DCS與現(xiàn)場總線技術(shù)第一章

DCS及現(xiàn)場總線DCS——DistributedControlSystemFCS——FieldbusControlSystem1本課程涵蓋多門技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容2本課程涵蓋多門技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容計算機技術(shù)（DCS硬件構(gòu)成、軟件平臺的應用等）自動控制技術(shù)（實現(xiàn)DCS控制策略及算法的技術(shù)方法）人機接口技術(shù)（DCS組態(tài)技術(shù)和操作技術(shù)等）通信技術(shù)（DCS數(shù)據(jù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等）現(xiàn)場總線技術(shù)（現(xiàn)場總線的核心、基礎、協(xié)議模型及典型的FCS技術(shù)）3本課程與的相關(guān)課程的關(guān)系微機原理自動控制理論控制工程測控儀表與裝置DCS及現(xiàn)場總線4第一章

概述內(nèi)容：計算機控制系統(tǒng)概念、各類特點及應用重點：DCS、FCS總體概念難點：集散控制概念

第二章

DCS的硬件體系及系統(tǒng)內(nèi)容：DCS構(gòu)成方式、要素及功能重點：DCS結(jié)構(gòu)體系及各層功能難點：DCS結(jié)構(gòu)體系教學內(nèi)容、要求5第三章

DCS的軟件體系及功能內(nèi)容：DCS軟件體系——控制、監(jiān)控和組態(tài)軟件重點：DCS可靠性和可組態(tài)性難點：組態(tài)概念

第四章DCS的控制算法及組態(tài)內(nèi)容：PID控制、改進PID控制、前饋控制、串級控制時滯補償控制、順序控制算法及DCS實現(xiàn)重點：改進PID控制、前饋控制、時滯補償控制難點：控制算法——組態(tài)——DCS控制功能6第五章DCS數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡內(nèi)容：數(shù)據(jù)通信概念及技術(shù)、DCS網(wǎng)絡標準和協(xié)議重點：DCS通信相關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡協(xié)議及功能難點：網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)第六章現(xiàn)場總線技術(shù)基礎內(nèi)容：FCS的定義、特點、網(wǎng)絡協(xié)議模式等重點：FCS的定義、特點難點：FCS的網(wǎng)絡協(xié)議模式和標準7第七章典型的現(xiàn)場總線應用內(nèi)容：FF的特點及主要技術(shù)應用；重點：不同F(xiàn)CS的應用特點及區(qū)別難點：FCS的應用技術(shù)方法8第一章緒論91.1計算機控制系統(tǒng)基礎1.1.1計算機控制系統(tǒng)的概述1.1.2計算機控制系統(tǒng)的組成1.1.3計算機控制系統(tǒng)的分類1.1.4集散控制系統(tǒng)產(chǎn)生的背景10這種控制系統(tǒng)不能自動消除被控參數(shù)與給定值之間的誤差。開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

給定值

控制器

執(zhí)行機構(gòu)

被控對象

被控參數(shù)

1.1.1計算機控制系統(tǒng)概述計算機控制系統(tǒng)是用計算機(通常稱為工業(yè)控制計算機)來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。11圖中給出了按偏差進行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖。這種控制系統(tǒng)具有較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖

給定值

控制器

執(zhí)行機構(gòu)

被控對象

被控參數(shù)

測量元件

變換發(fā)送

12計算機控制系統(tǒng)圖b

單回路計算機控制系統(tǒng)示意圖u計算機保持器廣義對象測量變送器e(kT)u(kT)被調(diào)參數(shù)yym采樣器A/DD/A計算機系統(tǒng)設定值r計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與常規(guī)控制系統(tǒng)相似，只是將控制器用計算機來代替，就組成了典型的計算機控制系統(tǒng)。13執(zhí)行控制功能的核心部件是計算機，是模數(shù)混合系統(tǒng)；控制規(guī)律利用軟件實現(xiàn)，便于實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律；可同時控制多個回路；存在開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等不同類型的控制系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)特征顯然：要改變控制策略及算法，只要改變計算機的程序就可以實現(xiàn)相應功能。14(1)實時數(shù)據(jù)采集:檢測被控量的瞬時值，將采樣結(jié)果輸?shù)接嬎銠C中。(2)實時決策:給定值與被控量的數(shù)值處理后，按照預定的控制規(guī)律進行控制運算——實時決策。(3)實時控制:將實時決策結(jié)果轉(zhuǎn)化為控制信號適時地送給執(zhí)行裝置——實現(xiàn)過程控制。(4)信息管理:隨著網(wǎng)絡技術(shù)和控制策略的發(fā)展，信息共享及管理在控制系統(tǒng)得到了充分的應用。計算機控制系統(tǒng)的工作原理上述過程不斷重復，使整個系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標進行工作,并對控制量和設備本身的異常現(xiàn)象及時作出處理。15⑴在線方式和離線方式生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式。生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是靠人進行聯(lián)系并作相應操作的方式稱為離線方式或脫機方式。⑵實時控制——指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間(采樣\控制間隔)內(nèi)完成。亦即計算機對輸入信息，以足夠快的速度進行控制。

分時控制——因計算機運算處理速度遠高控制回路的速度要求，故可使計算機依次的完成多個通道（回路）的實時控制。計算機控制系統(tǒng)的工作方式161.1.2、計算機控制系統(tǒng)的組成計算機硬件設備——指微機本身及其外圍設備，是計算機控制系統(tǒng)的基礎；計算機控制軟件——指管理計算機的程序以及過程控制的應用程序，是計算機控制系統(tǒng)的靈魂；計算機通信網(wǎng)絡——指各數(shù)據(jù)采集節(jié)點和控制單元之間的通信設備及網(wǎng)絡，是進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換的通道。17計算機控制系統(tǒng)各部分的功能說明

