史逸雪（整理）

　　1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）利用現(xiàn)場總線作為工業(yè)控制系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，以滿足工業(yè)現(xiàn)場中，控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和測量設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點數(shù)字通信的需求，具有可拓展性強、組網(wǎng)靈活的特點。同時，采用現(xiàn)場總線思想搭建的FCS還利于現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化、信息化和智能化發(fā)展，整個系統(tǒng)的功能分散在處于不同位置的設(shè)備中[1]。在某些領(lǐng)域中，原本采用可編程邏輯控制器（PLC）搭建的工業(yè)控制系統(tǒng)演變成了FCS。同時，在另一些領(lǐng)域中，原本所采用的集散控制系統(tǒng)（DCS）隨著技術(shù)的發(fā)展也逐步過渡到FCS。因此，F(xiàn)CS來源于DCS和PLC，但又與它們存在著本質(zhì)的區(qū)別[1]。在當前工業(yè)過程控制中也主要應(yīng)用這三大控制系統(tǒng)。

　　可編程控制器(Programmable Logic Controller)是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字式或模擬式輸入/輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC最初是為了取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)而開發(fā)的,它最適合在以開關(guān)量為主的系統(tǒng)中使用。計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，使得大型PLC的功能極大地增強,以至于它后來能完成DCS的功能。另外加上它在價格上的優(yōu)勢,所以在許多過程控制系統(tǒng)中PLC也得到了廣泛的應(yīng)用[2]。

　　集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)也稱為分布式控制系統(tǒng)，它把控制技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及通信技術(shù)結(jié)合起來,實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)視、控制和管理。它既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限,又較好的解決了早期計算機系統(tǒng)對于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險性。它主要用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制系統(tǒng)中, 如石化、電力等[3]。

　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）是由現(xiàn)場總線技術(shù)和產(chǎn)品組成的新型控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)通過數(shù)字化、雙向、多站的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，將總線控制系統(tǒng)與現(xiàn)場的智能化總線設(shè)備連接起來，可以使整個工藝流程的自動化效率得到飛躍的提升，同時可降低整個工程生命周期各方面的綜合成本[4]?，F(xiàn)場總線的標準較多，有將近20種， 現(xiàn)階段市場比較常見的現(xiàn)場總線有HART現(xiàn)場總線、Modbus現(xiàn)場總線、FF現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線、LonWorks總線和PROFIBUS現(xiàn)場總線等?？梢哉f，F(xiàn)CS兼?zhèn)淞薉CS與PLC的特點，而且跨出了革命性的一步。

　　FCS 的主要技術(shù)特點如下：

　?。?）通信協(xié)議一致公開?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)具有開放性、標準性和一致性的特點，不同供應(yīng)商的不同種類設(shè)備只要支持相同的通信協(xié)議即可通過現(xiàn)場總線組合在一起形成基于網(wǎng)絡(luò)的過程控制系統(tǒng)；

　?。?）互可操作性和互換性。互可操作性是處于總線上的所有設(shè)備間能夠完成信息的交互。 而互換性指的是來自不同供應(yīng)商的類似設(shè)備如支持同樣的總線協(xié)議可直接互換；

　?。?）具備功能自治性，系統(tǒng)將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中進行，現(xiàn)場設(shè)備可以獨立完成過程控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)；

　?。?）相比于采用集散結(jié)合的DCS系統(tǒng)，F(xiàn)CS采用全分布式的架構(gòu)，大大簡化了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性[1]；

　　2智能儀表

　　現(xiàn)場智能儀表，如智能化的傳感器、變送器、執(zhí)行器等器件是實現(xiàn)FCS的基礎(chǔ)。智能儀表以微處理器為主體，結(jié)合計算機技術(shù)和測量技術(shù)，可彌補傳統(tǒng)模擬儀表由于硬件本身的缺陷造成的低精度和低可靠性等問題，通過數(shù)字信號傳遞測量信息，將數(shù)字化延伸至現(xiàn)場層。

