如图1所示,FCS打破了传统DCS(集散控制系统)的结构形式。DCS中位于现场的设备与位于控制室的之间均为一对一的物理连接。FCS采用了智能设备,把原DCS中处于控制室的控制模块、输入/输出模块置于现场设备中,加上现场设备具有通信能力,现场设备之间可直接传送信号,因而控制系统的功能可不依赖于控制室里的计算机或,直接在现场完成,实现了彻底的分散控制。另外,由于FCS采用数字信号代替模拟信号,可以实现一对电线上传输多个信号,同时又为多个设备供电。这为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。表1详细说明了FCS与DCS的对比。
(1)系统的开放性 现场总线致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。用户可根据自己的需要,通过现场总线把来自不同厂商的产品组成大小随意的开放互连系统。
(2)互操作性与互用性 互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通;而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。
(3)现场设备的智能化与功能自治性 它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成,仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能,并可随时诊断设备的运行状态。
(4)系统结构的高度分散性 现场总线构成一种新的全分散式控制系统的体系结构,从根本上改变了集中与分散相结合的DCS体系,简化了系统结构,提高了可靠性。
(5)对现场环境的适应性 现场总线是专为现场环境而设计的,支持各种通信介质,具有较强的抗干扰能力,能采用两线制实现供电与通信,并可满足本质安全防爆要求等。
由于现场总线系统结构的简化,使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护,都体现出优越性。现场总线)节省硬件数量与投资 由于分散在现场的智能设备能直接执行多种传感、测量、控制、报警和计算功能,因而可减少变送器的数量,不再需要单独的调节器、计算单元等,也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接线,还可以用工控PC机作为操作站,从而节省了一大笔硬件投资,并可减少控制室的占地面积。
(2)节省安装费用 现场总线系统的接线十分简单,一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备,因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少,连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时,无需增设新的电缆,可就近连接在原有的电缆上,既节省了投资,又减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明,可节约安装费用60%以上。
(3)节省维护开销 现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力,并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室,用户可以查询所有设备的运行,诊断维护信息,以便早期分析故障原因并快速排除,缩短了维护停工时间,同时由于系统结构简化,连线简单而减少了维护工作量。
(4)用户具有高度的系统集成主动权 用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而限制了使用设备的选择范围,不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展,使系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。
(5)提高了系统的准确性与可靠性 现场设备的智能化、数字化,与模拟信号相比,从根本上提高了测量与控制的精确度,减少了传送误差。简化的系统结构,设备与连线减少,现场设备内部功能加强,减少了信号的往返传输,提高了系统的工作可靠性。