電火花數控機床之三大控制系統特點簡介（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。
（6）大系統同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DCS與集散控制系統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，其中通信（Communication）是關鍵。
（3）PID在中斷站中，中斷站聯接計算機與現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）、現場儀表（現場測控站）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）用兩根線聯接分散的現場儀表、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、數字通信系統取代單變量、單點、并行、模擬系統。
（6）是互聯的、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）改變傳統的信號標準、通信標準和系統標準入企業(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。
一，三大控制系統之間的差異
我們已經知道，FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來，FCS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系統的關鍵是通信。也可以說數據公路是分散控制系統DCS的脊柱。由于它的任務是為系統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系統的相對優(yōu)點與弱點。
（1）系統能處理多少I/O信息。
（2）系統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。
1.2·FCS
FCS的關鍵要點有三點
（1）FCS系統的核心是總線協議，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，各類總線的總線協議存在很大的差異。
為了使現場總線滿足可互操作性要求，使其成為真正的開放系統，在IEC標準，現場總線通訊協議模型的用戶層中，就明確規(guī)定用戶層具有裝置描述功能。為了實現互操作，每個現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，所以可以使現場裝置實現真正的互操作性。
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，每個總線協議都有一套軟件、硬件的支撐。它們能夠形成系統，形成產品，而原IEC現場總線標準，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：開放的現場總線控制系統的互操作性，就一個特定類型的現場總線而言，只要遵循該類型現場總線的總線協議，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，也不一家是該現場總線公司的產品，只要遵循該總線的總線協議，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系統的基礎是數字智能現場裝置
數字智能現場裝置是FCS系統的硬件支撐，是基礎，道理很簡單，FCS系統執(zhí)行的是自動控制裝置與現場裝置之間的雙向數字通信現場總線信號制。如果現場裝置不遵循統一的總線協議，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，也不能稱之為現場總線控制系統。再一點，現場總線的一大特點就是要增加現場一級控制功能。如果現場裝置不是多功能智能化的產品，那么現場總線控制系統的特點也就不存在了，所謂簡化系統、方便設計、利于維護等*性也是虛的。
（3） FCS系統的本質是信息處理現場化
對于一個控制系統，無論是采用DCS還是采用現場總線，系統需要處理的信息量至少是一樣多的。實際上，采用現場總線后，可以從現場得到更多的信息。現場總線系統的信息量沒有減少，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場就地完成處理，減少現場與控制機房之間的信息往返。可以說現場總線的本質就是信息處理的現場化。
減少信息往返是網絡設計和系統組態(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。如果所選擇系統的響應時間允許的話，應選節(jié)省線纜的方案。如所選系統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。
現在一些帶現場總線的現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。選用哪一個現場儀表上的功能塊，是系統組態(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. 典型系統比較
通過使用現場總線，用戶可以大量減少現場接線，用單個現場儀表可實現多變量通信，不同制造廠生產的裝置間可以*互操作，增加現場一級的控制功能，系統集成大大簡化，并且維護十分簡便。
通過采用現場總線控制系統，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系統的電廠中與自動控制系統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系統與典型的、理想的FCS系統進行比較。為什么要做如此的假設。做為DCS系統發(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，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，就得完善系統及相關產品。我們可以做這樣的預測，不久的將來，完善的現場總線系統及相關產品必須成為世界現場總線技術的主流。 （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。
|
