概述自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展情況

1、概述自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展情況PLC 可編程序邏輯控制器PLC的出現(xiàn)要感謝美國的通用汽車公司（很不幸的是在次貸 危機(jī)的影響下這家公司已于 2009 年 6 月 1 日申請(qǐng)了破產(chǎn)保護(hù)） 。 1968 年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求因而 開始研制 PLC。這種可編程邏輯控制器本身其實(shí)嚴(yán)格來說就是一臺(tái)電腦。 因 為它的內(nèi)部存儲(chǔ)存了程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì) 數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 / 輸 出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC不僅具有運(yùn)算功能，而且具有控制功能，更厲害的是它 還可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊， 它可以支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié) 議（如 T

2、CP/IP ），它可以與工廠的網(wǎng)絡(luò)相連接。 PLC 是各類工 廠的“?？汀?， 可以這么說 PLC 越多的工廠自動(dòng)化程度就越高， 沒有 PLC 的工廠已經(jīng)令人感到無法想像了，這樣的工廠基本上 可以直接搬到博物館里去了。DCS 分散控制系統(tǒng)DCS（ Distributed Control Systems）的產(chǎn)生也是基于自動(dòng) 化的需要。 工廠需要坐在電腦前就可以控制遠(yuǎn)處的鍋爐， 還可以 控制在另一處的一個(gè)溫度裝置，還可以控制更遠(yuǎn)的一個(gè)水位等 等。DCS要做的就是把這些控制都集中到工廠的控制車間，只需 要一個(gè)人坐在電腦前就可以控制工廠里的所有設(shè)備的運(yùn)行。 DCS 的含義就是集散控制系統(tǒng)也叫分布式控制系

3、統(tǒng)， 也就是要把分散 在各個(gè)不同位置待控設(shè)備集中到一個(gè)總控制室里進(jìn)行統(tǒng)一控制、 集中管理。這樣一個(gè)工人就可以控制 N種設(shè)備，如果沒有DCS勺 話每一個(gè)設(shè)備附近都需要有一個(gè)工人。1975 年美國霍尼韋爾( Honey Well )第一套分布式控制系 統(tǒng) TDCS-2000 問世以來，分布式控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制勺 各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，DCS以其高度的可靠性、方 便勺組態(tài)軟件、豐富勺控制算法、開放勺聯(lián)網(wǎng)能力，逐漸成為過 程工業(yè)自動(dòng)控制的主流系統(tǒng)。 迄今， 全世界數(shù)百家廠商已經(jīng)開發(fā) 了各種類型的分布式控制系統(tǒng) 1500余種，DCS以其先進(jìn)、可靠、 靈活和操控簡(jiǎn)便以及合理的價(jià)格而得到廣大工

4、業(yè)用戶的青睞， 廣 泛應(yīng)用于冶金、電力、化工、石油和造紙等工業(yè)領(lǐng)域。DCS 是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、 控制技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的 系統(tǒng)。FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Frontiers of Computer Science )1984 年美國 Inter 公司提出一種計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)-位總線(BITBUS，它主 要是將低速的面向過程的輸入輸出通道與高速的計(jì)算機(jī)總線多 (MULTIBUS 分離，形成了現(xiàn)場(chǎng)總線的最初概念。20世紀(jì) 80年代中期，美國 Rosemount 公司開發(fā)了一種可尋址的遠(yuǎn)程傳感器(HART通信協(xié)議。采用在 420mA模擬量疊加了一種頻率信號(hào)，用雙絞線實(shí)現(xiàn)

