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（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標準

　　前面的章節(jié)已經敘述，一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經確定，相關的關鍵技術與有關的設備也就被確定。就其總線協(xié)議的基本原理而言，各類總線都是一樣的，都以解決雙向串行數(shù)字化通訊傳輸為基本依據(jù)。但由于各種原因，各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異。

　　為了使現(xiàn)場總線滿足可互操作性要求，使其成為真正的開放系統(tǒng)，在IEC國際標準，現(xiàn)場總線通訊協(xié)議模型的用戶層中，就明確規(guī)定用戶層具有裝置描述功能。為了實現(xiàn)互操作，每個現(xiàn)場總線裝置都用裝置描述DD來描述。DD能夠認為是裝置的一個驅動器，它包括所有必要的參數(shù)描述和主站所需的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需的所有信息，并且與主站無關，所以可以使現(xiàn)場裝置實現(xiàn)真正的互操作性。

　　實際情況是否如上述*，回答是否定的。目前通過的現(xiàn)場總線國際標準含8種類型，而原IEO國際標準只是8種類型之一，與其它7種類型總線的地位是平等的。其它7種總線，不論其*有多少，每個總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。它們能夠形成系統(tǒng)，形成產品，而原IEC現(xiàn)場總線國際標準，是一個既無軟件支撐也無硬件支撐的空架子。所以，要實現(xiàn)某些總線的相互兼容和互操作，就目前狀態(tài)而言，幾乎是不可能的。

　　通過上述，我們是否可以得出這樣一種映象：開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的互操作性，就一個特定類型的現(xiàn)場總線而言，只要遵循該類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議，對其產品是開放的，并具有互操作性。換句話說，不論什么廠家的產品，也不一家是該現(xiàn)場總線公司的產品，只要遵循該總線的總線協(xié)議，產品之間是開放的，并具有互操作性，就可以組成總線網絡。

　　(2)FCS系統(tǒng)的基礎是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置

　　數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎，道理很簡單，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。如果現(xiàn)場裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關的通訊規(guī)約，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。再一點，現(xiàn)場總線的一大特點就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。如果現(xiàn)場裝置不是多功能智能化的產品，那么現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點也就不存在了，所謂簡化系統(tǒng)、方便設計、利于維護等*性也是虛的。

　　(3) FCS系統(tǒng)的本質是信息處理現(xiàn)場化

　　對于一個控制系統(tǒng)，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實際上，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理，減少現(xiàn)場與控制機房之間的信息往返?？梢哉f現(xiàn)場總線的本質就是信息處理的現(xiàn)場化。

　　減少信息往返是網絡設計和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常?？蓭砀纳葡到y(tǒng)響應時間的好處。因此，網絡設計時應優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點，放在同一條支路里。

　　減少信息往返與減少系統(tǒng)的線纜有時會相互矛盾。這時仍應以節(jié)省投資為原則來做選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應時間允許的話，應選節(jié)省線纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應時間比較緊張，稍微減少一點信息的傳輸就夠用了，那就應選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?/p>

　　現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產品同種功能塊在性能上會稍有差別，但一個網絡支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀存在的。選用哪一個現(xiàn)場儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。

　　考慮這個問題的原則是：盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關的信息輸出最多的那臺儀表上的功能塊。

　　2 典型系統(tǒng)比較

　　通過使用現(xiàn)場總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場接線，用單個現(xiàn)場儀表可實現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產的裝置間可以*互操作，增加現(xiàn)場一級的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡化，并且維護十分簡便。

　　通過采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，到底能節(jié)省多少電纜，編者尚未做此計算。但是，我們不可以采用DCS系統(tǒng)的電廠中與自動控制系統(tǒng)有關的所用電纜公里數(shù)看出，電纜在基建投資中所占份額。

　　某電廠，2×300MW燃煤機組。熱力系統(tǒng)為單元制。每臺機組設置一座集中控制樓，采用機、爐、電單元集中控制方式。單元控制室的標高為12.6米，與運行層標高*。DCS采用WDPF—Ⅱ，每臺機組設計的I/O點為4500點。

