第四章FCS常规控制
FCS
1、:FCS是802.3帧和Ethernet帧的最后一个字段. FCS is a field at the end of the frame that's used to store the CRC. 2、FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的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。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。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。 FCS的关键要点有三点： 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 通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，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完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号，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。 通过采用现场总线控制系统，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系统的电厂中与自动控制系统有关的所用电缆公里数看出，电缆在基建投资中所占份额。 在无线通信系统和swich应用中，FCS代表 帧检验序列即 frame check sequence。
FCS
一．现场总线技术控制系统（FCS）1.1 FCS的概述1.2 FCS的技术特性及优点1.3 FCS的现况1.4 几种主流的FCS二．现场总线技术控制系统（FCS）发展1.1 FCS的早期发展1.2 FCS的近期发展1.3 FCS的未来发展三．现场总线技术控制系统（FCS）的应用1.1 FCS在工业控制上的应用1.2 FCS在智能建筑上的应用1.3 FCS在其他方面的应用四．现场总线技术控制系统（FCS）的使用障碍1.1 FCS应用缺陷1.2 FCS可能改进方式五．现场总线技术控制系统（FCS）的前景六．附录1.1 参考文献1.1 FCS的概述现场总线控制系统（FCSFieldbus Control System），它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。
因此，FCS实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。
FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。
而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。
新型的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。
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。
由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。
数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。
通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。
为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。
为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。
所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。
FCS的控制策略
FCS 的控制策略沈阳电力高等专科学校热自教研室(110036) 杨庆柏 郭永树现场总线技术是本世纪末工业生产过程自动化技术发展的最新阶段。
正是计算机、控制与通信技术汇合的结果,才导致了新一代现场总线控制系统(Fieldbus con trol system)的产生,它是一个全数字、全分散、全开放的新型控制系统,并将逐步取代目前已处于顶峰时期的DCS 。
尽管目前世界上存在着不同层次的多种现场总线标准,但国际现场总线基金会(简称FF)推出的现场总线标准,最有可能成为最终的国际标准。
下面对基金会现场总线控制系统策略进行阐述。
1 功能模块为了使人 机界面友好,FCS 引入了功能模块的概念,功能模块的一般框图如图1所示。
图1 功能模块的一般框图信息在功能模块内经过处理后输出。
对功能模块的组态操作就是选择 标识符 (由用户自定义的现场仪表标签tag),设定 参数 并将其连接起来。
组态可通过上位计算机编辑,然后下装至现场仪表,不再需要组态器(或手持终端)。
为了确保现场总线信号的完整性,在功能模块间传递的测量变量和控制变量不仅有数值,而且还有状态。
使用这些变量的功能模块将根据变量的状态 好 、 坏 、 不确定 等信息做出相应的安排。
例如把控制由自动转为手动或在计算平均值时排除一个 坏 或 不确定 值。
由于所有现场仪表都引入了功能模块的概念,组态变得非常相似且简单,不需要因为自动化仪表种类不同或组态方法的不同而进行新的培训或学习新的编程语言(1),所有的仪表生产厂都使用相同的现场总线功能模块。
现场总线是以 标识符 或标准参数(例如测量值PV 和设定值SP)为基础的,用户可以根据标识符来指定某一现场仪表,不需要考虑现场仪表的地址、存储记忆块地址和比特编号等。
功能模块之间的连接可以被改变,也可以根据需要增删。
现场总线控制系统已有大量可满足各种过程控制的功能模块,如输入AI 、输出AO 、PID 控制功能、选择和多种计算方法,一些功能模块还具有报警功能。
FCS自动化控制系统介绍
Siemens PCS 7 ◆非单一组 态工具 ◆非单一项 目文件→ 修 改控制困难 ◆无法实现 Win95 至 Win NT转换 升级 不可能 ◆最低要求 (PC机):奔腾 266,128MB 内存,9GB硬 盘
FisherRosemount Delta V ◆无IEC 1131 兼容的工程组 态(无任务!) ◆每个系统最 大 500 点 I/O,4 个过程站和4 个操作站; ◆ 到 I/O 机 架 的距离最大为 20英尺/6米 ◆低执行周期: 任务>100ms ◆ 只 有 以 MS 和 Excel 为 基 础的记录 ◆只能使用 ‘Dell’操作平 台,价格为 US$25000.00
分布式控制系统整体解决方案 工程自动建立 提供信号处理和控制的原始算法 立体矢量图形 统一网络时间和独创的管理工作站图表数据回放技术 统一工具为操作站和控制器编程 充分利用网络接口、WEB、GSM技术 是集SCADA/HML和SoftLogic于一体的工业自动化现 场总线控制系统
FCS-的体系构成
Honeywell PlantScape ◆非单一组 态工具 ◆非单一项 目文件修改 控制困难 ◆非系统范 围 文 档 &XRefs ◆低执行周 期 : 任 务 >50ms ◆价格从 35000.00美 元起
Foxboro Micro I/A ◆ 无 IEC 1131 标准兼 容的工程设 计 ◆低执行周 期 : 任 务 >100ms ◆ 非 工 业 PCMCIA 设 计 ◆无直接接 口到‘I/A Series Nodebus’(必 须以WinNT PC机为网关)
TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI, OPC, DCOM, DDE/NetDDE, SQL/ODBC
工艺流程自动化控制系统
PLCDCSFCS都是什么
P1C、DCS、FCS都是什么P1C、DCS>FCS都是什么控制类产品名目繁多，各家叫法不一。
通常使用的控制类产品包括DCS、P1C两大类。
我们又将DCS的概念拓展到FCS0DCS(DiStribUtedCOntOrISyStem),集散控制系统，又称分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
FCS(Fie1dBusContor1Syestem),现场总线控制系统。
它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。
P1C(Program1ogicContro1),可编程逻辑控制器。
FCS和DCS的详细对比FCS是由DCS与P1C发展而来，不仅具备DCS与P1C的特点，而且跨出了革命性的一步。
目前新型的DCS与新型的P1C,都有向对方靠拢的趋势。
新型的DCS己有很强的顺序控制功能；而新型的P1C,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P1C的适用范围，己有很大的交叉。
DCS系统的关键是通信。
也可以说数据总线是分散控制系统DCS的脊柱。
由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据总线自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。
数据总线的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。
通过数据总线的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。
为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据总线。
为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。
所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。
目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。
即心的U加桥笺2M与右七*。
现场总线控制系统的概念(FCS)概要
一、现场总线控制系统的概念（FCS）现场总线控制是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。
它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。
它是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的DCS系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。
为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。
使得不同制造商的产品可以互连，是DCS系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。
不同通信协议的现场总线控制系统一般通过工业PC机内总线插槽的PC接口板与现场总线网段连接。
图中所示为具有PC1接口卡的现场总线系统，每个接口板可带4条总线网段，为了系统可靠安全，冗余设置了两台相同的PC机。
图中PLC为用于联锁系统开关量控制的程序控制器。
二、现场总线控制系统的组成现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成，而通信部分的硬、软件是它最有特色的部分。
1、现场总线控制系统：它的软件是系统的重要组成部分，控制系统的软件有组态软件、维护软件、仿真软件、设备软件和监控软件等。
首先选择开发组态软件、控制操作人机接口软件MMI。
通过组态软件，完成功能块之间的连接，选定功能块参数，进行网络组态。
在网络运行过程中对系统实时采集数据、进行数据处理、计算。
优化控制及逻辑控制报警、监视、显示、报表等。
2、现场总线的测量系统：其特点为多变量高性能的测量，使测量仪表具有计算能力等更多功能，由于采用数字信号，具有高分辨率，准确性高、抗干扰、抗畸变能力强，同时还具有仪表设备的状态信息，可以对处理过程进行调整。
3、设备管理系统：可以提供设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息（包括智能仪表）、厂商提供的设备制造信息。
现场总线控制系统(FCS)之欧阳法创编
第一章现场总线控制系统（FCS）第一节概述现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统（DCS）后的新一代控制系统。
由于它适应了工业控制系统向数字化、分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统、可编程控制器（PLC）产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线技术被誉为跨世纪的自控新技术。
一、现场总线的发展随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线（Fieldbus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
1、什么是现场总线现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
它给自动化领域带来的变化，正如众多分散的计算机被网络连接在一起，使计算机的功能、作用发生的变化。
FCS现场总线控制系统
FCS系统美国陆军的未来战斗系统（Future Combat Systems—FCS),是由众多系统组成的跨军兵种联网系统。
在这个巨大的系统中，包含有18个独立的子系统。
在这18个独立的子系统中包括大量无人单位。
FCS:现场总线控制系统（Fieldbus Control System)计算机和网络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）在上世纪九十年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。
现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正越来越受到国内外自动化设备制造商与用户的关注。
现场总线控制系统的出现，将给自动化领域在过程控制系统上带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。
FCS可以说是第五代过程控制系统，是由PLC（Programmable Logic Controller）或DCS（Distributed Control System）发展而来的。
FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。
本文针对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点、性能和差异作一分析。
1 PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。
它们各自的基本特点如下：1.1 PLC（1）从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下往上的。
