在现代测控领域,“开放系统”、“现场总线”这2个词频繁出现。在自控界讨论的仍然是DCS(distribute control system ),FCS(fieldbus control system)谁将最终成为主流控制系统,这场争论的实质是利益和市场的竞争,一些既得利益者一方面要维护DCS/PLC的市场份额,另一方面又怕赶不上FCS的潮流,因而在自己的DCS/PLC系统中加入自己的现场总线;而另外一些硬、软件生产商由于没有历史包袱,追求的是全新的控制系统模式,包括统一的现场总线标准及软、硬件平台,以引导和占领未来的市场。这些控制系统的区别有多大,有无共同的特征,未来控制系统的发展方向是什么,本文试图在这些方面做一些探讨。
1.3PLC可编程逻辑控制器
严格说来,单独的PLC因缺少人机接口及信息系统等部分,不是一个控制系统。PLC由于其高可靠性及使用的方便性,占领着很大的市场份额。从控制系统结构来看,传统的PLC相当于通用化的微机监控装置,由电源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及扩展插箱组成,使用厂家提供的梯形图逻辑语言进行编程。但随着市场的需要及DCS的挑战,PLC家族在以下几方面得到了发展:①分布式I/O连接能力方面,由于许多高档PLC支持远程I/O及现场总线网络(如DeviceNet,Profibus等),使PLC向下连接更分布;②厂级控制系统连接方面,许多PLC支持高速网络,如Ethernet ,ControlNet,Profibus等;③软件的开放性方面,由于许多PLC支持OPC标准(object linking and embedding for process control),使软、硬件平台之间的数据通信找到了一个实现的标准。这种部分开放加上部分专用所构成的系统可能还会延续一段时间。
但是,正是由于PLC是一种通用的控制器,应用到电力系统作为现地控制装置有其局限性,需做许多硬件和软件上的改进工作,配置额外的设备和电路。与DCS相比,PLC有成本上的优势,但可靠性、电气性能却不如DCS。
1.4FCS现场总线控制系统
FCS(fieldbus control system)顾名思义基于现场总线,根据IEC标准及现场总线基金会的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线系统应具有以下技术特点:①系统的开放性;②互可操作性与可用性;③现场设备的智能化与功能自治性;④系统结构的高度分散性;⑤对现场环境的适应性。
由于有以上技术要求,现场总线控制系统将是开放系统的主要支撑力量。由于受集团利益的限制,现场总线网络本身目前还未形成一个单一的标准。常见的标准有Profibus,CAN,Lonworks,WorldFip及FF(fieldbus foundation)等,人们期待着将于2000年初颁布的最后统一的标准IEC61158,FF与目前的IEC61158-3.4.5.6草案兼容。
现场总线控制系统不仅需要控制系统设备制造商的支持,更主要的是要得到分散在现场的传感器及执行设备的支持,以取代DCS的数字/模拟混合技术,成为全数字式系统。这样的系统才会比DCS有很大的技术及成本优势。
目前的情形是,我国广大的中小型生产企业还没有DCS,大型企业使用DCS,使用现场总线控制系统近几年内难以实现。在这种情形下,什么是当前适合中国国情的控制系统呢?笔者认为作为过渡阶段可行的方案应是DCS-FCS结合的控制系统模式。这种模式采用智能I/O模件作为仪表上网的桥梁,同时节省成本;使用现场总线网络适应分布式、开放式的发展趋势;使用开放式的控制器硬件及开放式的组态软件代替DCS中专用的控制器,保留DCS的冗余技术及组态技术等优点,使用标准的开放性网络以太网作为厂级网络,而不是DCS的专用网络。随着技术的进步、成本的进一步降低,全开放式的现场总线控制系统必将是未来的趋势。