时代的来临,现场总线控制系统必将取代传统的集散控制系统。
工电2班廖祎帆学号201397250218。