電火花數(shù)控機(jī)床之三大控制系統(tǒng)特點(diǎn)簡(jiǎn)介（上） 隨著電火花技術(shù)（）應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，作為電火花數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)也越來(lái)越受到廠家，客戶的不斷關(guān)注。本文從基本要點(diǎn)的描述中，來(lái)簡(jiǎn)要闡述，比較這三大控制系統(tǒng)PLC、DCS、FCS的特點(diǎn)，*性。 1. PLC
（1）從開(kāi)關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)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(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型PLC為從站。
（4）也可一臺(tái)PLC為主站，多臺(tái)同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站方便之處是：有用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說(shuō)明書(shū)格式寫(xiě)就行。
（5）PLC網(wǎng)格既可作為獨(dú)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(wǎng)絡(luò)如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4（錯(cuò)了，去掉）、S5、S6（錯(cuò)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(guò)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(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。
（2）從上到下的樹(shù)狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（Communication）是關(guān)鍵。
（3）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置。
（4）是樹(shù)狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。
（5）模擬信號(hào)，A/D—D/A、帶微處理器的混合。
（6）一臺(tái)儀表一對(duì)線接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN。
（7）DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。
（8）缺點(diǎn)是成本高，各公司產(chǎn)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(guò)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(guó)）、Taylor（美）等。
3. FCS
（1）基本任務(wù)是：本質(zhì)（本征）安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過(guò)程、難于對(duì)付的非常環(huán)境。
（2）全數(shù)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(chǎng)儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺(tái)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(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng)。
（6）是互聯(lián)的、雙向的、開(kāi)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(chǎng)電腦操縱，還可掛到上位機(jī)，接同一總線的上一級(jí)計(jì)算機(jī)。
（9）局域網(wǎng)，再可與internet相通。
（10）改變傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng)。
（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(lèi)FCS的典型
1）連續(xù)的工藝過(guò)程自動(dòng)控制如石油化工，其中“本安防爆”技術(shù)是重要的，典型產(chǎn)品是FF、World FIP、Profibus—PA；
2）分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制如汽車(chē)制造機(jī)器人、汽車(chē)，典型產(chǎn)品是Profibus—DP、CANbus；
3）多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化，典型產(chǎn)品是LON Work、Profibus—FMS。
一，三大控制系統(tǒng)之間的差異
我們已經(jīng)知道，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來(lái)，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，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?qū)Ψ娇繑n的趨勢(shì)。新型的DCS已有很強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)，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(jìn)行比較。在前面的章節(jié)中，實(shí)際上已涉及到DCS與FCS的差異，下面將就體系結(jié)構(gòu)、投資、設(shè)計(jì)、使用等方面進(jìn)行敘述。
1 .差異要點(diǎn)
1.1·DCS
DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對(duì)絞線、同軸電纜或光纖電纜。
通過(guò)數(shù)據(jù)公路的設(shè)計(jì)參數(shù)，基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。
（1）系統(tǒng)能處理多少I(mǎi)/O信息。
（2）系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。
（3）能適應(yīng)多少用戶和裝置（CRT、控制站等）。
（4）傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣*檢查的。
（5）數(shù)據(jù)公路的zui大允許長(zhǎng)度是多少。
（6）數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。
（7）數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件（可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)公路。
為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。
目前在DCS系統(tǒng)中一般使用兩類(lèi)通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒(méi)有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。
1.2·FCS
FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有三點(diǎn)
（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)
前面的章節(jié)已經(jīng)敘述，一種類(lèi)型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。就其總線協(xié)議的基本原理而言，各類(lèi)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(lèi)總線的總線協(xié)議存在很大的差異。
