淺析FCS在工控領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

劉洪波

摘? ?要：FCS是繼DCS后在工控領(lǐng)域中產(chǎn)生的又一款優(yōu)秀的控制系統(tǒng)，隨著科技進(jìn)步FCS在工控領(lǐng)域中的研發(fā)工作正在伴隨著市場的需求不斷深入，F(xiàn)CS技術(shù)得到了進(jìn)一步的提升。本文就目前FCS技術(shù)在工控領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中還存在著哪些不足以及自身擁有的優(yōu)勢，尤其是在應(yīng)用和發(fā)展方面進(jìn)行簡要分析，從中找出一條適合FCS技術(shù)發(fā)展的方向，達(dá)到FCS能夠在工控領(lǐng)域得到廣泛推廣和普及應(yīng)用之目的。

關(guān)鍵詞：FCS? 工控領(lǐng)域? 應(yīng)用? 發(fā)展

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）12（a）-0098-02

工業(yè)市場對控制系統(tǒng)的需求越來越苛刻，目前的PLC和DCS顯然不能滿足這一需求。尤其是工控領(lǐng)域內(nèi)針對石油化工行業(yè)對控制系統(tǒng)提出的特殊需求的背景下，出現(xiàn)了被稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的新一代控制系統(tǒng)即FCS。為了充分利用現(xiàn)場儀表的智能化特性，工控領(lǐng)域的科技工作者研發(fā)出了FCS，它的數(shù)字通訊技術(shù)完全替代了DCS系統(tǒng)4～20mA模擬量的傳輸技術(shù)。隨著FCS技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，該技術(shù)朝著與現(xiàn)場智能化設(shè)備管理控制一體化的方向發(fā)展，這將勢必引發(fā)FCS在工控領(lǐng)域內(nèi)一場轟動的工業(yè)控制系統(tǒng)的革命。

1? FCS簡介

FCS是英文詞組Fieldbus Control System的縮寫，是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的意思。FCS充分吸取了當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、PLC技術(shù)和DCS技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的核心，在PLC和DCS不能進(jìn)一步滿足工控領(lǐng)域市場需求的背景下，F(xiàn)CS以其獨特的控制方式出現(xiàn)在工控領(lǐng)域，使廣大的工控領(lǐng)域業(yè)內(nèi)人士眼前一亮，看到了FCS未來的美好發(fā)展前景，對FCS充滿了希望。FCS初衷的設(shè)計理念是依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場智能設(shè)備的特點，與中控室上位機(jī)進(jìn)行物理上的連接，繼而形成一套完整的控制系統(tǒng)。FCS一經(jīng)出現(xiàn)在工控領(lǐng)域便充分展示了其獨有的魅力特點，屬于自動化生產(chǎn)過程中極其重要的控制系統(tǒng)，其獨特的功能表現(xiàn)在風(fēng)險全分散性、系統(tǒng)全放開性、可操作性、智能儀表數(shù)字化連接、網(wǎng)絡(luò)全數(shù)字化全雙工通信等技術(shù)特點，這些先進(jìn)的技術(shù)是目前PLC和DCS望塵莫及的。特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，在計算機(jī)局域網(wǎng)范疇FCS充分融進(jìn)了數(shù)字式互連網(wǎng)絡(luò)和高網(wǎng)絡(luò)功能等技術(shù)特點，包括網(wǎng)絡(luò)通訊的實時性和可靠性，而開放性尤為重要，這些成績標(biāo)志著FCS技術(shù)在工控領(lǐng)域中迎來了新的發(fā)展機(jī)遇，開創(chuàng)了新一輪的技術(shù)革新，引領(lǐng)了工控領(lǐng)域自動化控制系統(tǒng)新的發(fā)展方向，同時這場技術(shù)進(jìn)步對工業(yè)社會各個領(lǐng)域產(chǎn)生了很大的影響。

2? FCS在工控化領(lǐng)域中的優(yōu)勢

2.1 增強(qiáng)了現(xiàn)場信息的集成能力

在工控領(lǐng)域FCS完全展示了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，它的應(yīng)用和大力推廣，提高了工控領(lǐng)域在現(xiàn)場對被控對象的控制和協(xié)調(diào)能力，特別是用戶能夠通過現(xiàn)場的總線從被控智能設(shè)備中獲得大量極具有價值的數(shù)據(jù)信息。FCS采集到的這些數(shù)據(jù)信息就能夠完全滿足當(dāng)今大規(guī)模、工藝過程復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)自動化的需求，而且這也為計算機(jī)集成制造系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理和轉(zhuǎn)換等提供極大的便利條件。工控領(lǐng)域中現(xiàn)場總線的種類很多，均為數(shù)字化通訊的網(wǎng)絡(luò)模式。

2.2 FCS具有開放性、互換性、可操作性等優(yōu)勢

FCS跟DCS的區(qū)別之一，就是它通訊協(xié)議的對外開放性，其結(jié)果是有利于不同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，彼此能夠建立起通訊機(jī)制。由于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的設(shè)備都具有相同標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議，這樣不同現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備就具有了互換性和可操作性的特點，從而減少了用戶的備品備件，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)成本。只有統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)才是開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)必備的技術(shù)條件[1]。通過進(jìn)一步的完善使得FCS在工控領(lǐng)域的各個方面都更具優(yōu)勢。