5、數(shù)字信號(hào)傳輸。HART協(xié)議已是現(xiàn)場(chǎng)總線的雛 形。 1985 年由 Honeywell 和 Bailey 等大公司發(fā)起，成立了 World FIP 制定了 FIP 協(xié)議。1987年，以Siemens, Rosemount,橫河等幾家著名公司為 首也成立了一個(gè)專門委員會(huì)互操作系統(tǒng)協(xié)議(ISP )并制定了 PROFIBU協(xié)議。后來美國儀器儀表學(xué)會(huì)也制定了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) IEC/ISA SP5Q隨著時(shí)間的推移，世界逐漸形成了兩個(gè)針鋒相對(duì) 的互相競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)場(chǎng)總線集團(tuán)：一個(gè)是以Siemens、Rosemount,橫河為首的 ISP 集團(tuán)；另一個(gè)是由 Honeywell 、Bailey 等公司 牽頭的 Worl

6、dFIP 集團(tuán)。1994 年,兩大集團(tuán)宣布合并,融合成現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(Fieldbus Foundation )簡(jiǎn)稱FF。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)發(fā)展和 制定標(biāo)準(zhǔn),基金委員會(huì)取得以下共識(shí)：共同制定遵循 IEC/ISA SP50 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；商定現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展階段時(shí)間表。 1) FCS 系 統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,即總線標(biāo)準(zhǔn)。2) FCS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。3)FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化?，F(xiàn)場(chǎng)總 線系統(tǒng)中, 每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置到接線盒的雙絞線仍然可以使用, 但是 從現(xiàn)場(chǎng)接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通信。FCS 的特點(diǎn)是具有較高的性能價(jià)格比。 系統(tǒng)綜合成本及一次 性安裝費(fèi)用減少 40

7、%。由于導(dǎo)線、連接附件的大幅度的減少。使 原來的幾百根, 甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜, 從而 也使接線端子、 電纜橋架等附件大幅度的減少。 所以設(shè)計(jì)、安裝、 調(diào)試、維護(hù)的費(fèi)用大幅度地減少，維護(hù)和改造的停工時(shí)間減少 60%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單易行；標(biāo)準(zhǔn)接插 件快速、簡(jiǎn)便的安裝，使人力、物力大量的減少；強(qiáng)大的故障診 斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)工作量大幅減少。FCS 具有互操作性即互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝 通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著 不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。 它將傳 感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、 工程量處理與控制等功能

8、分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中 完成， 僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能， 并可隨時(shí)診 斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這在 DCS 的時(shí)代是無法想像的。 FCS 系統(tǒng) 的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。 隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟， 促 使了控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng) (DCS向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS 的過渡。在一般的 FCS 系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng) 儀表可以組成控制回路， 使控制站的部分控制功能下移分散到各 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表中。 從而減輕了控制站負(fù)擔(dān)， 使得控制站可以專職于 執(zhí)行復(fù)雜的高層次的控制算法。 對(duì)于簡(jiǎn)單的控制應(yīng)用， 甚至可以 把控制站取消， 在控制站的位置代之以起連接現(xiàn)場(chǎng)總線作用網(wǎng)橋 和集線器，操作站直接

9、與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。分布式的 FCS 系統(tǒng)比 DCS 系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了“信息集中， 控制分散”的思想。與傳統(tǒng)的 DCS相比，F(xiàn)CS有其自身的特點(diǎn)。 FCS系統(tǒng)具有高度的分散性，它可以由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成自治的控制 回路。現(xiàn)場(chǎng)儀表或設(shè)備具有高度的智能化與功能自主性， 可完成 控制的基本功能，并可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行情況。另外， FCS 的結(jié)構(gòu)比DCS簡(jiǎn)化。有的 FCS 系統(tǒng)省略了 DCS 中控制站這一層，操作站直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連。這些使FCS的可靠性得到提高。FCS具備了 DCS 與PLC的特點(diǎn)，無論是FCS或者是DCS還是PLC，它們最終 是為了滿足整個(gè)生產(chǎn)過程而進(jìn)行的系統(tǒng)控制。新型