由主機、接口電路及外圍設備組成。不同的系統(tǒng)，所需硬件也不同，一般可根據(jù)控制系統(tǒng)的需要進行擴展。現(xiàn)已生產(chǎn)出具有各種功能的插件板或功能模塊，可用標準總線連接起來，使用非常方便，PC總線構(gòu)成的各種工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器(PLC)等即屬此類。硬件118檢測及變送控制對象執(zhí)行機構(gòu)多路開關(guān)接口外部通道變送器接口接口接口接口A/DD/A反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出傳感器主機及操作臺通用外部設備顯示終端磁盤驅(qū)動器打印機軟件微型計算機生產(chǎn)對象操作臺實時時鐘19由CPU和存儲器構(gòu)成，是整個控制系統(tǒng)的指揮部。它自動地對系統(tǒng)的各種參數(shù)進行巡回檢測，通過過程輸入通道發(fā)送來的工業(yè)對象的生產(chǎn)工況參數(shù)；按照人們預先安排的程序，進行信息處理、分析和計算，并作出相應的控制決策或調(diào)節(jié)；并且以信息的形式通過輸出通道及時發(fā)出有關(guān)的控制命令，指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。①主機20②接口與輸入/輸出通道

I/O接口與I/O通道是主機與外部連接的橋梁。常用的I/O接口有并行接口、串行接口等，他們大部分是可編程的。

I/O通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量I/O通道。

模擬量I/O通道的作用是，一方面將由傳感器得到的工業(yè)對象的生產(chǎn)過程參數(shù)變換為二進制代碼傳送給計算機；另一方面將計算機輸出的數(shù)字控制信號變換為控制操作執(zhí)行機構(gòu)的模擬信號，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。

數(shù)字通道的作用是，除完成編碼數(shù)字輸入輸出外，還可將各種繼電器、限位開關(guān)等的狀態(tài)通過輸入接口傳送給計算機，或?qū)⒂嬎銠C發(fā)出的開關(guān)動作邏輯信號由輸出接口傳送給生產(chǎn)機械中的各個電子開關(guān)或電磁開關(guān)。21③通用外圍設備通用外圍設備主要是為了擴大主機的功能而設置的。通用外圍設備可分為輸入設備、輸出設備和存儲設備，并根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模和要求來配置。他們用來顯示、打印、存儲和傳送數(shù)據(jù)。常用的有打印機、記錄儀、圖形顯示器、硬盤等。22④檢測元件、儀表及執(zhí)行機構(gòu)傳感器的主要功能是將被檢測的非電學量參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妼W量，變送器的作用是將傳感器得到的電信號轉(zhuǎn)換成適合于計算機接口使用的電信號（如0—10mADC）。為了控制生產(chǎn)過程，還需要有執(zhí)行機構(gòu)。常用的執(zhí)行機構(gòu)有電動、液動、氣動調(diào)節(jié)閥、開關(guān)，交、直流電動機，步進電動機等，它們也是計算機控制系統(tǒng)設計人員經(jīng)常選用的執(zhí)行機構(gòu)。23⑤操作臺操作臺是人-機對話的聯(lián)系紐帶。通過它人們可以向計算機輸入程序，修改內(nèi)存的數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等。它主要由以下四部分組成：⑴作用開關(guān)。如電源開關(guān)、操作方式（自動/手動）選擇開關(guān)等。通過這些開關(guān)，人們可以對主機進行啟停、設置和修改數(shù)據(jù)以及修改控制方式等等。作用開關(guān)可通過接口與主機相連。⑵功能鍵。功能鍵主要包括復位鍵、啟動鍵、打印鍵及工作方式選擇鍵等等。主要是為了操作方便。⑶LED數(shù)碼管及CRT顯示。用來顯示被測參數(shù)及操作人員感性趣的內(nèi)容。如顯示數(shù)據(jù)表格、系統(tǒng)流程、開關(guān)狀態(tài)以及報警狀態(tài)等。⑷數(shù)字鍵。用來輸入數(shù)據(jù)或修改控制系統(tǒng)的參數(shù)。24軟件是指能完成各種功能的微機程序的總和，如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、管理程序、控制程序、計算和自診斷程序等。軟件是微機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作的。軟件的質(zhì)量關(guān)系到計算機運行和控制效果的好壞，及硬件功能是否能夠充分發(fā)揮和推廣應用。軟件通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應用軟件。軟件225系統(tǒng)軟件一般是由計算機廠家提供的，用來管理計算機本身的資源、方便用戶使用計算機的軟件。它主要包括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件、監(jiān)控管理軟件，這些軟件一般不需要用戶自己設計，它們只是作為開發(fā)應用軟件的工具。應用軟件是面向生產(chǎn)過程的程序，是為實現(xiàn)特定控制目的而編制的專用程序，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序，數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波程序、標度變換程序、控制量計算程序等等。應用軟件大都由用戶自己根據(jù)實際需要進行開發(fā)。應用軟件的優(yōu)劣，將給控制系統(tǒng)的功能、精度和效率帶來很大的影響，它的設計是非常重要的。26軟件部分計算機控制系統(tǒng)硬件部分控制計算機主機、外設、系統(tǒng)總線生產(chǎn)過程輸入輸出通道操作臺、通信設備

現(xiàn)場儀表（測量傳感器、執(zhí)行機構(gòu)等）

操作系統(tǒng)匯編或高級語言、過程控制語言通信網(wǎng)絡軟件、診斷程序等系統(tǒng)軟件應用軟件

過程輸入/輸出程序、過程控制程序人機接口程序、打印顯示程序各種公共子程序歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫通信網(wǎng)絡27網(wǎng)絡技術(shù)在計算機控制系統(tǒng)中的比重越來越大。計算機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以分為兩大類：一類稱為對等式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)(Peertopeer)；另一類稱為客戶機/服務器結(jié)構(gòu)(Client/Server)。這種分類主要是按照網(wǎng)絡各節(jié)點之間的關(guān)系確定的。自動化領域的計算機局域網(wǎng)——現(xiàn)場總線技術(shù)，是當今自動化領域技術(shù)發(fā)展的熱點之一。現(xiàn)場總線技術(shù)使自控系統(tǒng)與分散的生產(chǎn)設備具有了通信能力，并把它們連接成網(wǎng)絡系統(tǒng)，加入到信息網(wǎng)絡的行列。計算機控制系統(tǒng)網(wǎng)絡328計算機控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)流程CIMS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1.1.3計算機控制系統(tǒng)分類計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)根據(jù)應用特點、控制功能和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為六種類型291、

