DCS现状与发展趋势

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1、DCS现状与发展趋势分散控制系统(DCS)今天已步入第三代。它的发展一方面受计算机技术、控制技术、通信技术及CRT技术的影响，另一方面又受到生产过程控制和管理要求的驱动。　　随着微电子技术的迅速发展，微处理器在控制装置、变送器上的广泛使用，现场仪表(传感器、变送器、执行器等)得以智能化。“现场总线标准”就是设计用来替代4～20mA模拟信号标准的新工业标准。　　现场总线(Fieldbus)国际标准的制定将对DCS的发展产生重大影响，由于现场总线与传统的4～20mA信号传递相比有很多优点，以现场总线为基础的自动化系统结构有望成为未来的分散控制系统。　　1　DCS系统的发展　　DCS将向

2、信息管理系统和计算机网络控制扩展，将过程控制和信息管理系统紧密结合起来，构成计算机集成过程系统(CIPS)。CIPS除了要完成传统DCS过程控制的功能外，还要实现运行支持和决策支持的功能，包括质量控制、过程管理、在线优化、经营管理、决策分析等。　　网络是当今工厂自动化的核心，是计算机集成过程系统的基础，而工厂自动化的每一层都有适用于自己的网络。分散控制系统的典型网络体系结构如图1所示。　　工厂级(上层、管理层)包括工厂信息管理和生产管理，负责与工厂管理计算机的连接，计算机间的管理数据交换通过工厂主干网实现。主干网采用ISO／OSI-MAP／TOP或TCP／IP-Ethernet网络

3、协议标准。随着工厂自动化规模的不断扩大，这一级的功能也越来越强，它是DCS向CIPS发展的一个重要标志。　　车间级(中层、监控层)包括过程控制和过程管理，用于控制室、现场控制设备和各现场控制装置间的连接。通信网采用中速、载带工业过程数据公路的形式(ProwayC或IEEE802.4)。这是DCS的实时工业控制网络，应具有高可靠性、高使用性、实时性强、有自诊断功能、有自组态功能、容易接入新站等。　　现场级(低层)用于连接过程控制中的传感器、执行器、智能仪表等。现场以标准的现场总线为发展目标，现已有了两个国际组织的现场总线产品，现场总线将是DCS发展的一个重要方向。2　现场总线2.1　

4、现场总线标准　　现场总线标准的第一部分被命名为H1，定义了一个低速、带电链路的数字信号取代4～20mA模拟量传输信号。当H1被采用后，智能传感器将能够与数字控制系统直接通信。第二部分H2，定义了一个高速、不带电的链路，使协议可应用于高级逻辑和控制。H2协议的通信速率为1Mb，而H1通信速率为31.25Kb。　　由于是作为低级的网络应用，Fieldbus与OSI模型的第一、二和七层有关。OSI网络模型与三层Fieldbus体系结构的对照见图2。　　Fieldbus中物理层确定通过物理媒介传送的数字信号的形式，包括电缆种类、硬件、传输方式、传输速率、电气及机械性能等。数据链路层负责现场

5、与控制空间的信号双向传送，包括数位如何组织和确认，采用怎样的协议，故障诊断和修正以及类似的功能。应用层提供格式化的数据，集中在网络中设备定址、设备存取、信息和其它功能的方法上。仅利用OSI网络界面模型的三层，可在保证与更高级网络兼容的同时，减少与现场总线标准有关部分的成本和费用，将使每连接一台装置的费用较低。相对于使用在工厂级的较高级网络，Fieldbus标准设计采用较小信息量和较低数据速率的网络。　　标准规定了一个31.25kHz传输信号，它适用于现行生产装置上采用的4～20mA信号线路，将来则采用1MHz和25MHz、可用于更高频率的导线。物理性能低速／DC(H1)高速／DC(

6、H2)传送距离1900m750m拓扑总线或任意总线结构点—点通信点—点通信响应时间100ms1ms数据传输速率31.25Kb1Mb报文传送速度81～122报文／s2604～3906报文／s标准报文长度32～48B32～48B数据类型浮点(32位)，文本，时钟浮点(32位)，文本，时钟设备数量3232传输媒介仪表级双绞线通信级双绞线电源DCDC冗余支持支持本质安全性有无(对于网络供电装置)连接方式直接直接　　现场总线标准中的物理层协议已于1993年获得通过。它规定了传输媒介的情况，包括工作电压和电流。现正在开发应用层和用户层协议。Fieldbus的最后目标是以一片硅集成电路为基础的现

7、场总线，这片集成电路将覆盖物理层、数据链路层和应用层的需要，目前Honeywell、Rosemount正在开发Fieldchips。2.2　两大现场总线机构　　80年代末，一些仪表公司着手开发统一标准的现场总线。目前主要有两大机构：ISP(相互可操作性系统工程)和WorldFIP。ISP机构成员有西门子、罗斯蒙特、费希尔、福克斯波罗、横河、ABB等64个公司；WorldFIP机构成员有霍尼韦尔、山武—霍尼韦尔、贝利等150个公司。两大机构都在开发各自现场总线标准。IS