（2）逻辑控制、定时控制、计数控制、步进(顺序)控制、连续PID 控制、数据控制――PLC具有数据处理能力、通信和联网等多功能。
（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。
这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。
（5）PLC网络既可作为独立DCS/T DCS，也可作为DCS/T DCS的子系统。
第四讲-FCS组态(常规控制功能)
MAN：手动启动 AUT：自动启动 TIM：延时启动
其余各项的值按下图设置。
第五页，共102页。
一、FCS组态
全域开关
全域开关GS001～GS256 ，全域开关如果使用，必须进行扫描设置。 采取广播传输的方式传播。系统默认开关是关闭的。在下图的 Station Scan Transmission中定义全域开关是否能使用。
第六页，共102页。
1.2.2 报警信息
一、FCS组态
第七页，共102页。
一、FCS组态
报警信息： DCS系统提供的内部报警，不需接线。这种信息象系统或过程报警
信息一样，显示在“系统信息窗口”，报警信息必须要“触发”一下 才
可显示，这可以通过顺控表或仪表面板来触发。 可以定义的数据项如下： ➢显示的信息 ➢报警信息工位名 ➢仪表面板文字注释
◆MLD
◆MLD-PVI
◆MLD-SW
第四十八页，共102页。
MLD-SW模块构成
第四十九页，共102页。
四、常规功能块种类
4.4 信号设定功能块
◆RATIO
◆PG-L13
第五十页，共102页。
RATIO模块构成
第五十一页，共102页。
PG-L13模块构成
第五十二页，共102页。
四、常规功能块种类
第三十七页，共102页。
三、控制图组态
5. 键入元素名"%Z015101"。 6. 在画图面板上b点点击一下，一个PIO连接块出现。 一个元素 名字能被键入。 7. 键入元素名"%Z011101"。 8. 在画图面板上c点点击一下，一个PIO连接块出现。 一个元素 名字能被键入。 9. 键入元素名"%Z011102"。 10. 选择工具栏上的选择模式按钮，确认键入的元素名。 11. 在图画上点击一下。 功能块符号不再被选择。
第四章 现场总线控制系统(FCS)
第四章现场总线控制系统（FCS）第一节现场总线控制系统基础现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统，它是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的先进的计算机控制系统。
是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。
它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。
一、现场总线控制系统的特点根据IEC标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。
现场总线控制系统是在现场总线的基础上发展起来的，它所带来的改进首先体现在现场通信网络方面，其次在结构、装置、功能等方面也有优势。
概括地说，它具有以下技术特点：(1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。
现场总线是用于过程控制系统和制造自动化系统中现场设备或现场仪表间互连的数字化通信网络，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了控制系统的性能。
(2)FCS的现场总线网络是开放式互连网络。
用户可以自由集成不同制造商的通信网络，通过网络将不同厂商生产的现场设备和功能块设备有机地融合为一体，构成统一的现场总线控制系统。
(3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互连。
一对传输线互连多台现场设备，双向传输数据信息，大大减少连线数量，从而降低安装费用，更易于维护，并提高了可靠性。
(4)FCS普遍采用智能仪表，增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。
智能化的现场设备具有更加完善的功能，包括部分控制功能，从而将较简单的控制任务改由现场设备完成，使现场设备既有检测、变换功能，又有运算和控制功能，一机多用。
这样既节约了成本，又使控制更加安全和可靠。
FCS废除了DCS的I／O单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散到现场设备，实现了彻底的分散控制。
二、FCS与DCS的分析比较FCS系统利用现场总线技术，针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高了性能和通用性。
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——反馈部分
1
一：FCS的生成及常规属性： 1.1 FCS 生成及地址的定义：Domain; station 1.2 FCS 的数据库类型选取：详见下表 1.3 FCS公共项组态 1.3.1 Stndef 中启动方式定义 1.3.2 I/O 卡件定义及通道地址的命名参见 1.3.3 报警信息的定义（%AN） 1.3.4 内部开关的定义 （%SW） 1.3.5 操作指导信息的定义 (%OG)
010 else
011 CPV=A 012 end if
012 end
013 end if
014 end
17
RATIO模块构成
18
数据连接——过程I/O的连接
19
端子连接
两功能块的连接——OUT与SET
20
站间通讯——数据连接
1# 2#
21
站间通讯——端子连接
1#
2#
22
卡件地址分配（2）
003 if (RV1>1.48)then
004 005 else CPV=A+105
006 if(RV1<1.46)then
007 008 else CPV=A-105
007 else
008 if(TIC200<1.46)then 009 CPV=A-105
009 CPV=A
010 end if 011 end if
4
CENTUM VP 数据库类型——KFCS
5
6
7
8
9
10
PVI模块构成
11
PID模块构成
12
MLD-SW模块构成
13
SS-H/M/L模块构成
14
FOUT模块构成
15
CALCU模块构成
16
端子连接算式例
001 program 002 A=0.609*RV+2.1*RV1
直接取用算式例 001 program 002 alias TIC100 TIC100.PV 003 alias TIC200 TIC200.PV 004 A=0.609*TIC100+2.1*TIC200 005 if (TIC200>1.48)then 006 CPV=A+105
2
二：常规控制控能块的种类及内部功能说明
2.1 输入指示功能块：
2.2 调节功能块：例如：PID
例如：PVI
2.3 手操输出功能块例如：MLD-S5 信号分配功能块例如：FOUT
2.6 运算块例如：CALCU 2.7 比例仪表例如：RATIO
3
三：常规控制功能块连接的两种方式： 3.1 数据连接：详见图例 3.2 端子连接：详见图例 3.3站内通讯： 3.4站间通讯： 详见图例 四：上机练习
• ⑵ KFCS
•%Znnusmm
通道号（01~64） 一般为“1”，Fieldbus卡为 （1~4） 插槽号（1~8）
NODE号（01~10）
23
RATIO举例
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FOUT举例
25