Details about STAEFA CONTROL SYS NBRN NSFP NBRN
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通過使用現(xiàn)場總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場接線，用單個(gè)現(xiàn)場儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現(xiàn)場一級的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡化，并且維護(hù)十分簡便。
3.3 設(shè)計(jì)、投資及使用
比較的前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。為什么要做如此的假設(shè)。做為DCS系統(tǒng)發(fā)展到今天，開發(fā)初期提出的技術(shù)要求卻已滿足并得到了完善，目前的狀況是進(jìn)一步提高，因此也就不存在典型、理想的說法。而作為FCS系統(tǒng)，90年代剛進(jìn)入實(shí)用化，作為開發(fā)初期的技術(shù)要求：兼容開放，雙向數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場裝置、高速總線等，目前還不理想有待完善。這種狀態(tài)與現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的制定不能說沒有關(guān)系。過去的十多年，各總線組織都忙于制定標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)產(chǎn)品，占領(lǐng)更多的市場，目的就是要擠身于國際標(biāo)準(zhǔn)，合法的占領(lǐng)更大的市場�，F(xiàn)在有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的爭戰(zhàn)已告一段落，各大公司組織都已意識到，要真正占領(lǐng)市場，就得完善系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品。我們可以做這樣的預(yù)測，不久的將來，完善的現(xiàn)場總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必須成為世界現(xiàn)場總線技術(shù)的主流。
具體比較：
（1）DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。
（2）DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。
（3）DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，就免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
（4）FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的每秒2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，從而改善調(diào)節(jié)性能。
（5）DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯(cuò)的功能。FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(xiàn)場裝置（含變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS的這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS無法比擬的。
（6）FCS由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS相比可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時(shí)也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。有專家認(rèn)為可以省去60%。 過電壓表象在變頻器在調(diào)試與使用進(jìn)程中經(jīng)常會(huì)遇到。過電壓發(fā)作后，變頻器為了防止內(nèi)部電路損壞，其過電壓維護(hù)功用將動(dòng)作，使變頻器中止運(yùn)轉(zhuǎn)，致使設(shè)備無法正常作業(yè)。因而必須采納辦法消除過電壓，防止毛病的發(fā)作。因?yàn)樽冾l器與電機(jī)的使用場合不一樣，發(fā)作過電壓的緣由也不相同，所以應(yīng)根據(jù)具體狀況采納相應(yīng)的對策。
一、過電壓的發(fā)作與再生制動(dòng)
所謂變頻器的過電壓，是指因?yàn)榉N種緣由形成的變頻器電壓超越額外電壓，會(huì)集表如今變頻器直流母線的直流電壓上。正常作業(yè)時(shí)，變頻器直流部電壓為三相全波整流后的均勻值。若以380V線電壓計(jì)算，則均勻直流電壓Ud=1.35U線=513V。
在過電壓發(fā)作時(shí)，直流母線上的儲能電容將被充電，當(dāng)電壓上升至700V擺布時(shí)，（因機(jī)型而異）變頻器過電壓維護(hù)動(dòng)作。形成過電壓的緣由首要有兩種：電源過電壓和再生過電壓。電源過電壓是指因電源電壓過高而使直流母線電壓超越額外值。而如今大多數(shù)變頻器的輸入電壓最高可達(dá)460V，因而，電源導(dǎo)致的過電壓極為罕見。
這篇文章首要評論的問題是再生過電壓。發(fā)作再生過電壓首要有以下緣由：當(dāng)大GD2（飛輪力矩）負(fù)載減速時(shí)變頻器減速時(shí)間設(shè)定過短；電機(jī)受外力影響（風(fēng)機(jī)、牽伸機(jī)）或位能負(fù)載（電梯、起重機(jī)）下放。因?yàn)檫@些緣由，使電機(jī)實(shí)踐轉(zhuǎn)速高于變頻器的指令轉(zhuǎn)速，也即是說，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超越了同步轉(zhuǎn)速，這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為負(fù)，轉(zhuǎn)子繞組切開旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動(dòng)機(jī)狀況時(shí)相反，其發(fā)作的電磁轉(zhuǎn)矩為阻止旋轉(zhuǎn)方向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以電動(dòng)機(jī)實(shí)踐上處于發(fā)電狀況，負(fù)載的動(dòng)能被“再生”變成電能。