　　電纜敷設采用EC軟件，8個人用1.5個月時間完成電纜敷設的設計任務。

　　主廠房內每臺300MW機組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。

　　主廠房內每臺300MW機組自動化專業(yè)的電纜長度為350公里。

　　以上電纜的根數(shù)及長度均不包括全廠火災報警的廠供電纜和全廠各輔助生產車間的電纜。

　　電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅，每臺機組約95噸。

　　其它電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封頭、調寬片、直接片等選用鋁合金材質，每臺300MW機組約為55噸。附件隨橋架提供（如螺栓、螺母）。

　　某電廠，4×MW燃油燃氣電站。熱力系統(tǒng)為單元制。DCS采用TELEPERM-XP。每臺機組設計I/O點數(shù)為5804點。

　　電纜敷設采用EC軟件，12個人用2.5個月時間完成電纜敷設的設計任務。

　　主廠房內每臺325MW機組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4413根。

　　主廠房內每臺235MW機組自動化專業(yè)的電纜長度為360公里。

　　每臺機組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架，其重量約為200噸。

　　電站的電纜可以分為六大類：高壓電力電纜、低壓電力電纜、控制電纜、熱控電纜、弱電電纜（主要指計算機用電纜）、其它電纜。若兩臺300MW機組同時做電纜敷設，自動化專業(yè)電纜的數(shù)量大約有8500根左右。其中熱控電纜和弱電電纜將大于5000根，即約占60%左右（以根數(shù)計量）。

　　3 設計、投資及使用

　　上述的比較是偏重于純技術性的比較，以下比較擬加入經濟因素。

　　比較的前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進行比較。為什么要做如此的假設。做為DCS系統(tǒng)發(fā)展到今天，開發(fā)初期提出的技術要求卻已滿足并得到了完善，目前的狀況是進一步提高，因此也就不存在典型、理想的說法。而作為FCS系統(tǒng)，90年代剛進入實用化，作為開發(fā)初期的技術要求：兼容開放，雙向數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場裝置、高速總線等，目前還不理想有待完善。這種狀態(tài)與現(xiàn)場總線國際標準的制定不能說沒有關系。過去的十多年，各總線組織都忙于制定標準，開發(fā)產品，占領更多的市場，目的就是要擠身于國際標準，合法的占領更大的市場?，F(xiàn)在有關國際標準的爭戰(zhàn)已告一段落，各大公司組織都已意識到，要真正占領市場，就得完善系統(tǒng)及相關產品。我們可以做這樣的預測，不久的將來，完善的現(xiàn)場總線系統(tǒng)及相關產品必須成為世界現(xiàn)場總線技術的主流。

　　具體比較：

　?。?）DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較*，信息處理現(xiàn)場化，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

　?。?）DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設備連入現(xiàn)場總線，達到的系統(tǒng)集成。

　　（3）DCS系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D轉換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，就免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。

　?。?）FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的每秒2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，從而改善調節(jié)性能。

　?。?）DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是，由于自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置（含變送器、執(zhí)行機構等）進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS的這點*性是DCS無法比擬的。

　?。?）FCS由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS相比可以省去相當數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。有專家認為可以省去60%。

　?。?）與（6）同樣理由，F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等，同時也節(jié)省了設計、安裝和維護費用。有專家認為可以節(jié)省66%。

　　對于（6）、（7）兩點應補充說明的是，采用FCS系統(tǒng)，節(jié)省投資的效果是不用懷疑的，但是否如有的專家所說達60~66%。這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn)，編者認為這是相互轉摘的結果，目前還未找到這些數(shù)字的原始出處，因此，讀者在引用這些數(shù)字時要慎重。

　?。?）FCS相對于DCS組態(tài)簡單，由于結構、性能標準化，便于安裝、運行、維護。

　　（9）用于過程控制的FCS設計開發(fā)要點。這一點并不作為與DCS的比較，只是說明用于過程控制或者說用于模擬連續(xù)過程類的FCS在設計開發(fā)中應重點考慮的問題。

　　1）要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。

　　2）基本監(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應，因此，節(jié)點監(jiān)控并不需要快電子學的響應時間，但要求有復雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主一從之間的集中輪詢制，這在技術上是合理的，在經濟上是有利的。