數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)

——主要對過程參數(shù)進行定時巡回檢測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理、參數(shù)的越限報警以及對數(shù)據(jù)進行積累和實時分析。計算機不直接參與生產(chǎn)過程的控制，而只是對系統(tǒng)過程參數(shù)進行收集、加工處理、然后輸出數(shù)據(jù)。操作人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行必要的操作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcquisitionSystem，DAS）優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活和安全缺點：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多個對象。30數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

計算機測得的信號數(shù)據(jù)，根據(jù)一定的控制算法，計算出可供操作人員選擇的最優(yōu)操作條件及操作方案。

31

DDC系統(tǒng)中用一臺微機對多個被控參數(shù)進行巡回檢測，再根據(jù)規(guī)定的控制規(guī)律、進行控制運算，并輸出到執(zhí)行機構(gòu)對生產(chǎn)過程進行控制。

DDC系統(tǒng)給定、顯示、報警等集中在此控制臺上。

DDC系統(tǒng)中，計算機不僅完全取代模擬調(diào)節(jié)器，實現(xiàn)多回路的PID調(diào)節(jié)，而且不改變硬件，只通過改變軟件就可以實現(xiàn)較復雜的控制算法。2、

直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl)模擬量輸入DDC計算機模擬量輸出生產(chǎn)過程數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出顯示打印報警操作臺323、微機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SupervisoryComputerControl）兩級控制第1級用DDC計算機或調(diào)節(jié)器，完成直接控制；第2級用SCC計算機根據(jù)工藝信息和其他參數(shù)——即按照一定算法進行優(yōu)化計算，自動地改變DDC系統(tǒng)的給定值，從而使生產(chǎn)過程始終處于最優(yōu)工況(最低消耗、最低成本、最高產(chǎn)量等)。它的作用是改變給定值，又稱給定值控制SPC(SetPointComputerControl)。SCC系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制，同時還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應控制等。33監(jiān)督控制系統(tǒng)有兩種典型的結(jié)構(gòu)形式34(1)SCC+模擬調(diào)節(jié)器微機的作用是對各物理量進行巡回檢測并接收管理命令，然后，按照一定的數(shù)學模型計算后，輸出給定值到模擬調(diào)節(jié)器。

此給定值在模擬調(diào)節(jié)器中與檢測值進行比較，其偏差值經(jīng)模擬調(diào)節(jié)器計算后輸出到執(zhí)行機構(gòu)，以達到調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程的目的。這樣，系統(tǒng)就可以根據(jù)生產(chǎn)情況的變化，不斷地改變給定值，以達到實現(xiàn)最優(yōu)控制的目的。35(2)SCC+DDC系統(tǒng)該系統(tǒng)為兩級微機控制系統(tǒng)，一級為監(jiān)督級SCC，二級為DDC。

SCC的作用用來計算最佳給定值，它與DDC之間通過接口進行信息聯(lián)系。

DDC用來把給定值與測量值(數(shù)字量)進行比較，其偏差由DDC進行數(shù)字計算，并實現(xiàn)對各個執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)控制作用。當DDC級計算機出現(xiàn)故障時，可由SCC計算機完成DDC的控制功能。顯然提高了控制系統(tǒng)的可靠性。與SCC＋模擬調(diào)節(jié)器系統(tǒng)相比，其控制規(guī)律可以改變，使用更加靈活。364.集散型計算機控制系統(tǒng)（DCS）

監(jiān)控計算機CRT操作站現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站

被控對象被控對象……….…高速數(shù)據(jù)通道….….集散控制系統(tǒng)（TotalDistributedControl—TDC）也稱為分布式控制系統(tǒng)或分散式控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem—DCS）。采用了分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設計原則，形成具有層次化體系結(jié)構(gòu)的分級分布式控制。具有高可靠性能，便于維修與更新。37現(xiàn)場總線——連接現(xiàn)場智能設備與控制室之間的全數(shù)字式、開放的、雙向的通信網(wǎng)絡。

FCS是新一代分布式控制系統(tǒng)，改進了DCS系統(tǒng)成本高、各DCS通信標準不統(tǒng)一而無法互聯(lián)的弱點。隨著智能傳感器、執(zhí)行器向數(shù)字化方向發(fā)展，F(xiàn)CS信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化取代4-20mA模擬信號,從最底層逐層向最高層均采用通信網(wǎng)絡互連;5、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用全分散化,現(xiàn)場總線的節(jié)點是現(xiàn)場設備或現(xiàn)場儀表，如傳感器、變送器、執(zhí)行器等。

38采用“工作站---現(xiàn)場總線智能儀表”二層結(jié)構(gòu)，國際標準統(tǒng)一后，可實現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主要有五種現(xiàn)場總線：

CAN總線（controllerareanetwork,控制器局域網(wǎng)絡）

LONGWORKS總線(localoperatingnetwork局部操作網(wǎng)絡)

PROFIBUS(processfieldbus過程現(xiàn)場總線)

HATR總線（可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)網(wǎng)絡）

FF總線（基金會現(xiàn)場總線）3940FCS系統(tǒng)特點：1）采用一對N的設備連接方式﹑成本低。2）實現(xiàn)了徹底的分散控制。3）開放性與互操作性簡化了系統(tǒng)的集成。4）信息綜合，組態(tài)靈活。416、流程計算機集成制造系統(tǒng)流程計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems）——流程CIMS

