概述自动化控制系统的发展情况

1、概述自动化控制系统的发展情况PLC 可编程序逻辑控制器PLC的出现要感谢美国的通用汽车公司（很不幸的是在次贷 危机的影响下这家公司已于 2009 年 6 月 1 日申请了破产保护） 。 1968 年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求因而 开始研制 PLC。这种可编程逻辑控制器本身其实严格来说就是一台电脑。 因 为它的内部存储存了程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计 数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 / 输 出控制各种类型的机械或生产过程。PLC不仅具有运算功能，而且具有控制功能，更厉害的是它 还可以进行网络通讯， 它可以支持多种现场总线和标准的通信协 议（如 T

2、CP/IP ），它可以与工厂的网络相连接。 PLC 是各类工 厂的“常客”， 可以这么说 PLC 越多的工厂自动化程度就越高， 没有 PLC 的工厂已经令人感到无法想像了，这样的工厂基本上 可以直接搬到博物馆里去了。DCS 分散控制系统DCS（ Distributed Control Systems）的产生也是基于自动 化的需要。 工厂需要坐在电脑前就可以控制远处的锅炉， 还可以 控制在另一处的一个温度装置，还可以控制更远的一个水位等 等。DCS要做的就是把这些控制都集中到工厂的控制车间，只需 要一个人坐在电脑前就可以控制工厂里的所有设备的运行。 DCS 的含义就是集散控制系统也叫分布式控制系

3、统， 也就是要把分散 在各个不同位置待控设备集中到一个总控制室里进行统一控制、 集中管理。这样一个工人就可以控制 N种设备，如果没有DCS勺 话每一个设备附近都需要有一个工人。1975 年美国霍尼韦尔( Honey Well )第一套分布式控制系 统 TDCS-2000 问世以来，分布式控制系统已经在工业控制勺 各个领域得到了越来越广泛的应用，DCS以其高度的可靠性、方 便勺组态软件、丰富勺控制算法、开放勺联网能力，逐渐成为过 程工业自动控制的主流系统。 迄今， 全世界数百家厂商已经开发 了各种类型的分布式控制系统 1500余种，DCS以其先进、可靠、 灵活和操控简便以及合理的价格而得到广大工

4、业用户的青睐， 广 泛应用于冶金、电力、化工、石油和造纸等工业领域。DCS 是集计算机技术、 控制技术、 网络通信技术和图形显示技术于一体的 系统。FCS 现场总线控制系统FCS(Frontiers of Computer Science )1984 年美国 Inter 公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线(BITBUS，它主 要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机总线多 (MULTIBUS 分离，形成了现场总线的最初概念。20世纪 80年代中期，美国 Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感器(HART通信协议。采用在 420mA模拟量叠加了一种频率信号，用双绞线实现

5、数字信号传输。HART协议已是现场总线的雏 形。 1985 年由 Honeywell 和 Bailey 等大公司发起，成立了 World FIP 制定了 FIP 协议。1987年，以Siemens, Rosemount,横河等几家著名公司为 首也成立了一个专门委员会互操作系统协议(ISP )并制定了 PROFIBU协议。后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准 IEC/ISA SP5Q随着时间的推移，世界逐渐形成了两个针锋相对 的互相竞争的现场总线集团：一个是以Siemens、Rosemount,横河为首的 ISP 集团；另一个是由 Honeywell 、Bailey 等公司 牵头的 Worl

6、dFIP 集团。1994 年,两大集团宣布合并,融合成现场总线基金会(Fieldbus Foundation )简称FF。对于现场总线的技术发展和 制定标准,基金委员会取得以下共识：共同制定遵循 IEC/ISA SP50 协议标准；商定现场总线技术发展阶段时间表。 1) FCS 系 统的核心是总线协议,即总线标准。2) FCS 系统的基础是数字智能现场装置。3)FCS系统的本质是信息处理现场化。现场总 线系统中, 每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用, 但是 从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。FCS 的特点是具有较高的性能价格比。 系统综合成本及一次 性安装费用减少 40

7、%。由于导线、连接附件的大幅度的减少。使 原来的几百根, 甚至几千根控制电缆减少到一根总线电缆, 从而 也使接线端子、 电缆桥架等附件大幅度的减少。 所以设计、安装、 调试、维护的费用大幅度地减少，维护和改造的停工时间减少 60%。原来繁琐的原理图、布线图设计变得简单易行；标准接插 件快速、简便的安装，使人力、物力大量的减少；强大的故障诊 断能力，使系统的调试和维护工作量大幅减少。FCS 具有互操作性即互连设备间、系统间的信息传送与沟 通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着 不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 它将传 感测量、补偿计算、 工程量处理与控制等功能

