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電火花數控機床之三大控制系統(tǒng)特點簡介（上）                                     

隨著電火花技術（）應用領域的不斷發(fā)展，作為電火花數控機床控制系統(tǒng)也越來越受到廠家，客戶的不斷關注。本文從基本要點的描述中，來簡要闡述，比較這三大控制系統(tǒng)PLC、DCS、FCS的特點，*性。

1. PLC
　　 （1）從開關量控制發(fā)展到順序控制、運送處理，是從下往上的。
　　 （2）連續(xù)PID控制等多功能，PID在中斷站中。
　　 （3）可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。
　　 （4）也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構成PLC網絡。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行。
　　 （5）PLC網格既可作為獨立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。
　　 （6）大系統(tǒng)同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
　　 （7）PLC網絡如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4（錯了，去掉）、S5、S6（錯了，去掉）、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。
　　 （8）主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。
　　 （9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。
2.DCS或TDCS
　　 （1）分散控制系統(tǒng)DCS與集散控制系統(tǒng)TDCS是集4C（Communication，Computer，
　　 Control、CRT）技術于一身的監(jiān)控技術。
　　 （2）從上到下的樹狀拓撲大系統(tǒng)，其中通信（Communication）是關鍵。
　　 （3）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計算機與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝置。
　　 （4）是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結構，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表。
　　 （5）模擬信號，A/D—D/A、帶微處理器的混合。
　　 （6）一臺儀表一對線接到I/O，由控制站掛到局域網LAN。
　　 （7）DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結構。
　　 （8）缺點是成本高，各公司產品不能互換，不能互操作，大DCS系統(tǒng)是各家不同的。
　　 （9）用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，如石化等。
　　 （10）制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS &
　　NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB（瑞士）、Hartmann &
　　Braun（德）、Yokogawa（日）、Honewell（美國）、Taylor（美）等。
3. FCS
　  （1）基本任務是：本質（本征）安全、危險區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境。
　  （2）全數字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。
　  （3）用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺儀器兩根線。
　  （4）在總線上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。
　  （5）多變量、多節(jié)點、串行、數字通信系統(tǒng)取代單變量、單點、并行、模擬系統(tǒng)。
　　（6）是互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。
　　（7）用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。
　　（8）由現(xiàn)場電腦操縱，還可掛到上位機，接同一總線的上一級計算機。
　  （9）局域網，再可與internet相通。
　　（10）改變傳統(tǒng)的信號標準、通信標準和系統(tǒng)標準入企業(yè)管理網。
　　（11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、
　　AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、歐
　　Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
　　（12）3類FCS的典型
　　     1）連續(xù)的工藝過程自動控制如石油化工，其中“本安防爆”技術是重要的，典型產品是FF、World  FIP、Profibus—PA；
　　     2）分立的工藝動作自動控制如汽車制造機器人、汽車，典型產品是Profibus—DP、CANbus；
　　     3）多點控制如樓宇自動化，典型產品是LON Work、Profibus—FMS。
一，三大控制系統(tǒng)之間的差異
      我們已經知道，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向對方靠攏的趨勢。新型的DCS已有很強的順序控制功能；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絡，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。下一節(jié)就僅以DCS與FCS進行比較。在前面的章節(jié)中，實際上已涉及到DCS與FCS的差異，下面將就體系結構、投資、設計、使用等方面進行敘述。
1 .差異要點
　　 1.1·DCS
　　 　　DCS系統(tǒng)的關鍵是通信。也可以說數據公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網絡，因此，數據公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數據公路的媒體可以是：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。
　　 　　通過數據公路的設計參數，基本上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。
　　 （1）系統(tǒng)能處理多少I/O信息。
　　 （2）系統(tǒng)能處理多少與控制有關的控制回路的信息。
　　 （3）能適應多少用戶和裝置（CRT、控制站等）。
　　 （4）傳輸數據的完整性是怎樣*檢查的。
　　 （5）數據公路的zui大允許長度是多少。
　　 （6）數據公路能支持多少支路。
　　 （7）數據公路是否能支持由其它制造廠生產的硬件（可編程序控制器、計算機、數據記錄裝置等）。
　　 　　為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數據公路。
　　 　　為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復雜的通信規(guī)約和檢錯技術。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸的數據被接收，并且被理解得和發(fā)送的數據一樣。
　　 　　目前在DCS系統(tǒng)中一般使用兩類通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個時鐘信號來調節(jié)數據的傳輸和接收，異步網絡采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。
　　
　　 1.2·FCS
　　 FCS的關鍵要點有三點
　　 （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字化通訊傳輸為基本依據。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一致，回答是否定的。目前通過的現(xiàn)場總線標準含8種類型，而原IEO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)的基礎是數字智能現(xiàn)場裝置
　　 數字智能現(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，不具備數字通信功能，那么所謂雙向數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。現(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。可以說現(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。減少信息往返常常可帶來改善系統(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的方案。

　　 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zui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看出，電纜在基建投資中所占份額。
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，雙向數字通信、數字智能現(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，目的就是要擠身于標準，合法的占領更大的市場。現(xiàn)在有關標準的爭戰(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。  （本文僅供參考，閱讀。如有不實請廣大讀者朋友見諒）——未完，接下篇。