2.3 FCS具有可靠性高和可維護(hù)性好的特點

可靠性高和可維護(hù)性好是工控領(lǐng)域中控制系統(tǒng)追求的目標(biāo)，而這兩個方面的技術(shù)特點正是FCS具有的重要優(yōu)勢。特別是目前的現(xiàn)場總線當(dāng)中，其工控領(lǐng)域內(nèi)的SCADA系統(tǒng)大多數(shù)都是采用總線連接的模式進(jìn)行監(jiān)控，少部分也有利用簡單的I/O方式連接而成的系統(tǒng)。這些連接模式對于工控領(lǐng)域中的某些規(guī)模較大的系統(tǒng)來說，這個控制系統(tǒng)就存在著非常多的不可靠因素，而且系統(tǒng)中的很多接線點在有些情況下經(jīng)常會受到人為和環(huán)境等惡劣因素的嚴(yán)重影響，這就使得整個系統(tǒng)存在著安全隱患，甚至?xí)谙到y(tǒng)運行過程中因此而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。所以要確保整個系統(tǒng)能夠安全地運行，系統(tǒng)就要實時地對現(xiàn)場所有的被控設(shè)備進(jìn)行不停地檢測和診斷，而且這種診斷的方式必須是在線的模式。當(dāng)系統(tǒng)在線檢測并診斷到故障后立刻上報，同時系統(tǒng)會將發(fā)生故障的按照類型和分區(qū)記錄。這樣做的目的是提高了系統(tǒng)的安全可靠性。另外，系統(tǒng)在對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控期間，所有現(xiàn)場設(shè)備的控制參數(shù)都是預(yù)先設(shè)置好的，如果系統(tǒng)檢測到故障，馬上在線進(jìn)行修改參數(shù)值，充分體現(xiàn)了FCS可維護(hù)性的特點。

3? FCS存在的不足

在工控領(lǐng)域中由于FCS是新生事物，因此它必然在某些方面存在著不足，不能滿足工控領(lǐng)域內(nèi)各行各業(yè)對控制系統(tǒng)的所有需求。而且FCS目前還處于探索和發(fā)展的初級階段，故FCS在控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等方面還存在一定的不足，其仍然需要不斷發(fā)展和完善。

當(dāng)前FCS在工控領(lǐng)域應(yīng)用過程中，雖然其能夠?qū)I(yè)控制起到很好的幫助作用，然而，其網(wǎng)絡(luò)通訊安全問題一直是業(yè)內(nèi)人士心中打不開的死結(jié)。特別是FCS在運行過程中只有一條總線在進(jìn)行通訊工作，假如總線由于某種原因出現(xiàn)異常，那么整個控制系統(tǒng)就會出現(xiàn)致命的故障，就會給企業(yè)帶來巨大的損失。

目前工控領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)場總線類型和工作標(biāo)準(zhǔn)較多，它們采用的通信協(xié)議完全不同，因此要實現(xiàn)這些總線的兼容和互操作十分困難，特別是現(xiàn)場仍然需要大量的自控設(shè)備，然而，利用不同模式的總線才能將這些自控設(shè)備連接起來。但是，目前工控領(lǐng)域還沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)對這些自控設(shè)備進(jìn)行規(guī)范和約束，因此設(shè)備之間的互換就行不通。眾多總線標(biāo)準(zhǔn)的并存，這就導(dǎo)致了現(xiàn)場總線技術(shù)不易廣泛應(yīng)用。

FCS中使用的各種設(shè)備的價格都非常昂貴，增加了工控領(lǐng)域控制系統(tǒng)的投資成本，這也是目前很多企業(yè)不采用FCS的原因之一。

4? FCS在工控領(lǐng)域中的應(yīng)用

FCS技術(shù)從開始在工控領(lǐng)域內(nèi)推廣，尤其是在石油化工行業(yè)應(yīng)用之后，其逐步在世界工業(yè)大范圍得到應(yīng)用和推廣。FCS技術(shù)經(jīng)過實踐證明，現(xiàn)場總線模式為工控領(lǐng)域控制系統(tǒng)帶來很多益處。尤其是在環(huán)境惡劣的場所，F(xiàn)CS充分發(fā)揮了其獨有的抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸快且準(zhǔn)確無誤等技術(shù)特點。在工控領(lǐng)域的自動化控制系統(tǒng)模式當(dāng)中，控制系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了極大的變化，其中在網(wǎng)絡(luò)信號傳輸條件下，傳送聯(lián)絡(luò)特征是這些變化當(dāng)中最為突顯的一個特征。這一個特征能夠利用單個節(jié)點為基礎(chǔ)，積極實現(xiàn)自動化功能形式[2]。

5? 結(jié)語

FCS在工控領(lǐng)域?qū)儆谛滦脱邪l(fā)的一種自動化控制系統(tǒng)模式，與其它控制系統(tǒng)模式相比較FCS具備了更加強(qiáng)大的控制功能。這種功能完全適應(yīng)工控領(lǐng)域自動化控制系統(tǒng)發(fā)展的需求，特別是FCS具有的分散化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型等技術(shù)特點，的確為工控領(lǐng)域自動化控制系統(tǒng)發(fā)展注入了強(qiáng)大的動力。科技在進(jìn)步，隨著FCS技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展，總有一天FCS定會取代或者與DCS技術(shù)相融合，F(xiàn)CS必定會成為未來工控領(lǐng)域控制系統(tǒng)中的中流砥柱。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉菁.現(xiàn)場總線在FCS系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展[J].港口裝卸，2004（5）：24-26.

[2] 陳勁松.FCS在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（3）：140.