从集散控制系统到现场总线控制系统白建云(山西大学工程学院，山西太原030013)TheDevelopmentfromDistributedControlSystemtoFieldbusControlSystemBAIJian-yun(EngineeringCollegeofShanxiUniversity，Taiyuan030013，China)摘要：分析了分布式控制系统(DCS)发展存在的问题，对DCS和现场总线控制系统(FCS)进行了比较，提出将DCS和FCS融合的方案。同时研究并提出FCS今后发展必须解决的关键技术。关键词：集散控制系统；现场总线；本质安全中图分类号：TP273文献标识码：AAbstract：ThepaperanalysestheproblemaboutthedevelopingofDCSsystem,comparesDCSwithFCS,andbringsoutthepreceptaboutamalgamationDCSandFCS.Atthesametimethefuturedevelopmenttechnologyisstudiedandputforward.KeyWords：distributedcontrolsystem;fieldbus;essentialsafe早在FCS出现之前，DCS或称TDCS(TotalDistributedControlSystem)集散控制系统，在国内已有广泛应用。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。通常采用若干个控制器对1个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。而FCS产生的宗旨是为了本质安全、危险区域和易变过程，由全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪表和控制装置，其发展的基础是数字智能现场装置，本质是信息处理现场化，意在克服DCS存在的缺陷并取代DCS。1集散控制系统存在的问题DCS组成的测控系统基本结构如图1所示。设计DCS的初衷是“危险分散、显示操作集中”。危险分散体现于早期DCS的1个控制站或控制单元仅包含8～16个控制回路。往往要配置多个控制单元才能满足现场1个机组或1套生产装置整体控制要求。小容量控制站使通信总线不但实施人机接口与控制站之间非及时信息的交换，而且还需实施某些控制站之间为完成对现场装置整体控制必需的timelines(及时性信息交换)。这就使通信总线成为控制系统的“神经命脉”，通信总线的发展无疑是制约DCS可靠性的主要“瓶颈”之一。从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---理级主要是指工厂管理信息系统(MIS)，作为DCS更高层次的应用。DCS的控制决策由过程控制站完成，它是1个完整的计算机系统，主要由电源、CPU、网络接口和I/O组成。由各控制站自身完成1套生产装置或机组基本控制所需I/O信息的采集与输出，使通信总线仅在各控制站与显示操作站(HMI)实施非及时性信息交换。DCS的可靠性与基础控制功能完全依赖于控制站。为确保控制站的可靠性与效能，不但对其电源供应、CPU卡与通信卡及部份I/O卡件采用双重冗余，甚至出现4个CPU作双对冗余，而且采用1个CPU芯片对采样输入进行预处理及输出判断处理，1个CPU芯片进行控制运算等“用空间换时间与效能”等一系列措施。适用于不同工业应用的控制算法以功能模块形式常驻于大容量存储器内使之能在无人干预的情况下按控制方案预先组态好的程序连接，完成各种连续、批量及程序逻辑控制，使整个生产装置或机组安全平稳运行。然而，控制站的采样输入来自现场而控制信号则返回现场，每个I/O信号均需在现场与主控室之间来回穿梭，带来诸多弊病：①信号电缆耗费量极大，1个大型工厂的信号电缆总长达4～6位数字的公里数并非罕见，使得信号电缆敷设的投资巨大且维修困难并有损于其整体可靠性。②各家的DCS不但硬件各异且软件与通信协议更是各家专用无以兼容而形成众多的自动化孤岛，使用户不能自由扩充。随网络时代的到来，上述2个缺陷导致DCS制造厂商不得不正视用户的要求而寻求变革。2FCS的产生和发展为解决DCS存在的问题，FCS应运而生。FCS是20世纪80年代中期发展起来的，其拓扑结构如图2所示［1］。每个智能现场装置到接线盒的双绞线仍可使用，但从现场接线盒到中央控制室仅用1根双绞线完成数字通信，...