現(xiàn)場總線與DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成之淺談

引言

　　新的基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制策略和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將對現(xiàn)有的儀表及控制系統(tǒng)產(chǎn)生革命性的影響。從現(xiàn)場總線技術(shù)的本質(zhì)特征上分析了其對傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)DCS的沖擊，并結(jié)合dcs的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給出了現(xiàn)場總線集成于dcs的3種實(shí)現(xiàn)方法。

　　工業(yè)控制從早期的就地控制、集中控制，已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的集散控制（dcs），在過去的20年中，過程工業(yè)對dcs系統(tǒng)及相關(guān)的儀表裝置進(jìn)行了大量的投入，dcs系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果得到了用戶的肯定。4-20mA信號是dcs系統(tǒng)及現(xiàn)場設(shè)備相互連接的最本質(zhì)特點(diǎn)，這是控制系統(tǒng)和儀表裝置發(fā)展的一大進(jìn)步。

　　然而現(xiàn)在，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)今控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。人們意識到傳統(tǒng)的模擬信號只能提供原始的測量和控制信息，而智能變送器在4-20mA信號之上附加信息的能力又受其低通信速率的制約，所以對整個(gè)過程控制系統(tǒng)的機(jī)制進(jìn)行數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)是其發(fā)展的必然趨勢。

　　現(xiàn)場總線在智能現(xiàn)場設(shè)備、自動(dòng)化系統(tǒng)之間提供了一個(gè)全數(shù)字化的、雙向的、多節(jié)點(diǎn)的通信鏈接。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)促進(jìn)了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，并且使現(xiàn)場控制的功能更加強(qiáng)大。這一改進(jìn)帶來了過程控制系統(tǒng)的開放性，使系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和—過程診斷的綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。

1 現(xiàn)場總線對傳統(tǒng)dcs的沖擊

　　現(xiàn)場總線對傳統(tǒng)dcs的沖擊來源于其本質(zhì)上優(yōu)越于dcs系統(tǒng)的技術(shù)特征。根據(jù)國際電工委員會IEC和現(xiàn)場總線基金會FF的定義，現(xiàn)場總線技術(shù)具有以下5個(gè)主要特點(diǎn)：

　?、贁?shù)字信號完全取代4-20mA模擬信號；
　?、谑够具^程控制、報(bào)警和計(jì)算功能等完全分布在現(xiàn)場完成；
　　③使設(shè)備增加非控制信息，如自診斷信息、組態(tài)信息以及補(bǔ)償信息等；
　?、軐?shí)現(xiàn)現(xiàn)場管理和控制的統(tǒng)一；
　　⑤真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開放性、互操作性。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)不僅是一種通信技術(shù)，它實(shí)際上融人了智能化儀表、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和開放系統(tǒng)互連（OSI）等技術(shù)的精粹。所有這些特點(diǎn)使得以現(xiàn)場總線技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）相對于傳統(tǒng)dcs系統(tǒng)具有巨大的優(yōu)越性：

　　①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，成本顯著降低；
　?、诂F(xiàn)場設(shè)備自治性加強(qiáng)，系統(tǒng)性能全面提高；
　?、厶岣吡诵盘杺鬏?shù)目煽啃院途龋?BR>　?、苷嬲龑?shí)現(xiàn)全分散、全數(shù)字化的控制網(wǎng)絡(luò)；
　?、萦脩羰冀K擁有系統(tǒng)集成權(quán)。
　　這些優(yōu)越性可從dcs和現(xiàn)場總線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較后得到驗(yàn)證。

2 現(xiàn)場總線集成于dcs系統(tǒng)是現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢

　　盡管用戶對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)表示歡迎，但他們并不希望對他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)做大的改動(dòng)。

　　目前在現(xiàn)場總線的發(fā)展初期，大多數(shù)用戶更傾向于對他們現(xiàn)有的儀表系統(tǒng)進(jìn)行逐步的增添和替換；另一方面，dcs系統(tǒng)及其儀表的消失或完全被取代，對于費(fèi)用或人力而言也都是不合理的。現(xiàn)階段最可行的方案是考慮如何使現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)的dcs系統(tǒng)盡可能地協(xié)同工作，這種集成方案能夠得到靈活的系統(tǒng)組態(tài)，以適用于更廣泛的、富于實(shí)用價(jià)值的應(yīng)用。

3 現(xiàn)場總線于dcs系統(tǒng)I/0總線上的集成

　　在dcs的結(jié)構(gòu)體系中，自上而下大體可分為3層：管理層，監(jiān)控操作層和I/O測控層。在I/O測控層的I/O總線上，掛有dcs控制器和各種I/O卡件，I/O卡件用于連接現(xiàn)場4-20mA設(shè)備、離散量或PIC等現(xiàn)場信號，dcs控制器負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制。

　　在dcs系統(tǒng)的I/O總線上集成現(xiàn)場總線的關(guān)鍵是通過一個(gè)現(xiàn)場總線接口卡掛在dcs的I/O總線上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息映射成原有dcs的 I/O總線上相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，如基本測量值、報(bào)警值或工藝設(shè)定值等，使得在dcs控制器所看到的現(xiàn)場總線來的信息就如同來自一個(gè)傳統(tǒng)的dcs設(shè)備卡一樣。這樣便實(shí)現(xiàn)了在I/O總線上的現(xiàn)場總線技術(shù)集成。