　　智能儀表結(jié)構(gòu)上分為硬件和軟件兩大部分。智能儀表的硬件結(jié)構(gòu)主要包括微處理器、輸入/輸出接口、人機接口和通信接口。微處理器用于接收和處理外部的輸入信息，并將處理結(jié)果以不同的方式輸出。同時負責對智能儀表各部分的運行進行調(diào)度和監(jiān)控。輸入/輸出接口電路主要實現(xiàn)測量信號的傳輸和數(shù)字化轉(zhuǎn)換以及開關(guān)量的輸入、輸出等功能。人機接口電路主要實現(xiàn)使用者和儀表間的信息交流功能。通信接口電路將儀表的測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息傳輸各上位機或其他儀表系統(tǒng)，以便進行信息共享、數(shù)據(jù)分析和處理。

　　智能儀表的軟件部分主要包括監(jiān)控程序和功能執(zhí)行程序兩大部分。監(jiān)控程序是專門用來協(xié)調(diào)各個功能執(zhí)行模塊和操作者關(guān)系的程序，是智能儀表軟件運行的主線，在智能儀表的程序系統(tǒng)中充當組織調(diào)度的角 色。功能執(zhí)行程序由實現(xiàn)各種儀表的實質(zhì)性功能的軟件模塊組成，如初始化、自檢、時鐘、 測量、數(shù)據(jù)處理、控制決策、人機交互、信號輸出和通信等。

　　3.FCS在核動力儀控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　與一般工業(yè)領(lǐng)域的儀控系統(tǒng)相比，核動力儀控系統(tǒng)特別顯著的特點是其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足相關(guān)核工業(yè)標準和法規(guī)要求，與此同時還應(yīng)該滿足核工業(yè)安全性、可用率、可靠性等方面的要求。

　　目前在核電廠以及其他核動力裝置中，智能儀表應(yīng)用較少，且部分使用智能儀表的場合也僅僅是替代模擬儀表，只利用了智能儀表的高精度特性，未充分利用智能儀表的其他優(yōu)勢，如通過數(shù)字化信號進行儀表和控制系統(tǒng)的雙向交流，儀表自診斷等功能。由于核動力裝置對儀表設(shè)備的特殊需求，還需考慮儀表的抗輻照性能。目前，由于智能儀表微處理器部分對輻照較為敏感，所以在輻照量較高的應(yīng)用場所，為充分保證儀控系統(tǒng)的安全可靠，仍需要使用模擬儀表。大部分采用以DCS為基礎(chǔ)，擴展現(xiàn)場總線接口的方式實現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。在DCS的控制器上掛接現(xiàn)場總線接口卡件，通過接口卡件擴展出多條總線網(wǎng)段，然后經(jīng)現(xiàn)場總線與現(xiàn)場智能儀表相連。同時控制器可通過I/O接口與模擬儀表連接。

　　隨著FCS 在工業(yè)領(lǐng)域中的不斷應(yīng)用，其相比于傳統(tǒng)PLC、DCS具有很多優(yōu)勢外，也給儀控系統(tǒng)設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)。針對核動力設(shè)施的特殊需求，在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上充分融合 FCS的技術(shù)特點，實現(xiàn)儀控系統(tǒng)的智能化、小型化，亦是未來核動力裝置儀控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢[5]。

　　[1]張曉敏.FCS在核電站儀控系統(tǒng)中的應(yīng)用淺析統(tǒng)[J].科技視界，2021（23）：62- 65.

　　[2]李曉.淺析PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)[J].科技論壇，2005（1）：158- 159.

　　[3]崔起明. PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)基本特點與差異[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2013（03）：91- 93.

　　[4]崔家政.現(xiàn)場總線在數(shù)字化電廠中的應(yīng)用[J].電子技術(shù),2021,50(05):180-181.

　　[5]王雪梅.智能儀表在核動力裝置中的應(yīng)用[J].科技視界, 2019(06):58-60.