通過計算機硬、軟件的綜合運用，利用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)過程中的人員、技術(shù)、經(jīng)營管理三要素及其信息與物流有機集成，并實現(xiàn)優(yōu)化運行的復雜大系統(tǒng)。

CIMS代表了當今工廠綜合自動化的最高水平，被譽為是未來的工廠。42流程計算機集成制造系統(tǒng)

經(jīng)營決策企業(yè)管理生產(chǎn)調(diào)度過程優(yōu)化過程控制第五層：企業(yè)決策，生產(chǎn)規(guī)劃第四層：供銷,財務,計劃,管理等第三層：生產(chǎn)調(diào)度，系統(tǒng)優(yōu)化第二層：先進控制，過程優(yōu)化第一層：單元自動化,簡單控制生產(chǎn)過程

流程CIMS的遞階控制示意圖43流程CIMS是工程大系統(tǒng)，它所要解決的不是局部優(yōu)化問題，而是工廠、公司乃至一個區(qū)域的總目標或總?cè)蝿盏淖顑?yōu)化問題。最優(yōu)化的目標函數(shù)包括產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好、原料和能耗最小、成本最低、可靠性最高、環(huán)境污染最小等指標，它反映了技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境等多方面的綜合性要求。流程CIMS的理論基礎是大系統(tǒng)理論。44二、按照控制規(guī)律對計算機控制系統(tǒng)分類1)程序控制和順序控制

程序控制是控制被控量按照預先規(guī)定的時間函數(shù)變化，被控制量是時間的函數(shù)，如加熱爐的溫度控制。順序控制則可以看作是程序控制的擴展，在各個時期所給出的設定值可以是不同的物理量，而且每次設定值的給出，不僅取決于時間，還取決于對以前的控制結(jié)果的邏輯判斷。45

2)PID控制調(diào)節(jié)器的輸出是調(diào)節(jié)器輸入的比例、積分、微分的函數(shù)。PID控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整,因此一直是應用最廣、最為成熟的技術(shù)。

3)有限拍控制有限拍控制的性能指標是調(diào)節(jié)時間最短，要求設計的系統(tǒng)在盡可能短的時間里完成調(diào)節(jié)過程。有限拍控制通常在數(shù)字隨動系統(tǒng)中應用。464)復雜規(guī)律的控制控制系統(tǒng)性能指標不單是過渡過程的品質(zhì)，而且包括能耗最小、產(chǎn)量最高、質(zhì)量最好等綜合性指標。對于存在隨機擾動、純滯后對象以及多變量耦合的系統(tǒng)，僅用PID控制是難以達到滿意的性能指標的，因此，針對實際情況采用各種復雜規(guī)律的控制——串級控制，前饋控制，純滯后補償控制，多變量解耦控制以及最優(yōu)、自適應、自學習控制等。475）智能控制智能控制理論是把先進的方法學理論與解決當前技術(shù)問題所需要的系統(tǒng)理論結(jié)合起來的學科。智能控制理論可以看作是三個主要理論領域的交叉或匯合:人工智能、運籌學和控制理論。智能控制系統(tǒng)實質(zhì)上是一個大系統(tǒng)——綜合的自動化系統(tǒng)。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法、專家系統(tǒng)等均可稱智能控制481.2計算機控制系統(tǒng)中的計算機（1）單片微型計算機；（2）PLC；（3）工業(yè)PC；在工程實際中，選擇何種機型，應根據(jù)控制規(guī)模、工藝要求和控制特點等來確定。在計算機控制系統(tǒng)中，常用的典型機型有：49一、單片微型計算機單片微型計算機，簡稱單片機，是一種內(nèi)含有微處理器的特殊超大規(guī)模集成電路。它是將CPU、存儲器、I/O接口、定時器/計數(shù)器、甚至A/D轉(zhuǎn)換器等部件集成在一個大規(guī)模集成電路芯片上，具有很強控制功能的微型計算機。50

單片機分類：按位數(shù)分按功能分按生產(chǎn)廠家4位機；8位機；16位機；32位機；帶A/D轉(zhuǎn)換器；硬件定時監(jiān)視器；增加型串行口；全局串行通道；顯示器（LED或LCD）驅(qū)動電路；脈寬調(diào)制輸出電路PWM；模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；串行外設接口電路I2C等的單片機；有Intel公司的MCS系列；Motorola公司的M68HC系列；Microchip公司的PIC系列；Zilog公司的Z系列；Philips公司；Atmel；NEC公司；51單片機的應用軟件編程語言：（1）面向機器的匯編語言；（2）高級語言，如BASIC、PL/M和C語言等

由于單片機是面向控制設計的，專用性強、內(nèi)存容量小，因此，單片機本身不具備自開發(fā)功能，必須借助于仿真器或開發(fā)系統(tǒng)與單片機聯(lián)機，才能進行軟、硬件的開發(fā)與調(diào)試。52二、可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicalController），簡稱可編程控制器，即PLC，是繼電邏輯控制與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。早期主要用于開關(guān)控制，具有邏輯運算、計時、計數(shù)等順控功能。隨著PLC的發(fā)展，其功能已不再限于邏輯運算，具有連續(xù)模擬量處理、高速計數(shù)、遠程I/O和網(wǎng)絡通信等功能。

PLC是一種數(shù)字運算操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算木運算等操作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。53PLC具有如下特點：（1）可靠性高PLC集成度高；采用了冗余措施和容錯技術(shù)；輸入輸出采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)整與保護等措施，提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力。（2）編程容易PLC大多采用類似繼電器控制電路圖形式的梯形圖及命令語句進行編程。如通過上位機進行梯形圖編程，程序直接下傳，使編程更容易、更方便。54（3）功能完善

