分散控制系統(DCS)今天已步入第三代。它的發展一方面受計算機技術、控制技術、通信技術及CRT技術的影響,另一方面又受到生產過程控制和管理要求的驅動。??
隨著微電子技術的迅速發展,微處理器在控制裝置、變送器上的廣泛使用,現場儀表(傳感器、變送器、執行器等)得以智能化。“現場總線標準”就是設計用來替代4~20mA模擬信號標準的新工業標準。現場總線(Fieldbus)國際標準的制定將對DCS的發展產生重大影響,由于現場總線與傳統的4~20mA信號傳遞相比有很多優點,以現場總線為基礎的自動化系統結構有望成為未來的分散控制系統。?
1、DCS系統的發展??
DCS將向信息管理系統和計算機網絡控制擴展,將過程控制和信息管理系統緊密結合起來,構成計算機集成過程系統(CIPS)。CIPS除了要完成傳統DCS過程控制的功能外,還要實現運行支持和決策支持的功能,包括質量控制、過程管理、在線優化、經營管理、決策分析等。?
網絡是當今工廠自動化的核心,是計算機集成過程系統的基礎,而工廠自動化的每一層都有適用于自己的網絡。工廠級(上層、管理層)包括工廠信息管理和生產管理,負責與工廠管理計算機的連接,計算機間的管理數據交換通過工廠主干網實現。主干網采用ISO/OSI-MAP/TOP或TCP/IP-Ethernet網絡協議標準。隨著工廠自動化規模的不斷擴大,這一級的功能也越來越強,它是DCS向CIPS 發展的一個重要標志。車間級(中層、監控層)包括過程控制和過程管理,用于控制室、現場控制設備和各現場控制裝置間的連接。通信網采用中速、載帶工業過程數據公路的形式(ProwayC或IEEE802.4)。這是DCS的實時工業控制網絡,應具有高可靠性、高使用性、實時性強、有自診斷功能、有自組態功能、容易接入新站等。現場級(低層)用于連接過程控制中的傳感器、執行器、智能儀表等。現場以標準的現場總線為發展目標,現已有了兩個國際組織的現場總線產品,現場總線將是DCS發展的一個重要方向。??
2、現場總線??
2.1、現場總線標準??
現場總線標準的第一部分被命名為H1,定義了一個低速、帶電鏈路的數字信號取代4~20mA模擬量傳輸信號。當H1被采用后,智能傳感器將能夠與數字控制系統直接通信。第二部分H2,定義了一個高速、不帶電的鏈路,使協議可應用于高級邏輯和控制。H2協議的通信速率為1Mb,而H1通信速率為31.25 Kb。由于是作為低級的網絡應用,Fieldbus與OSI模型的第一、二和七層有關。Fieldbus中物理層確定通過物理媒介傳送的數字信號的形式,包括電纜種類、硬件、傳輸方式、傳輸速率、電氣及機械性能等。數據鏈路層負責現場與控制空間的信號雙向傳送,包括數位如何組織和確認,采用怎樣的協議,故障診斷和修正以及類似的功能。應用層提供格式化的數據,集中在網絡中設備定址、設備存取、信息和其它功能的方法上。僅利用OSI網絡界面模型的三層,可在保證與更高級網絡兼容的同時,減少與現場總線標準有關部分的成本和費用,將使每連接一臺裝置的費用較低。相對于使用在工廠級的較高級網絡,Fieldbus標準設計采用較小信息量和較低數據速率的網絡。標準規定了一個31.25 kHz傳輸信號,它適用于現行生產裝置上采用的4~20 mA信號線路,將來則采用1 MHz和25MHz、可用于更高頻率的導線。物理性能低速/DC(H1)高速/DC(H2) 傳送距離1 900 m750 m 拓撲總線或任意總線結構點—點通信點—點通信 響應時間100 ms1 ms 數據傳輸速率31.25 Kb1 Mb 報文傳送速度81~122報文/s2 604~3 906報文/s 標準報文長度32~48 B32~48 B 數據類型浮點(32位), 文本,時鐘浮點(32位),文本,時鐘 設備數量3232 傳輸媒介儀表級雙絞線通信級雙絞線電源DCDC 冗余支持支持本質安全性有無(對于網絡供電裝置) 連接方式直接直接。現場總線標準中的物理層協議已于1993年獲得通過。它規定了傳輸媒介的情況,包括工作電壓和電流。現正在開發應用層和用戶層協議。Fieldbus的最后目標是以一片硅集成電路為基礎的現場總線,這片集成電路將覆蓋物理層、數據鏈路層和應用層的需要,目前Honeywell、Rosemount正在開發Fieldchips。??