由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接,信号变化缓慢,提高计算速度与精度的开销、难度都较大,信号传输的抗干扰能力也较差,因此人们开始寻求用数字信号取代模拟信号,从而出现了直接数字控制。由于当时数字计算机的技术尚不发达,计算机价格昂贵,人们企图用一台计算机取代尽可能多的控制室仪表,于是出现了集中式数字控制系统。但当时计算机的可靠性还较差,一旦计算机出现某种故障,就会造成所有相关控制回路瘫痪,生产停产的严重局面,这种危险集中的系统结构很难为企业所接受。
随着计算机可靠性的提高,价格的大幅度下降,出现了数字调节器、可编程控制器PLC以及由多个计算机递阶构成的集中与分散相结合的集散控制系统。这就是今天正在被许多企业采用的DCS系统。在DCS系统中,测量变送仪表一般为模拟仪表,因而它是一种模拟数字混合系统。这种系统在功能、性能上较模拟仪表、集中式数字控制系统有了很大进步,可在此基础上实现装置级、车间级的优化控制。但是在DCS系统形成的过程中,由于受计算机系统早期存在的系统封闭的缺陷影响,各厂家的产品自成系统,不同厂家的设备不能互连在一起,所以难以实现互换与互操作,组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。
控制网络则突破了DCS系统中因专用网络的封闭造成的缺陷,采用开放化、标准化的解决方案,把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备连接成控制网络,组合成各类控制系统,实现综合自动化的各种功能。这就是新型的网络集成式控制系统。它改变了DCS系统中模拟、数字信号混合,一个简单控制系统的信号传递需历经从现场到控制室,再从控制室到现场的往返专线传递过程。由于控制网络中的作为节点的现场仪表具备通信与数字计算能力,依靠几个位于生产现场的控制设备之间的数据通信便可支持多种控制功能,因而这种在控制网络支持下完全在生产现场形成的控制系统结构,又称为全分布式控制系统。
应该指出的是,在发展日新月异的时代,控制系统的结构形式也不是一成不变的。现场总线技术的出现与发展,对DCS系统造成了强大的影响与冲击,一些DCS制造商正在改变DCS的结构,使它朝着开放、兼容的方向前进。
1.2.2 网络集成式控制系统的特点
首先,控制网络改变了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的设备连线,按控制回路的信号传递需要连线。位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间,控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。
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