PLC除了具有邏輯運算、計時、計數(shù)、步進控制功能，還能完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計數(shù)和聯(lián)網(wǎng)通信等功能，還可以通過上位機進行顯示、報警、記錄、進行人－機對話等。（4）擴展靈活由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)實際的I/O點數(shù)和不同輸入輸出方式需要等，選擇所需的功能模板，便可獲得相應的功能和規(guī)模。系統(tǒng)的配置可從幾個I/O點的小型系統(tǒng)到幾千個點的超大型系統(tǒng)，組合非常方便。55（5）安裝調(diào)試簡單方便當用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)時，只需把檢測器件與執(zhí)行機構(gòu)和PLC的I/O接口端子正確連接，用簡單的編程方法將程序存入存儲器內(nèi)，即可正常工作。

PLC的輸出可直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，中間一般不需要設置轉(zhuǎn)換單元。

PLC能事先進行模擬調(diào)試，減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。

PLC的監(jiān)視功能很強，模塊化結(jié)構(gòu)大大減小了維修量。56PLC分類：按容量來分按結(jié)構(gòu)來分按功能來分小型PLC；中型PLC；大型PLC整體式PLC；模塊式PLC；疊裝式PLC；低檔PLC；中檔PLC；高檔PLC57（1）低檔PLC

低檔PLC主要是進行邏輯控制，它的輸入/輸出適合于開關(guān)量、繼電器、接觸器等場合。這類PLC結(jié)構(gòu)小巧，價格低廉，適用于單機順序控制系統(tǒng)。（2）中檔PLC

中檔PLC除開關(guān)量控制功能外，還有模擬量I/O接口，實現(xiàn)對模擬量的檢測和調(diào)節(jié)。中檔PLC的控制點數(shù)較低檔PLC多。且軟件更為豐富，其內(nèi)部有很多運算模塊，如PID運算、二進制/BCD轉(zhuǎn)換、平方根、查表等。這種PLC不僅可用于開關(guān)量控制系統(tǒng)，而且可用于中、小型生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中。58（3）高檔PLC

高檔PLC具有計算、控制和調(diào)節(jié)功能，具有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，控制點數(shù)達1000點以上。高檔PLC可以和計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可實現(xiàn)管理和控制一體化，與辦公自動化系統(tǒng)連網(wǎng)，成為工廠自動化的重要設備。

PLC在工業(yè)控制中得到了廣泛的應用，幾乎覆蓋了所有工業(yè)控制領域，有著很好的發(fā)展前景。

國內(nèi)外生產(chǎn)PLC的廠家有很多，如：日本三菱的F、F1、F2、FX系列，日本立石（OMRON）的C系列，西門子的S系列，美國GE公司的GE-I系列，美國MIDICON公司的984系列等。59三、工業(yè)控制機

工業(yè)控制機，簡稱工控機，是一種面向工業(yè)控制、采用標準總線技術(shù)和開放式體系結(jié)構(gòu)的計算機。按照統(tǒng)一的總線標準，各計算機廠家或研制單位可設計和生產(chǎn)出具有特定功能的模板，系統(tǒng)設計人員可根據(jù)不同的需要，選用相應的功能模板組合成所需的計算機控制系統(tǒng)。60工控機的特點：（1）小板結(jié)構(gòu)模塊化設計；（2）標準化及兼容性；（3）完善的I/O通道；（4）環(huán)境適應能力強、可靠性高；（5）軟件豐富；（組態(tài)軟件）

工控能滿足不同層次、不同控制對象的需要，又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運行，應用極為廣泛。61目前我國工控領域的主要機型有STD總線工控機和工業(yè)PC。

STD總線工控機是20世紀80年代發(fā)展起來的，曾在20世紀80年代末和20世紀90年代初得到廣泛的應用。工業(yè)PC是一種融PC機軟硬件資源與STD工控機結(jié)構(gòu)為一體的新型工業(yè)控制機，繼承了PC機豐富的軟件資源，使其軟件開發(fā)更加方便，同時，在結(jié)構(gòu)上采用了STD總線工控機的優(yōu)點，實現(xiàn)模塊化。隨著個人計算機的不斷升級，工業(yè)PC的性能也會相應提高，因此，工業(yè)PC具有很好的發(fā)展前景。62在實際應用中，應根據(jù)應用規(guī)模、控制目的和控制需要等選用不同的計算機，如：（1）對于小型控制系統(tǒng)、智能儀表及智能化接口，盡量采用單片機模式；（2）對于新產(chǎn)品開發(fā)或用量較大，為降低成本，也可采用單片機模式；（3）對于中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，為加快系統(tǒng)的開發(fā)速度，盡量選用現(xiàn)成的工業(yè)控制機，如PLC、STD總線工控機、工業(yè)PC等，應用軟件可自行開發(fā)；（4）對于大型的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，最好選用工業(yè)PC、專用DCS或FCS，軟件可自行開發(fā)或購買現(xiàn)成的組態(tài)軟件。63集散控制系統(tǒng)是由多個微處理器為核心的過程控制采集站，分別分散地對各部分工藝流程進行數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng)，對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視和操作的控制系統(tǒng)。1.3DCS總體概念它是綜合了4C技術(shù)的控制系統(tǒng)。設計原則及主要特點：

危險、控制分散操作、管理集中分級管理、分而自治集散控制系統(tǒng)具有技術(shù)先進、功能完備、應用靈活、操作方便、運行可靠等多方面顯著特點，為計算機控制開創(chuàng)了一個嶄新的應用領域，并得到了廣泛的應用。641.3.1集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成分散過程控制裝置是DCS與生產(chǎn)過程聯(lián)系的接口，按其功能又可分為現(xiàn)場控制站（簡稱控制站）和數(shù)據(jù)采集站等。集中操作管理裝置是人與DCS聯(lián)系的接口，按其功能又可分為操作員工作站（簡稱操作站）、工程師工作站（簡稱工程師站）和監(jiān)控計算機（又稱上位機）等。通信系統(tǒng)（又稱通信網(wǎng)絡）是DCS的中樞，它將DCS的各部分連接起來構(gòu)成一個整體。因此，操作員站、工程師站、監(jiān)控計算機、現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站和通信系統(tǒng)等是構(gòu)成DCS的最基本部分。65協(xié)調(diào)各控制站的工作達到過程的動態(tài)最優(yōu)化人機接口裝置，完成操作、顯示和監(jiān)視任務完成過程的現(xiàn)場控制任務采集非控制過程信息66過程控制實驗室的DCS6768