8、分散到现场设备中 完成， 仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能， 并可随时诊 断设备的运行状态。这在 DCS 的时代是无法想像的。 FCS 系统 的本质是信息处理现场化。 随着现场总线技术的出现和成熟， 促 使了控制系统由集散控制系统 (DCS向现场总线控制系统(FCS 的过渡。在一般的 FCS 系统中，遵循一定现场总线协议的现场 仪表可以组成控制回路， 使控制站的部分控制功能下移分散到各 个现场仪表中。 从而减轻了控制站负担， 使得控制站可以专职于 执行复杂的高层次的控制算法。 对于简单的控制应用， 甚至可以 把控制站取消， 在控制站的位置代之以起连接现场总线作用网桥 和集线器，操作站直接

9、与现场仪表相连，构成分布式控制系统。分布式的 FCS 系统比 DCS 系统更好地体现了“信息集中， 控制分散”的思想。与传统的 DCS相比，FCS有其自身的特点。 FCS系统具有高度的分散性，它可以由现场设备组成自治的控制 回路。现场仪表或设备具有高度的智能化与功能自主性， 可完成 控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行情况。另外， FCS 的结构比DCS简化。有的 FCS 系统省略了 DCS 中控制站这一层，操作站直接与现场仪表相连。这些使FCS的可靠性得到提高。FCS具备了 DCS 与PLC的特点，无论是FCS或者是DCS还是PLC，它们最终 是为了满足整个生产过程而进行的系统控制。新型

10、的DCS 已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不 差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。工业控制与自动化领域部分技术的发展前景现场总线 （ 控制网络 ）并行总线 :包括 CompactPCI 总线、 PXI 总线、 VXI 总 线。4.1.4现场总线及FCS由于现场总线技术的发展，新一代 的现场总线控制系统 FCS正在走向实用化,这是工业控制与自动 化技术的一个突出热点 , 它将给工业控制、自动化技术带来一次 深刻革命。在现场总线技术中 , 更要特别关注工业以太网的发展。工业以太网。工业以太网已成为现场总线中主流 技术和焦点 , 国际上

11、有多个组织从事其标准化工作。4.4 传感与检测传感器的发展趋势。传感、通信、计算机技术构成现 代信息的三大基础。 80 年代的热点是个人计算机 ,90 年代是计算 机网络,预计 21世纪第一个 10年热点很可能是传感、 执行与 (下 转第 84页)( 上接第 80页)检测。传感器的作用主要是获取信息 , 是信息技术源头。智能检测仪表的创新成果 ,包括 :分布式光纤温度传 感网络 , 它已应用于煤矿、隧道的火灾自动温度报警系统；新一 代固态传感器与智能压力 / 差压变送器 , 如微型伺服加速计、 微结 构加速度开关等；一体化节流式差压流量计, 在新建工厂中已有较多应用；内藏式双文丘里管流量测量装

12、置, 已在钢铁厂、热电厂等 10多个单位应用； 通用智能流量演算器 ,为流量计等许多人 工标定装置的自动标定或改造提供借鉴；新型电磁流量计 , 近年 来 , 电磁流量计在励磁技术、内衬技术、智能化技术等方面都有 新的进展；新型超声流量计 , 如气体超声流量计在天然气工业中 的应用有了突破性进展；新型微波物位计 , 非接触式测量方法 , 市场增长率最高。 上海宝钢开发的高炉炉顶微波料面检测装置就 是技术水平处于国际领先的一个例子。4.3 管控一体化随着 Internet 、Intranet 、Infranet 及其集成技术的发展 , 产生了工厂软件 (PS,Plant Software) 和制造

13、执行系统 (MES), 仪 表界渴望已久的管控一体化、 工业企业信息化、 基于网络的自动 化、IT与自动化的目标即将成为现实，从而提高企业的生产效率， 增强市场竞争能力。综合自动化综合自动化包括 CIMS(Computer IntegratedManufacturing System), 计算机集成制造系统和 CIPS(Computer Integrated Processing System, 计算机集成过程系统 ), 是过程工业中的 CIMS综合自动化有非常广阔的发展前景，美国未来学家预测， 到 2030 年 80%的美国企业将实现 CIMS。结语FCS 的前身是 DCS 与 PLC，FCS 不仅具备两者的特点，而 且跨出了革命性的一步。DCS系统的关键是通信。也可以说数据 公路是分散控制系统DCS的脊柱。FCS在现场总线的支持