再生能量經(jīng)逆變部續(xù)流二極管對變頻器直流儲能電容器充電，使直流母線電壓上升，這即是再生過電壓。因再生過電壓的進(jìn)程中發(fā)作的轉(zhuǎn)矩與原轉(zhuǎn)矩相反，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因而再生過電壓的進(jìn)程也即是再生制動(dòng)的進(jìn)程。換句話說，消除了再生能量，也就提高了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。假如再生能量不大，因變頻器與電機(jī)本身具有20%的再生制動(dòng)才能，這有些電能將被變頻器及電機(jī)耗費(fèi)掉。若這有些能量超越了變頻器與電機(jī)的耗費(fèi)才能，直流回路的電容將被過充電，變頻器的過電壓維護(hù)功用動(dòng)作，使運(yùn)轉(zhuǎn)中止。為防止這種狀況的發(fā)作，必須將這有些能量及時(shí)的處理掉，一起也提高了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這即是再生制動(dòng)的意圖。
?系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置
數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)，道理很簡單，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。如果現(xiàn)場裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)的通訊規(guī)約，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。再一點(diǎn)，現(xiàn)場總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。如果現(xiàn)場裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不存在了，所謂簡化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì)、利于維護(hù)等優(yōu)越性也是虛的。
(3) FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化
對于一個(gè)控制系統(tǒng)，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息�，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理，減少現(xiàn)場與控制機(jī)房之間的信息往返�？梢哉f現(xiàn)場總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。
減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常�？蓭砀纳葡到y(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的好處。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點(diǎn)，放在同一條支路里。
減少信息往返與減少系統(tǒng)的線纜有時(shí)會(huì)相互矛盾。這時(shí)仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來做選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許的話，應(yīng)選節(jié)省線纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊張，稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?
現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì)稍有差別，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀存在的。選用哪一個(gè)現(xiàn)場儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。
考慮這個(gè)問題的原則是：盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺儀表上的功能塊�；救蝿�(wù)是：本質(zhì)（本征）安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境。
（2）全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。
（3）用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺儀器兩根線。
（4）在總線上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。
（5）多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng)。
（6）是互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。
（7）用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。
（8）由現(xiàn)場電腦操縱，還可掛到上位機(jī)，接同一總線的上一級計(jì)算機(jī)。
（9）局域網(wǎng)，再可與internet相通。
（10）改變傳統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng)。
（11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、歐 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
（12）3類FCS的典型
1）連續(xù)的工藝過程自動(dòng)控制如石油化工，其中“本安防爆”技術(shù)是絕對重要的，典型產(chǎn)品是FF、World FIP、Profibus—PA；
2）分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制如汽車制造機(jī)器人、汽車，典型產(chǎn)品是Profibus—DP、CANbus；
3）多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化，典型產(chǎn)品是LON Work、Profibus—FMS。
從上述基本要點(diǎn)的描述中，我們是否注意到一點(diǎn)，用于過程控制的三大系統(tǒng)，沒有一個(gè)是針對電站而開發(fā)的，或者說，在他們開發(fā)的初期，都并非以電站做系統(tǒng)的首選控制對象。而在這些系統(tǒng)的使用說明中也絕不把電站做為首選適用范圍，有的在適用范圍中根本就不提電站�，F(xiàn)在奇怪的是，這三大控制系統(tǒng)，尤其是DCS、PLC，都在電站得到了廣泛應(yīng)用，而且效果也非常好。
3．三大控制系統(tǒng)之間的差異
我們已經(jīng)知道，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ?攏的趨勢。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交*。下一節(jié)就僅以DCS與FCS進(jìn)行比較。在前面的章節(jié)中，實(shí)際上已涉及到DCS與FCS的差異，下面將就體系結(jié)構(gòu)、投資、設(shè)計(jì)、使用等方面進(jìn)行敘述。
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