1.3.2DCS的特點1分級遞階控制:雙向分級、各自分工、相互協(xié)調(diào)縱向：上下可分2-5級（過程控制級、操作管理級等）

橫向：可分多級（根據(jù)控制規(guī)模和控制方案確定）2分散控制:控制分散、人員分散、地域分散、功能分散、設備分散、操作分散——目的：危險分散。

設備的冗余設置——提高系統(tǒng)的可靠性。3自治和協(xié)調(diào)性——DCS的形成的基礎系統(tǒng)分散的基礎：被分散的系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)。

遞階分級的基礎：被分級的系統(tǒng)是相互協(xié)調(diào)的。廣義的集散內(nèi)涵：控制分散、通訊分散、數(shù)據(jù)庫分散、供電分散、負荷分散等數(shù)據(jù)及通訊管理集中、控制目標集中、顯示操作的集中等69?集散控制系統(tǒng)自問世以來，發(fā)展異常迅速

,幾經(jīng)更新?lián)Q代，技術(shù)性能日臻完善，并以其技術(shù)先進、性能可靠、構(gòu)成靈活、操作簡便和價格合理的特點，贏得了廣大用戶，巳被廣泛應用于石油、化工、電力、冶金和輕工等工業(yè)領域。701.3.3集散控制系統(tǒng)產(chǎn)生及發(fā)展歷程?

20世紀60年代初，人們開始將電子計算機用于過程控制，試圖利用計算機所具有的能執(zhí)行復雜運算、處理速度快、集中顯示操作、易于通信、易于實現(xiàn)多種控制算法、易于改變控制方案、控制精度高等特點，來克服常規(guī)模擬儀表的局限性。

一臺計算機控制著幾十甚至幾百個回路，整個生產(chǎn)過程的監(jiān)視、操作、報警、控制和管理等功能都集中在這臺計算機上。

一旦計算機的公共部分發(fā)生故障時，輕則造成裝置或整個工廠停工，重則導致設備的損壞甚至發(fā)生火災、爆炸等惡性事故，這就是所謂“危險集中”。

7172?而采用一臺計算機工作、另一臺計算機備用的雙機雙工系統(tǒng)，或采用常規(guī)儀表備用方式，雖可提高控制系統(tǒng)的可靠性，但成本太高，如果工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大，則經(jīng)濟性更差，用戶難以接受。因此，有必要吸收常規(guī)模擬儀表和計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)點，并且克服它們的弱點，利用各種新技術(shù)和新理論，研制出新型的控制系統(tǒng)。

73?20世紀70年代初，大規(guī)模集成電路的問世及微處理器的誕生，為新型控制系統(tǒng)的研制創(chuàng)造了物質(zhì)條件。同時，CRT圖形顯示技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，為新型控制系統(tǒng)的研制提供了技術(shù)條件，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展為新型控制系統(tǒng)的研制和開發(fā)提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導。根據(jù)“危險分散”的設計思想，過去由一臺大型計算機完成的功能，現(xiàn)在可以由幾十臺甚至幾百臺微處理機來完成。各微處理機之間可以用通信網(wǎng)絡連接起來，從而構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。74?

系統(tǒng)中的一臺微處理機只需控制幾個至幾十個回路，即使某一微處理機發(fā)生故障，只影響它所控制的少數(shù)回路，而不會對整個系統(tǒng)造成嚴重影響，從而在很大程度上使危險分散。

這種新型控制系統(tǒng)采用多臺彩色圖形顯示器監(jiān)視著過程和系統(tǒng)的運行，實現(xiàn)了操作和信息綜合管理的集中，利用通信系統(tǒng)將各微機連接起來，按控制功能或按區(qū)域?qū)⑽⑻幚頇C進行分散配置，實行分散控制，增強了全系統(tǒng)的安全可靠性。

75?1975年12月，美國霍尼威爾(Honeywell)公司正式向市場推出了世界上第一套集散控制系統(tǒng)TDC-2000(Total

DistributedControl

2000)系統(tǒng)，成為最早提出集散控制系統(tǒng)設計思想的開發(fā)商。圖TDC-3000系統(tǒng)構(gòu)成圖76DCS的發(fā)展歷程第一代DCS——開創(chuàng)期(1975年~1980年)DCS的組成現(xiàn)場控制站（8位）現(xiàn)場監(jiān)測站CRT操作站（16位）數(shù)據(jù)高速公路監(jiān)控計算機（16位）

CRT操作站監(jiān)控計算機

數(shù)據(jù)高速公路HW現(xiàn)場監(jiān)測站現(xiàn)場控制站第一代DCS基本結(jié)構(gòu)

……

……77第二代DCS——成長期(1980年~1985年)以局部網(wǎng)絡LAN為主干其它各單元都是掛在它上面的網(wǎng)絡節(jié)點工作站主要組成部分局部網(wǎng)絡多功能現(xiàn)場控制站增強型操作站通用型操作站網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)管理模塊主計算機局部網(wǎng)絡LAN其它網(wǎng)絡DHW網(wǎng)關(guān)多功能控制器網(wǎng)關(guān)……系統(tǒng)管理模塊通用操作站主計算機增強型操作站……為了提高可靠性，采用冗余CPU、冗余電源及在線熱備份。78DCS的擴展期（1985年至1990年）特點：1、DCS向綜合化、開放化發(fā)展——局部網(wǎng)絡采用標準化開放型的通信協(xié)議2、大型DCS進一步完善的同時，發(fā)展小型集散控制系統(tǒng)3、采用人工智能技術(shù)——系統(tǒng)中引入了智能變送器(SmartTransmitters)和現(xiàn)場總線(FieldBus)技術(shù)。?

