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DCS系统集成技术优势 摘要 随着计算机、通信、控制等技术的不断发展，分布式控制系统（DCS）得到了快速的发展，广泛应用于工业生产过程与其他领域。但是各厂家的DCS自成封闭的通信体系，难以实现企业内各种DCS系统的集成与综合，于是多种总线共存、多种系统集成和多种技术集成的形式应运而生。本文主要讲述了DCS控制系统与现场总线控制系统（FCS）在生产过程中的的优势以及两者集成的方法和集成优势分析。 关键词：DCS，FCS，集成，优势 Abstract With the development of technology in the computer, communication and control, distributed control system (DCS) obtained fast development, widely used in industrial production process and other areas. But each manufacturer of DCS are enclosed communications system, which makes it difficult to realize the business enterprise inside all sorts of DCS system integration and synthesis, and a variety of bus coexistence, a variety of system integration and various forms of technology integration arises at the historic moment. This paper mainly tells the story of DCS control system with the field bus control system (FCS) in the production process and the advantages of both integration method and the integrated advantage analysis. Key words:DCS,FCS, Integration, Advantage 一、 DCS系统优势性能 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。其主要由以下优势性能： 1. 这种系统使用高速通讯网路及全数字的马达驱动器和友善的SCADA（数据通讯时间小于250m秒）使用HMI(人机接口）控制.它可容易的操作整个机器设备以达到完美的性能要求。 2. 我们从SCADA监控计算机来设定马达速度的设定值.由于纯向量式的马达驱动控制器可提供一个极高的速度准确度（高达0.05％／驱动器）,所以实际速度值将相等于计算机设定数值。 3. 高动态的速度响应（低于0.25%／秒）,由于这种系统使用计算机／PLC与高速通讯网路来控制,所以这机器速度将不受环境温度变化/偏差的影响。 4. 自动作网络分析及检查所有相关硬件,既使SACDA计算机当机,系统亦能以先前的数据继续运转,直到计算机重新开机完成。 5. 每一个控制数值将被记录于制造的流程.这控制系统将提供高准确度和可靠的全机械线性率高达0.1％ (LINEAR RATIO)。 6. 使用一般通用的打印机,来作日报表,周报表,月报表,季报表,打印有关于机械运转的数据或速度,温度,压力,流量等趋势曲线图。 7. 根据操作须要,自动打印系统操作分析报表,故障分析报表。 8. 当这条生产线在自动的速度条件下操作时,这种系统将可调整全部马达加减速于同一时间内.主要是使用高速PLC,扫瞄时间将是小于40 msec,通讯更新时间将小于250 msec。 9. 这种系统提供机械轮子惯量自动的补偿功能,这将可改善这台机器因不同的机器轮子惯量或产品的线性速度性能。 10.当系统须要作压力或流量控制时,压力或流量的数值是经由压力,流量感应器来侦测并回送到向量驱动器的PID控制（没有使用任何压力,流量控制仪表）直接地控制这马达的加减速来控制压力,流量值.在机械能完全配合的情况下,控制精密可高达0.1%。 11.使用PLC的温度控制模块（RTD模块）,所有PT TYPE感应器或热电偶感应器的讯号是直接回送到PLC模块,并经由一个PID的功能block所控制.使用这种系统可容易的达到0.1°C的温度控制精度。 二、 FCS系统优势性能 FCS系统由于采用了只能现场设备和现场总线，具有以下优点： 1. 采用一对N的设备连接方式，成本低 2. 实现了彻底的分散控制 3. 开放性与互操作性简化了系统的集成。 