　　3）流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測量，其物理原理是古典的，但傳感器、變送器及控制器應向數(shù)字智能化發(fā)展。

　　4）作為針對連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS，應側重于低速總線H1的設計完善。

　　PLC與DCS的前景

　　我們已經知道有的FCS是由PLC發(fā)展而來，而有的FCS是由DCS發(fā)展而來，那么，今天FCS已走向實用化，PLC與DCS前景又將如何。

　　PLC于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名，并給予定義：PLC是一種數(shù)字控制電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。經過30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。PLC在FCS系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無多少爭論。PLC作為一個站掛在高速總線上。充分發(fā)揮PLC在處理開關量方面的優(yōu)勢。另外，火力發(fā)電廠輔助車間，例如補給水處理車間、循環(huán)水車間、除灰除渣車間、輸煤車間等，在這些車間的工藝過程多以順序控制為主。PLC對于順序控制有其*的優(yōu)勢。編者以為，輔助車間的控制系統(tǒng)應以遵循現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的PLC或能與FCS進行通訊交換信息的PLC為優(yōu)選對象。

　　自1973年提出*臺以微處理器為基礎的控制器以來，它逐步完善，并最終形成功能齊全、安全可靠的數(shù)字式分散控制系統(tǒng)DCS。它的性能大大優(yōu)于以住任何一種控制系統(tǒng)?？梢詽M足火電廠DAS、MCS、SCS和APS各系統(tǒng)的各種要求，目前還可以通過工業(yè)以太網建立管理層網絡，以滿足火電廠呼聲越來越高的加強管理的要求?？梢赃@樣說，DCS系統(tǒng)的監(jiān)控可以復蓋大型火電機組的工藝全過程。

　　但是，自從有了FCS，并于90年代走向實用化以來，不斷有如下論點在公開刊物上發(fā)表，即：“從現(xiàn)在起，新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS將逐步取代傳統(tǒng)的DCS”；“當調節(jié)功能下放到現(xiàn)場去以后，傳統(tǒng)的DCS就沒有存在的必要而會自動消失”；“今后十年，傳統(tǒng)的4~20mA模擬信號制將逐步被雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制所取代，模擬與數(shù)字的分散型控制系統(tǒng)DCS將更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS”……。這些論點歸納為一句話：FCS將取代DCS，DCS從此將消亡。

　　上述論點皆出自于權威專家之口，確實不無道理。數(shù)字通訊是一種趨勢，它代表了技術進步，是任何人阻擋不了的。雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制以及由它而產生的巨大的推動力，加速現(xiàn)場裝置與控制儀表的變革，開發(fā)出越來越多的功能完善的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。這些都是DCS系統(tǒng)所不具備的，而由此產生的*性以及給火電廠的設計、配置、組態(tài)、運行、維護、管理等方面帶來的效益也是DCS系統(tǒng)所不及的。再則，F(xiàn)CS是由DCS以及PLC發(fā)展而來，它保留了DCS的特點，或者說FCS吸收了DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場實踐的經驗，當然也包括教訓。由此而得出結論，“FCS將取代DCS”，似乎也是順理成章之事。

　　同時我們也應看到，DCS系統(tǒng)發(fā)展也近30年，在火電廠的應用如此廣泛。它的設計思想、組態(tài)配置、功能匹配等已達十分完善的程度（當然，DCS也存在進一步發(fā)展的需求，例如高級軟件開發(fā)，以滿足信息集成的要求），已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個領域，并且在FCS系統(tǒng)中也有些體現(xiàn)。從這個角度來看，DCS系統(tǒng)似乎不能說從此消亡。再則，從前面的章節(jié)敘述中已經談到，對那些FCS系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其特點及*性的領域，DCS系統(tǒng)仍有用武之地。

　　我們似乎沒有必要在文字上做過多的爭論，一定要強調誰取代誰。正如目前的DCS與新型的PLC，由于多年的開發(fā)研究，在各自保留自身原有的特點外，又相互補充，形成新的系統(tǒng)，現(xiàn)在的DCS已不是當初的DCS，同樣如此，新型的PLC也不是開發(fā)初期的PLC。我們能夠說是DCS取代了PLC或者說是PLC取代了DCS，顯然都是不合適的。

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