智能變送器具有數(shù)字通信能力，通過現(xiàn)場總線與過程控制站或與局部網(wǎng)絡節(jié)點相連接。在控制室或本節(jié)點工作站中便可對現(xiàn)場的智能變送器進行調(diào)零、調(diào)量程、組態(tài)、自動標定、自動診斷及自動排除故障等操作。791990年后為新的發(fā)展期

?

20世紀90年代以后，隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)特別是網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展，對控制和管理要求的不斷提高，出現(xiàn)了以管控一體化為主要特點的新型集散控制系統(tǒng)。它采用了客戶機/服務器的結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)(Intranet)，并可與Internet連網(wǎng)，計算機集成過程系統(tǒng)(CIPS)也開始進行試點應用。

DCS的典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS系統(tǒng)、橫河公司的CENTUMCS系統(tǒng)、Foxboro公司I/AS5051系列控制系統(tǒng)等。80?

從DCS三十多年的發(fā)展歷史中可以清楚地看到，正是計算機技術(shù)、屏幕顯示技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，才推動了DCS的不斷更新?lián)Q代。

今后DCS的發(fā)展仍將繼承集中監(jiān)視管理和分散控制這一理念。向著更大范圍的集中管理和更加徹底的分散控制兩個方向發(fā)展——向著計算機集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)、計算機集成過程系統(tǒng)(ComputerIntegratedProcesSystem，CIPS)方向和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS)方向發(fā)展。

81?

我國使用DCS是在20世紀70年代末、80年代初。當時國家為了滿足國內(nèi)新建項目和老廠技術(shù)改造的需要，從國外引進的DCS多達幾百套，主要用于化工、石化、煉油、冶金、電力、輕工等工業(yè)過程控制，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。同時，堅持自力更生、自主開發(fā)與引進技術(shù)相結(jié)合的方針，把引進國外先進技術(shù)與對其及時消化、吸收與創(chuàng)新，作為發(fā)展我國科學技術(shù)的重要途徑。我國DCS的發(fā)展82?

一方面，與外商合資合作，引進技術(shù)，組裝國外DCS，并逐步國產(chǎn)化。另一方面，國家組織了精悍的隊伍，聯(lián)合攻關(guān)，研制適合中國國情的DCS。

在DCS國產(chǎn)化產(chǎn)品開發(fā)方面，取得了突破性的發(fā)展，系統(tǒng)的可靠性大幅度上升，技術(shù)性能也有了極大提高，應用的領域不斷擴大，過去主要應用于為數(shù)不多的小裝置，現(xiàn)在逐步向中型及大型裝置應用發(fā)展，形成了與國外產(chǎn)品競爭的局面。

比較有代表性的產(chǎn)品是中控科技自動化有限公司的

WebFieldECS-100、北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司的MACS、上海新華控制工程有限公司的

XDPS-400和浙江威盛公司

FB-2000NS等。

831.4現(xiàn)場總線概述1.4.1現(xiàn)場總線的定義及分類1.4.2現(xiàn)場總線的特點1.4.3現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及發(fā)展1.4.4現(xiàn)場總線發(fā)展中存在的問題1.4.5現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展841.4.1現(xiàn)場總線的定義及分類現(xiàn)場總線的定義（4種）：用于現(xiàn)場儀表與控制主機系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化的、雙向、多站的通信系統(tǒng)；廣義上是控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行裝置進行雙向數(shù)字通信的串行總線系統(tǒng)；基于智能化儀表及現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS；一種數(shù)字化的串行雙向通信系統(tǒng)。85IEC（國際電工委員會）定義：

一種應用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設備之間、現(xiàn)場設備與控制裝置之間進行雙向、串行、多節(jié)點、數(shù)字式的數(shù)據(jù)交換的通信技術(shù)。86總線的分類毫米級：芯片內(nèi)總線厘米級：芯片間總線、元件總線分米級：機箱內(nèi)總線（Multi-bus、STD、PCL、ISA、PCI等）十米級：機柜間總線（RS-232、GPIB、VME、VXI等）百千米級：現(xiàn)場總線（Modbus、FF、Profibus等）87按數(shù)據(jù)通信寬度分類（1）傳感器現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為位-Bit）：適用于簡單的開關(guān)裝置和輸入輸出位的通信,如Seriplex總線、AS-i總線等。（2）裝置現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為字節(jié)-Byte）：適用于以字節(jié)為單位的裝置類通信,如Interbus總線、Device-Net總線和CAN總線等。（3）全服務的現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)流或模塊Block）：以報文通信為主，除了對裝置進行讀取數(shù)據(jù)外，還包括一些對裝置的操作和控制功能,如FF總線、Lonworks總線、Hart總線等。88按應用行業(yè)分類（1）過程控制（連續(xù)生產(chǎn)過程）用現(xiàn)場總線：FF的H1、Profibus-PA等（2）離散控制用現(xiàn)場總線：