10、的DCS 已有很強(qiáng)的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不 差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。工業(yè)控制與自動(dòng)化領(lǐng)域部分技術(shù)的發(fā)展前景現(xiàn)場(chǎng)總線 （ 控制網(wǎng)絡(luò) ）并行總線 :包括 CompactPCI 總線、 PXI 總線、 VXI 總 線。4.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線及FCS由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，新一代 的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS正在走向?qū)嵱没?這是工業(yè)控制與自動(dòng) 化技術(shù)的一個(gè)突出熱點(diǎn) , 它將給工業(yè)控制、自動(dòng)化技術(shù)帶來一次 深刻革命。在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)中 , 更要特別關(guān)注工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展。工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)已成為現(xiàn)場(chǎng)總線中主流 技術(shù)和焦點(diǎn) , 國際上

11、有多個(gè)組織從事其標(biāo)準(zhǔn)化工作。4.4 傳感與檢測(cè)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。傳感、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成現(xiàn) 代信息的三大基礎(chǔ)。 80 年代的熱點(diǎn)是個(gè)人計(jì)算機(jī) ,90 年代是計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò),預(yù)計(jì) 21世紀(jì)第一個(gè) 10年熱點(diǎn)很可能是傳感、 執(zhí)行與 (下 轉(zhuǎn)第 84頁)( 上接第 80頁)檢測(cè)。傳感器的作用主要是獲取信息 , 是信息技術(shù)源頭。智能檢測(cè)儀表的創(chuàng)新成果 ,包括 :分布式光纖溫度傳 感網(wǎng)絡(luò) , 它已應(yīng)用于煤礦、隧道的火災(zāi)自動(dòng)溫度報(bào)警系統(tǒng)；新一 代固態(tài)傳感器與智能壓力 / 差壓變送器 , 如微型伺服加速計(jì)、 微結(jié) 構(gòu)加速度開關(guān)等；一體化節(jié)流式差壓流量計(jì), 在新建工廠中已有較多應(yīng)用；內(nèi)藏式雙文丘里管流量測(cè)量裝

12、置, 已在鋼鐵廠、熱電廠等 10多個(gè)單位應(yīng)用； 通用智能流量演算器 ,為流量計(jì)等許多人 工標(biāo)定裝置的自動(dòng)標(biāo)定或改造提供借鑒；新型電磁流量計(jì) , 近年 來 , 電磁流量計(jì)在勵(lì)磁技術(shù)、內(nèi)襯技術(shù)、智能化技術(shù)等方面都有 新的進(jìn)展；新型超聲流量計(jì) , 如氣體超聲流量計(jì)在天然氣工業(yè)中 的應(yīng)用有了突破性進(jìn)展；新型微波物位計(jì) , 非接觸式測(cè)量方法 , 市場(chǎng)增長(zhǎng)率最高。 上海寶鋼開發(fā)的高爐爐頂微波料面檢測(cè)裝置就 是技術(shù)水平處于國際領(lǐng)先的一個(gè)例子。4.3 管控一體化隨著 Internet 、Intranet 、Infranet 及其集成技術(shù)的發(fā)展 , 產(chǎn)生了工廠軟件 (PS,Plant Software) 和制造

13、執(zhí)行系統(tǒng) (MES), 儀 表界渴望已久的管控一體化、 工業(yè)企業(yè)信息化、 基于網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng) 化、IT與自動(dòng)化的目標(biāo)即將成為現(xiàn)實(shí)，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率， 增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。綜合自動(dòng)化綜合自動(dòng)化包括 CIMS(Computer IntegratedManufacturing System), 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)和 CIPS(Computer Integrated Processing System, 計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng) ), 是過程工業(yè)中的 CIMS綜合自動(dòng)化有非常廣闊的發(fā)展前景，美國未來學(xué)家預(yù)測(cè)， 到 2030 年 80%的美國企業(yè)將實(shí)現(xiàn) CIMS。結(jié)語FCS 的前身是 DCS 與 PLC，F(xiàn)CS 不僅具備兩者的特點(diǎn)，而 且跨出了革命性的一步。DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù) 公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。FCS在現(xiàn)場(chǎng)總線的支持