為了使現(xiàn)場(chǎng)總線滿足可互操作性要求，使其成為真正的開(kāi)放系統(tǒng)，在IEC標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)互操作，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置都用裝置描述DD來(lái)描述。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個(gè)驅(qū)動(dòng)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(wú)關(guān)，所以可以使現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作性。
實(shí)際情況是否如上述一致，回答是否定的。目前通過(guò)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)含8種類(lèi)型，而原IEO標(biāo)準(zhǔn)只是8種類(lèi)型之一，與其它7種類(lèi)型總線的地位是平等的。其它7種總線，不論其*有多少，每個(gè)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(chǎn)品，而原IEC現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)既無(wú)軟件支撐也無(wú)硬件支撐的空架子。所以，要實(shí)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(guò)上述，我們是否可以得出這樣一種映象：開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的互操作性，就一個(gè)特定類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線而言，只要遵循該類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)總線的總線協(xié)議，對(duì)其產(chǎn)品是開(kāi)放的，并具有互操作性。換句話說(shuō)，不論什么廠家的產(chǎn)品，也不一家是該現(xiàn)場(chǎng)總線公司的產(chǎn)品，只要遵循該總線的總線協(xié)議，產(chǎn)品之間是開(kāi)放的，并具有互操作性，就可以組成總線網(wǎng)絡(luò)。
（2）FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置
數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)，道理很簡(jiǎn)單，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)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(chēng)之為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。再一點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)控制功能。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不存在了，所謂簡(jiǎn)化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì)、利于維護(hù)等*性也是虛的。
（3） FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化
對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，無(wú)論是采用DCS還是采用現(xiàn)場(chǎng)總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上，采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可以從現(xiàn)場(chǎng)得到更多的信息。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的信息量沒(méi)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(chǎng)就地完成處理，減少現(xiàn)場(chǎng)與控制機(jī)房之間的信息往返。可以說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場(chǎng)化。
減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(lái)改善系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的好處。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點(diǎn)，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(shí)會(huì)相互矛盾。這時(shí)仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來(lái)做選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許的話，應(yīng)選節(jié)省線纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊張，稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?/span>
現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì)稍有差別，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問(wèn)題。
考慮這個(gè)問(wèn)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(guān)的信息輸出zui多的那臺(tái)儀表上的功能塊。
2. 典型系統(tǒng)比較
通過(guò)使用現(xiàn)場(chǎng)總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場(chǎng)接線，用單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以*互操作，增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡(jiǎn)化，并且維護(hù)十分簡(jiǎn)便。
通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，到底能節(jié)省多少電纜，編者尚未做此計(jì)算。但是，我們不可以采用DCS系統(tǒng)的電廠中與自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的所用電纜公里數(shù)看出，電纜在基建投資中所占份額。
3 設(shè)計(jì)、投資及使用
上述的比較是偏重于純技術(shù)性的比較，以下比較擬加入經(jīng)濟(jì)因素。
比較的前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。為什么要做如此的假設(shè)。做為DCS系統(tǒng)發(fā)展到今天，開(kāi)發(fā)初期提出的技術(shù)要求卻已滿足并得到了完善，目前的狀況是進(jìn)一步提高，因此也就不存在典型、理想的說(shuō)法。而作為FCS系統(tǒng)，90年代剛進(jìn)入實(shí)用化，作為開(kāi)發(fā)初期的技術(shù)要求：兼容開(kāi)放，雙向數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定不能說(shuō)沒(méi)有關(guān)系。過(guò)去的十多年，各總線組織都忙于制定標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，占領(lǐng)更多的市場(chǎng)，目的就是要擠身于標(biāo)準(zhǔn)，合法的占領(lǐng)更大的市場(chǎng)。現(xiàn)在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)戰(zhàn)已告一段落，各大公司組織都已意識(shí)到，要真正占領(lǐng)市場(chǎng)，就得完善系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品。我們可以做這樣的預(yù)測(cè)，不久的將來(lái)，完善的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必須成為世界現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主流。 （本文僅供參考，閱讀。如有不實(shí)請(qǐng)廣大讀者朋友見(jiàn)諒）——未完，接下篇。
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