4. 信息综合，组态灵活 三、 FCS与DCS的集成方法与优势分析 从本质来说，FCS是一个网络通信系统，而DCS虽然涉及网络通信，但其标准由各厂家自行制定, 没有开放性,所以DCS 与FCS 集成只是一种过渡策略, 因为这种混合系统不能完全发挥FCS的优势。根据当前不同的应用需求,FCS和DCS有三个层次上的集成模式: （1）现场总线集成在DCS 的I/O总线上 这种方式通过接口卡直接将现场总线集成到DCS 系统中。与I/O功能块相关的测量值和设定值可以通过接口卡映射成I/O总线上等价的值。通过这种映射关系, DCS 就能透明地获取现场总线智能仪表传送的信息, 其效果和传统的变送器相同。( 如图1 所示) 图1 这种集成方式的优点: 只需安装现场总线接口卡，无需改变或升级DCS 系统； 对于一些初级的现场总线设备，厂家提供的功能块有限，这种方式保留了DCS的控制功能； 采用低成本的PC作为现场总线组态、诊断的接口单元。但这种方式也限制了DCS所能获取的信息，无法利用现场设备中大量的状态信息。 其它的一些局限包括: 现场设备功能块的组态、执行调度必须在PC而不是DCS中完成, 设备信息库由PC维护； 通过现场总线接口卡与现场设备通信会引入传输迟延, 这种迟延对一些快速过程的影响很明显。 这种集成方式主要应用于小型系统及现场总线技术的初期应用中。 （2）现场总线集成在DCS 网络上 这种集成方式通过现场总线接口单元连接到DCS 网络上, 现场设备中用于控制、计算的各种功能块操作信息可以在DCS 控制台中获取和更改。通过接口单元提供的服务, DCS 操作站能获取更多的现场设备信息。( 如图2 所示) 图2 这种集成方式的优点: 控制和计算可以在现场设备中完成, 相关的参数可以在DCS 操作员站中访问; 便于现场总线和DCS 之间的通信; DCS 可以访问现场设备中更多的信息。 但是这种集成方式中现场设备功能块组态仍在PC中完成，与DCS组态数据库分离。 （3）通过网关接口集成现场总线 这种集成方式通过专门设计的网关接口实现现场总线网络和DCS 系统的完全双向连接, 即DCS操作员站能访问现场设备中的所有信息，而现场总线也能获取DCS提供的各种信息, 因此便于实现现场总线和DCS的协调控制。此外, 在这种集成方式下, 现场总线的控制功能更加独立, 可以构成一个脱离DCS的完整的控制系统。( 如图3 所示) 图3 这种方式主要适用于规模较大的控制系统, 能有效保护用户对DCS的先期投资。DCS负责监控、优化、先进控制、协调管理等较复杂的应用, 是主控系统, 而FCS 负责现场设备层的数据采集和闭环控制, 并将设备的状态、诊断信息实时地传送至DCS。 但是这种接口方式对网关接口技术要求很高, 此接口要完成双向的协议转换, 为DCS和现场总线提供透明的数据访问。此外, 整个系统统一组态后，如何维护和解释一个全局信息库也是一个需要解决的问题。以上简单讨论了DCS和FCS 集成的三种途径。实现应用时情况会更复杂, 主要原因是DCS的很多设计要素不同于FCS，DCS的封闭性限制了现场总线分散化、网络化特点的实现。传统意义上的DCS实现分散控制、集中管理, 但在实际应用中，DCS的控制功能并没有真正分散化, 其管理功能更多的也只是监控和协调。因此, 在未来的技术发展中, 需要着重考虑DCS与FCS的集成, 使系统配置达到最优,从而实现完整的控制、管理网络架构。这样, DCS的基本控制功能将逐步消失, 它将更多的承担监控、管理和决策任务，成为真正意义上的管理系统的一部分；而FCS则协调现场智能测控设备之间的通信，实现生产过程控制的彻底分散化、网络化。因此，DCS与FCS结合是当前提高过程控制系统自动化水平的基本思路。 四、 结束语 由于DCS应用广泛、技术成熟,在现有的技术条件和市场条件下, FCS还不能完全取代DCS,在已有的DCS系统中应用现场总线新技术,实现FCS与DCS的紧密集成，这样一方面保留了DCS丰富的监控、协调管理功能, 另一方面也发挥了FCS网络化、分散化控制的优势, 从而以较低的成本应用现场总线新技术, 提高生产过程的综合自动化水平。 五、 参考文献 1) 肖军，DCS及现场总线技术，清华大学出版社，2011.10 2) 凌志浩，DCS与现场总线控制系统[M].上海：华东理工大学出版社，2008. 3) 程晓琳，FCS选型及与DCS的集成[J]。工业控制计算机，2000.2:1-4 4) 孔楠，现场总线应走与DCS兼容的道路，工业控制计算机, 1999.11 5) 本文来源：https://www.dywdw.cn/aaa58b65ab956bec0975f46527d3240c8447a1d5.html
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2022-07-17