Profibus-DP、Device-Net等（3）樓宇自動化用現(xiàn)場總線：Lonworks等（4）車輛制造業(yè)用現(xiàn)場總線：CAN等（5）飛機制造業(yè)用現(xiàn)場總線：SwiftNet等（6）農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)用現(xiàn)場總線：P-Net等891.4.2現(xiàn)場總線的特點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點FCS與DCS的對比現(xiàn)場總線的技術(shù)特點現(xiàn)場總線的主要優(yōu)點90現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點（1）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由于采用了現(xiàn)場總線設備，能夠把原來DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、輸入輸出模塊置于設備現(xiàn)場，加上現(xiàn)場總線設備具有通信能力，現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行器直接傳送信號。因而控制功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。91現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點（2）由于采用數(shù)字信號替代模擬信號，因而可實現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號(包括多個運行參數(shù)值、多個設備狀態(tài)、故障信息)，同時又為多個現(xiàn)場總線設備提供電源；現(xiàn)場總線設備以外不再需要A/D、D/A轉(zhuǎn)換部件。這樣就為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件。92FCS與DCS的結(jié)構(gòu)對比939495FCS與DCS的詳細對比FCSDCS(1)結(jié)構(gòu)一對多：一對傳輸線接多臺儀表，雙向傳輸多個信號。一對一：一對傳輸線接一臺儀表，單向傳輸一個信號。(2)可靠性可靠性好：數(shù)字信號傳輸抗干擾能力強，精度高?？煽啃圆睿耗M信號傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。96FCS與DCS的詳細對比FCSDCS（3）失控狀態(tài)操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場設備過現(xiàn)場儀表的工作情況，也能對設備進行參數(shù)調(diào)整，還可以預測或?qū)ふ夜收希乖O備始終處于操作員的過程監(jiān)控與可控狀態(tài)之中。操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作情況，也不能對其進行參數(shù)調(diào)整，更不能預測故障，導致操作員對儀表處于“失控”狀態(tài)。（4）控制控制功能分散在各個智能儀器中。所有的控制功能集中在控制站中。97FCS與DCS的詳細對比FCSDCS（5）互換性用戶可以自由選擇不同制造事故內(nèi)提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設備和儀表，并將不同品牌的儀表互連，實現(xiàn)“即插即用”。盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號標準（4~20mADC），可是大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表不能互換。

（6）儀表智能儀表除了具有模擬儀表的檢測、變換、補償?shù)裙δ芡?，還具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運算能力。模擬儀表只具有檢測、變換、補償?shù)裙δ堋?8現(xiàn)場總線的技術(shù)特點（1）系統(tǒng)的開放性通信協(xié)議公開，各不同廠商的設備之間可實現(xiàn)信息交換。（2）互可操作性與互用性

互可操作性是指實現(xiàn)互連設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同制造商性能類似的設備可進行更換，實現(xiàn)相互替換。（3）現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性

將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場總線設備中完成。99現(xiàn)場總線的技術(shù)特點（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。（5）對現(xiàn)場環(huán)境的適應性

可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等多種傳輸介質(zhì)，具有較強的抗干擾能力，采用兩線制實現(xiàn)供電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求。100現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)點（1）FCS實現(xiàn)全數(shù)字化通信

DCS采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡分布于各層并采用數(shù)字通信方式，唯有生產(chǎn)現(xiàn)場層的常規(guī)模擬儀表仍然是一對一模擬信號(如4～20mADC)傳輸方式，因此DCS是一個“半數(shù)字信號”系統(tǒng)。

FCS采用全數(shù)字化、雙向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。從最底層的傳感器、變送器和?zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，逐層向上直到最高層均為通信網(wǎng)絡互聯(lián)。多條分支通信線延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，用來連接現(xiàn)場數(shù)字儀表，采用一對N連接。101現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)點（2）FCS實現(xiàn)徹底的全分散式控制

在DCS中，生產(chǎn)現(xiàn)場的多臺模擬儀表集中接于I/O單元，每臺儀表只有單一的信號變換功能，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控制、運算等功能塊都集中于DCS的控制站內(nèi)。從這個意義上講，DCS只是一個“半分散”系統(tǒng)。

FCS舍棄了DCS的I/O單元，由現(xiàn)場儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現(xiàn)場總線上的數(shù)字儀表。從而構(gòu)成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制。102現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)點（3）FCS實現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作

DCS系統(tǒng)的硬件、軟件甚至現(xiàn)場級設備都是各制造商自行研制開發(fā)的，不同廠商的產(chǎn)品由于通信協(xié)議的專有與不兼容，彼此難以互聯(lián)、互操作。而FCS的現(xiàn)場設備只要采用同一總線標準，不同廠商的產(chǎn)品既可互聯(lián)也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，從而徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。FCS允許用戶選用各制造商性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品集成控制系統(tǒng)，因而具有很好的可集成性。103現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)點（4）FCS增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性

FCS采用總線連接方式替代傳統(tǒng)的DCS一對一的I/O連線，對于大規(guī)模的I/O系統(tǒng)來說，減少了DCS由接線點造成的不可靠因素。同時，數(shù)字化的現(xiàn)場設備替代模擬儀表，F(xiàn)CS具有現(xiàn)場設備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定、參數(shù)修改等工作，因而增強系統(tǒng)的可維護性。104現(xiàn)場總線技術(shù)的主要優(yōu)點（5）FCS降低系統(tǒng)工程成本

FCS對于大范圍、大規(guī)模分布式控制系統(tǒng)來說，節(jié)省了電纜、I/O裝置及電纜敷設費用。以每2～3臺現(xiàn)場儀表接到一根電纜計算，平均可減少1/2到2/3的輸入輸出卡、輸入輸出柜和隔離器等。因此，現(xiàn)場總線儀表與控制室間的電纜連接和安裝等費用估計可節(jié)約50％。1051.4.3現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及發(fā)展現(xiàn)場總線標準的制定現(xiàn)有現(xiàn)場總線標準（國際、國內(nèi)）現(xiàn)場總線發(fā)展中存在的問題現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢106現(xiàn)場總線標準的制定標準化的重要性標準化是經(jīng)濟建設、科技進步、國際貿(mào)易和社會發(fā)展的重要技術(shù)基礎。它不僅與人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)，也與國際貿(mào)易和科技合作的開展密切相關(guān)，標準化是實現(xiàn)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的重要保證，是規(guī)范市場秩序，連接國內(nèi)外市場的重要手段。因此，現(xiàn)場總線的標準，特別是國際標準受到了大家的重視。107制定標準的機構(gòu)(一)世界上

國際標準化組織ISO(InternationalStandard