西门子S7-200模块CPU221

FCS的核心是总线协议，即总线

　　前面的章节已经叙述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。

　　为了使现场总线可互操作性要求，使其成为真正的开放，在IEC，现场总线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。

　　实际情况是否如上述*，回答是否定的。目前通过的现场总线含8种类型，而原IEO只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。其它7种总线，不论其*有多少，每个总线协议都有一套、硬件的支撑。它们能够形成，形成产品，而原IEC现场总线，是一个既无支撑也无硬件支撑的空架子。所以，要实现某些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。

　　通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场总线控制的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵循该总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网络。

　　(2)FCS的基础是数字智能现场装置

　　数字智能现场装置是FCS的硬件支撑，是基础，道理很简单，FCS执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线制。如果现场装置不遵循统一的总线协议，即相关的通讯规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线控制。再一点，现场总线的一大特点就是要现场一级控制功能。如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线控制的特点也就不存在了，所谓简化、方便设计、利于等优越性也是虚的。

　　(3) FCS的本质是信息处理现场化

　　对于一个控制，无论是采用DCS还是采用现场总线，需要处理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场总线后，可以从现场更多的信息。现场总线的信息量没有，甚至了，而传输信息的线缆却大大了。这就要求一方面要大大线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。

　　信息往返是网络设计和组态的一条重要原则。信息往返常常可带来响应时间的好处。因此，网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，同一条支路里。

　　信息往返与的线缆有时会相互矛盾。这时仍应以节省投资为原则来做选择。如果所选择的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。如所选的响应时间比较紧张，稍微一点信息的传输就够用了，那就应选信息传输的方案。

　　现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。选用哪一个现场仪表上的功能块，是组态要解决的问题。

　　考虑这个问题的原则是：尽量总线上的信息往返。一般可以选择与该功能有关的信息输出多的那台仪表上的功能块。

　　2 典型比较

　　通过使用现场总线，用户可以大量现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以*互操作，现场一级的控制功能，集成大大简化，并且十分简便。

　　通过采用现场总线控制，到底能节省多少电缆，编者尚未做此计算。但是，我们不可以采用DCS的电厂中与自动控制有关的所用电缆公里数看出，电缆在基建投资中所占份额。

　　某电厂，2×300MW燃煤机组。热力为单元制。每台机组设置一座集中控制楼，采用机、炉、电单元集中控制。单元控制室的标高为12.6米，与运行层标高*。DCS采用WDPF—Ⅱ，每台机组设计的I/O点为4500点。

　　电缆敷设采用EC，8个人用1.5个月时间完成电缆敷设的设计任务。

　　主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆根数为4038根。

　　主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆长度为350公里。

　　以上电缆的根数及长度均不包括全厂火灾的厂供电缆和全厂各辅助生产车间的电缆。

　　电缆桥架的立柱、桥架及小槽盒全部选用钢制镀锌，每台机组约95吨。

　　其它电缆桥架包括直通、弯通、三通、四通、盖板、终端封头、调宽片、直接片等选用铝合金材质，每台300MW机组约为55吨。附件随桥架提供（如螺栓、螺母）。

　　某电厂，4×MW燃油燃气电站。热力为单元制。DCS采用TELEPERM-XP。每台机组设计I/O点数为5804点。

　　电缆敷设采用EC，12个人用2.5个月时间完成电缆敷设的设计任务。

　　主厂房内每台325MW机组自动化专业的电缆根数为4413根。

　　主厂房内每台235MW机组自动化专业的电缆长度为360公里。

　　每台机组全部选用钢制镀锌电缆桥架，其重量约为200吨。

　　电站的电缆可以分为六大类：高压电力电缆、低压电力电缆、控制电缆、热控电缆、弱电电缆（主要指计算机用电缆）、其它电缆。若两台300MW机组同时做电缆敷设，自动化专业电缆的数量大约有8500根左右。其中热控电缆和弱电电缆将大于5000根，即约占60%左右（以根数计量）。

　　3 设计、投资及使用

　　上述的比较是偏重于纯技术性的比较，以下比较拟加入经济因素。

　　比较的前题是DCS与典型的、的FCS进行比较。为什么要做如此的假设。做为DCS发展到，初期提出的技术要求却已并了完善，目前的状况是进一步，因此也就不存在典型、的说法。而作为FCS，90年代刚进入实用化，作为初期的技术要求：兼容开放，双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等，目前还不有待完善。这种状态与现场总线的制定不能说没有关系。过去的十多年，各总线组织都忙于制定，产品，更多的市场，目的就是要挤身于，的更大的市场。现在有关的争战已告一段落，各大公司组织都已意识到，要真正市场，就得完善及相关产品。我们可以做这样的，不久的将来，完善的现场总线及相关产品必须成为现场总线技术的主流。

　　具体比较：

　　（1）DCS是个大，其控制器功能强而且在中的作用十分重要，数据公路更是的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较*，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采用，使得控制器功能与重要性相对减弱。因此，FCS投资起，可以边用、边扩、边投运。

　　（2）DCS是封闭式，各公司产品基本不兼容。而FCS是开放式，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到的集成。

　　（3）DCS的信息全都是二进制或模拟形成的，必须有D/A与A/D转换。而FCS是全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5%到±0.1%。

　　（4）FCS可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的每秒2~5次，到FCS的每秒10~20次，从而调节性能。

　　（5）DCS它可以控制和工艺全，对自身进行诊断、和组态。但是，由于自身的致命弱点，其I/O采用的模拟量，因此，它无法在DCS工程师站上对现场仪表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、和组态。FCS采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。FCS采用的是双向数字通信现场总线制。因此，它可以对现场装置（含变送器、执行机构等）进行远方诊断、和组态。FCS的这点优越性是DCS*的。

　　（6）FCS由于信息处理现场化，与DCS相比可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间与面积。有专家认为可以省去60%。

　　（7）与（6）同样理由，FCS可以大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和费用。有专家认为可以节省66%。

　　对于（6）、（7）两点应补充说明的是，采用FCS，节省投资的效果是不用怀疑的，但是否如有的专家所说达60~66%。这些数字在多篇文章中出现，编者认为这是相互转摘的结果，目前还未找到这些数字的原始出处，因此，读者在引用这些数字时要慎重。

　　（8）FCS相对于DCS组态简单，由于结构、性能化，便于安装、运行、。

　　（9）用于控制的FCS设计要点。这一点并不作为与DCS的比较，只是说明用于控制或者说用于模拟连续类的FCS在设计中应重点考虑的问题。