一個(gè)控制系統(tǒng)由I/O設(shè)備(傳感器和執(zhí)行器)、控制硬件、控制軟件、人機(jī)接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。設(shè)備級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線使I/O模件和控制箱得以分開(kāi),以太網(wǎng)使得現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)集成到企業(yè)應(yīng)用中。
早期的集中式控制系統(tǒng)
80年代初期,當(dāng)微機(jī)控制系統(tǒng)用于電站自動(dòng)化領(lǐng)域時(shí),多使用以單板機(jī)組成的微機(jī)控制裝置,與上位機(jī)系統(tǒng)連接多采用串行通信方式,所有模件集中布置在一個(gè)或幾個(gè)機(jī)柜中。由這些裝置構(gòu)成的系統(tǒng)多為集中式控制系統(tǒng)或分層控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)為我國(guó)電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用,其開(kāi)拓性的實(shí)踐是今天控制系統(tǒng)豐富多彩的基礎(chǔ)。但是,這類系統(tǒng)技術(shù)上已經(jīng)落后,不符合控制系統(tǒng)分布、開(kāi)放的發(fā)展趨勢(shì)。
DCS在我國(guó)電力行業(yè)特別是火電廠機(jī)組控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的DCS主要有4層結(jié)構(gòu):第1層是I/O層;第2層是控制器層;第3層是人機(jī)接口層;第4層是企業(yè)信息系統(tǒng)層。這種結(jié)構(gòu)與圖1相近,但除在第3層、第4層之間采用以太網(wǎng)外,其他都是專用網(wǎng)絡(luò),控制設(shè)備及軟件也是專用的,開(kāi)放程度不夠,給系統(tǒng)維護(hù)及升級(jí)帶來(lái)不便。DCS在設(shè)備配置上還要求網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源甚至模件等都為冗余結(jié)構(gòu),支持無(wú)擾切換和帶電插拔,由于設(shè)計(jì)上的高要求,導(dǎo)致DCS成本太高。
PLC可編程邏輯控制器
嚴(yán)格說(shuō)來(lái),單獨(dú)的PLC因缺少人機(jī)接口及信息系統(tǒng)等部分,不是一個(gè)控制系統(tǒng)。PLC由于其高可靠性及使用的方便性,占領(lǐng)著很大的市場(chǎng)份額。從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看,傳統(tǒng)的PLC相當(dāng)于通用化的微機(jī)監(jiān)控裝置,由電源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及擴(kuò)展插箱組成,使用廠家提供的梯形圖邏輯語(yǔ)言進(jìn)行編程。但隨著市場(chǎng)的需要及DCS的挑戰(zhàn),PLC家族在以下幾方面得到了發(fā)展:1分布式I/O連接能力方面,由于許多高檔PLC支持遠(yuǎn)程I/O及現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)(如DeviceNet,Profibus等),使PLC向下連接更分布;2廠級(jí)控制系統(tǒng)連接方面,許多PLC支持高速網(wǎng)絡(luò),如Ethernet,ControlNet,Profibus等;3軟件的開(kāi)放性方面,由于許多PLC支持OPC標(biāo)準(zhǔn)(objectlinkingandembeddingforprocesscontrol),使軟、硬件平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信找到了一個(gè)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。這種部分開(kāi)放加上部分專用所構(gòu)成的系統(tǒng)可能還會(huì)延續(xù)一段時(shí)間。但是,正是由于PLC是一種通用的控制器,應(yīng)用到&&&%&&%&&&%&&%&1作為現(xiàn)地控制裝置有其局限性,需做許多硬件和軟件上的改進(jìn)工作,配置額外的設(shè)備和電路。與DCS相比,PLC有成本上的優(yōu)勢(shì),但可靠性、電氣性能卻不如DCS。
FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
FCS(fieldbuscontrolsystem)顧名思義基于現(xiàn)場(chǎng)總線,根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)的定義:
現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)應(yīng)具有以下技術(shù)特點(diǎn):1系統(tǒng)的開(kāi)放性;2互可操作性與可用性;3現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性;4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性;5對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。
由于有以上技術(shù)要求,現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將是開(kāi)放系統(tǒng)的主要支撐力量。由于受集團(tuán)利益的限制,現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)本身目前還未形成一個(gè)單一的標(biāo)準(zhǔn)。常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)有Profibus,CAN,Lonworks,WorldFip及FF(fieldbusfoundation)等,人們期待著將于2000年初頒布的最后統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)IEC61158,FF與目前的IEC61158—3.4.5.6草案兼容?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)不僅需要控制系統(tǒng)設(shè)備制造商的支持,更主要的是要得到分散在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器及執(zhí)行設(shè)備的支持,以取代DCS的數(shù)字/模擬混合技術(shù),成為全數(shù)字式系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)才會(huì)比DCS有很大的技術(shù)及成本優(yōu)勢(shì)。
目前的情形是,我國(guó)廣大的中小型生產(chǎn)企業(yè)還沒(méi)有DCS,大型企業(yè)使用DCS,使用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)近幾年內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。在這種情形下,什么是當(dāng)前適合中國(guó)國(guó)情的控制系統(tǒng)呢?筆者認(rèn)為作為過(guò)渡階段可行的方案應(yīng)是DCS—FCS結(jié)合的控制系統(tǒng)模式。這種模式采用智能I/O模件作為儀表上網(wǎng)的橋梁,同時(shí)節(jié)省成本;使用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)分布式、開(kāi)放式的發(fā)展趨勢(shì);使用開(kāi)放式的控制器硬件及開(kāi)放式的組態(tài)軟件代替DCS中專用的控制器,保留DCS的冗余技術(shù)及組態(tài)技術(shù)等優(yōu)點(diǎn),使用標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)作為廠級(jí)網(wǎng)絡(luò),而不是DCS的專用網(wǎng)絡(luò)。隨著技術(shù)的進(jìn)步、成本的進(jìn)一步降低,全開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)必將是未來(lái)的趨勢(shì)。
