DCS系统中现场总线技术的应用与展望分析

王宏伟 姜砚泽



DCS系统中现场总线技术的应用与展望分析

王宏伟 姜砚泽

南京国能环保工程有限公司，江苏 南京 211102

随着现场总线技术的不断发展完善，DCS系统的发展趋势也更加智能化和综合化。DCS系统中的控制层和现场层都能够直接采用现场总线技术，融合可编程逻辑控制器、各种现场设备及数字监控系统等组成大系统，其功能可以满足过程的控制，也可以达到批量控制和离散应用要求。简单分析了现场总线技术在DCS系统中的应用及未来发展情况。

DCS系统；现场总线技术；应用

1 现场总线技术与DCS系统

DCS系统，分布式控制系统。在国内自控行业中被称为集散控制系统，是一个过程监控级与过程控制机共同组成将通信网络作为传输纽带的数级计算机系统，其综合了4C技术包括计算机、通讯、显示和控制，有分散控制集中管理的特点。作为计算机、网络和控制技术的结合物，DCS系统经常利用多个过程站对一个过程里的数个控制点进行控制，控制器与控制器之间以网络通信实现数据交换。

现场总线用于制造、过程自动化等多领域的现场智能设备的相互连通网络结点，是一种新型的开放式分布控制系统，以智能传感、数字通讯以及计算机控制等为主要内容的技术，在全球范围的使用程度较高。现场总线是在比较复杂的背景产生的，工厂自动化需要的是信息集成，而来自底层设备的信息量最大，并且信息分布的范围很广，采取较为统一的接线方式，用模拟信号达到测量控制的目的，但实现系统与外界和设备与设备间的信息交换难度较大，所以急需开发专门用于工业现场控制的网络协议或者网络结构。现场总线通过数字通信总线实现信息的互换，完成控制功能的控制与网络系统。对现场总线的管理维护上，提高信息传输能力是重点，还要减少现场控制单方面的信息往返，信息在现场就能够完成。如果利用PROFIBUS现场总线方式可以减少较多的投资和安装量，还可以节省一半的安装费。

2 PROFIBUS现场总线技术在DCS中的应用

2.1 现场总线技术融入DCS的系统构成

在已掌握技术的基础上,PROFIBUS现场总线技术融入到DCS系统中，所变现出来的特点有：保持原系统结构的控制站点不改变，在组态、监管和上层通讯网络中与DCS系统是兼容的。在原控制站上增加了DP站卡，PROFIBUS网络可以取代本地I/O，也可以接入DP的现场设备以及PA现场设备。在同样一个DCS系统可以同时使用DP主站控制器及原来的DCS控制器。

2.2 现场总线技术DP主站硬件设计

DP主站卡分为DP主站模块和DP主站底板，分别负责网络通讯和模块与控制器间的通讯。两个部分主要通过八位并行总线连接，其设计如图1，主要部分是DP底板，虚线内为主站模块。由DP的RS232端口进行网络组态，将组态的信息在XML格式文件中。主站模块会根据组态信息，轮询网络中的从站，交换的数据储存在DP的DPRAM里。MCUI的职责是通过串行总线和主控制卡进行数据交换和转换协议。DP从站的数据储存在输出和输入缓冲区，其各种周期参数和寄存器设定储存在参数设定和寄存器区域。通过MAILBOX交换网络组态和主站与从站的数据来代替NETTOOL软件，在整个过程中需要重点关注MAILBOX的输入输出区。

2.3 FCS总线控制系统

与DCS的三层结构而言，现场总线只有两个层次，操作管理和现场设备。将DCS中的输入输出控件并入智能设备，各自进行转换及矫正处理，不用经过主控系统，使得控制系统的结构相对简单，降低了费用，方便后期维护。操作人员在控制室实现远程诊断、校验和整定参数，从而使得系统的精度提高，抵抗干扰的能力增强。在部分较大型的控制系统运行着复杂的闭环控制，其中运行模式的不确定性较多，需要用拥有强大运算能力的DCS来完成控制作用。FCS系统的出现，简化了操作流程，其作用在一定程度上更强大。但DCS依然有其独特的作用，有继续存在的必要。

图1 DP主站原理

3 现场总线控制在DCS系统的展望

目前，现场总线控制系（FCS）统发挥的作用日益增大，其核心还是总线协议，数字现场设备为基础，其本质是现场信息处理。FCS能够减少电缆和桥架等设备，节省安装费用和后续维护开支。与PID控制相比，FCS系统可以直接将PID的闭环控制功能引入到执行器中，改善性能，控制周期也将大大缩短。DCS系统采用模拟型号，所以无法诊断维护工程师站的仪表。FCS系统实行数字化模式，现场传输多变量信息，可以实现远程诊断组态功能。DCS系统在某些工作环境中确实优于FCS；在未来一段时间内，将是FCS和DCS两者有机结合的控制系统，FCS逐渐占据其中心地位。

4 结束语

DCS系统因为有了现场总线技术而更加灵活和开放，增加了新型系统方式及企业现场管理模式的可能性。现场总线技术的飞速发展和FCS系统的成熟，FCS系统可以DCS系统相结合，构成了一种新型的DCS系统，既会克服DCS系统本身的不足，又可以实现FCS不能实现的复杂控制。现场总线技术在分布式控制系统的应用在生产安全和环境控制上会发挥更大的作用。

[1]李辉,张浩,包伟华等.PROFIBUS现场总线技术在DCS系统中的应用[J].制造业自动化,2011,28(11)：75-78.

[2]王洋.现场总线技术在DCS系统中的应用[J].河北煤炭,2009,(3)：15-16.

TQ325.14；TP273

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1009-6434（2016）05-0020-01