科遠股票走勢,科遠股票走勢圖
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什么是DCS,它的發(fā)展史是怎樣的?
DCS是分布式控制系統的英文縮寫(xiě)(Distributed Control System),在國內自控行業(yè)又稱(chēng)之為集散控制系統。是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統,它是在集中式控制系統的基礎上發(fā)展、演變而來(lái)的。
它是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統,綜合了計算機,通信、顯示和控制等4C技術(shù),其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。在特殊控制領(lǐng)域,如核電站控制系統,DCS的含義被誤叫做數字化控制系統(Digital control system),其實(shí)質(zhì)仍為分布式操作系統。概 述首先,DCS的骨架—系統網(wǎng)絡(luò ),它是DCS的基礎和核心。由于網(wǎng)絡(luò )對于DCS整個(gè)系統的實(shí)時(shí)性、可靠性和擴充性,起著(zhù)決定性的作用,因此各廠(chǎng)家都在這方面進(jìn)行了精心的設計。對于DCS的系統網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō),它必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性的要求,即在確定的時(shí)間限度內完成信息的傳送。這里所說(shuō)的“確定”的時(shí)間限度,是指在無(wú)論何種情況下,信息傳送都能在這個(gè)時(shí)間限度內完成,而這個(gè)時(shí)間限度則是根據被控制過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求確定的。因此,衡量系統網(wǎng)絡(luò )性能的指標并不是網(wǎng)絡(luò )的速率DCS,即通常所說(shuō)的每秒比特數(bps),而是系統網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性,即能在多長(cháng)的時(shí)間內確保所需信息的傳輸完成。系統網(wǎng)絡(luò )還必須非??煽?,無(wú)論在任何情況下,網(wǎng)絡(luò )通信都不能中斷,因此多數廠(chǎng)家的DCS均采用雙總線(xiàn)、環(huán)形或雙重星形的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。為了滿(mǎn)足系統擴充性的要求,系統網(wǎng)絡(luò )上可接入的最大節點(diǎn)數量應比實(shí)際使用的節點(diǎn)數量大若干倍。這樣,一方面可以隨時(shí)增加新的節點(diǎn),另一方面也可以使系統網(wǎng)絡(luò )運行于較輕的通信負荷狀態(tài),以確保系統的實(shí)時(shí)性和可靠性。在系統實(shí)際運行過(guò)程中,各個(gè)節點(diǎn)的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時(shí)可能發(fā)生的,特別是操作員站,這樣,網(wǎng)絡(luò )重構會(huì )經(jīng)常進(jìn)行,而這種操作絕對不能影響系統的正常運行,因此,系統網(wǎng)絡(luò )應該具有很強在線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )重構功能。其次,這是一種完全對現場(chǎng)I/O處理并實(shí)現直接數字控制(DDC)功能的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。一般一套DCS中要設置現場(chǎng)I/O控制站,用以分擔整個(gè)系統的I/O和控制功能。這樣既可以避免由于一個(gè)站點(diǎn)失效造成整個(gè)系統的失效,提高系統可靠性,也可以使各站點(diǎn)分擔數據采集和控制功能,有利于提高整個(gè)系統的性能。DCS的操作員站是處理一切與運行操作有關(guān)的人機界面(HMI-Human Machine Interface或operator interface)功能的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。工程師站是對DCS進(jìn)行離線(xiàn)的配置、組態(tài)工作和在線(xiàn)的系統監督、控制、維護的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn),其主要功能是提供對DCS進(jìn)行組態(tài),配置工作的工具軟件(即組態(tài)軟件),并在DCS在線(xiàn)運行時(shí)實(shí)時(shí)地監視DCS網(wǎng)絡(luò )上各個(gè)節點(diǎn)的運行情況,使系統工程師可以通過(guò)工程師站及時(shí)調整系統配置及一些系統參數的設定,使DCS隨時(shí)處在最佳的工作狀態(tài)之下。與集中式控制系統不同,所有的DCS都要求有系統組態(tài)功能,可以說(shuō),沒(méi)有系統組態(tài)功能的系統就不能稱(chēng)其為DCS。DCS自1975年問(wèn)世以來(lái),已經(jīng)經(jīng)歷了四十多年的發(fā)展歷程。在這四十多年中,DCS雖然在系統的體系結構上沒(méi)有發(fā)生重大改變,但是經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展和完善,其功能和性能都得到了巨大的提高??偟膩?lái)說(shuō),DCS正在向著(zhù)更加開(kāi)放,更加標準化,更加產(chǎn)品化的方向發(fā)展。作為生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域的計算機控制系統,傳統的DCS僅僅是一個(gè)狹義的概念。如果以為DCS只是生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化系統,那就會(huì )引出錯誤的結論,因為現在的計算機控制系統的含義已被大大擴展了,它不僅包括過(guò)去DCS中所包含的各種內容,還向下深入到了現場(chǎng)的每臺測量設備、執行機構,向上發(fā)展到了生產(chǎn)管理,企業(yè)經(jīng)營(yíng)的方方面面。傳統意義上的DCS現在僅僅是指生產(chǎn)過(guò)程控制這一部分的自動(dòng)化,而工業(yè)自動(dòng)化系統的概念,則應定位到企業(yè)全面解決方案,即total solution的層次。只有從這個(gè)角度上提出問(wèn)題并解決問(wèn)題,才能使計算機自動(dòng)化真正起到其應有的作用。DCSDCS具有以下特點(diǎn):1. 高可靠性。由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實(shí)現,系統結構采用容錯設計,因此某一臺計算機出現的故障不會(huì )導致系統其他功能的喪失。此外,由于系統中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一,可以針對需要實(shí)現的功能采用具有特定結構和軟件的專(zhuān)用計算機,從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。2. 開(kāi)放性。DCS采用開(kāi)放式,標準化、模塊化和系列化設計,系統中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信,實(shí)現信息傳輸,當需要改變或擴充系統功能時(shí),可將新增計算機方便地連入系統通信網(wǎng)絡(luò )或從網(wǎng)絡(luò )中卸下,幾乎不影響系統其他計算機的工作。形態(tài)組成DCS是分布式控制系統的英文縮寫(xiě)(Distributed Control System),在國內自控行業(yè)又稱(chēng)之為集散控制系統。它是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統,綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù),其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。發(fā)展歷史第一階段1975-1980年,在這個(gè)時(shí)期集散控制系統的技術(shù)特點(diǎn)表現為:DCS1)采用微處理器為基礎的控制單元,實(shí)現分散控制,有各種各樣的算法,通過(guò)組態(tài)獨立完成回路控制,具有自診斷功能2)采用帶CRT顯示器的操作站與過(guò)程單元分離,實(shí)現集中監視,集中操作3)采用較先進(jìn)的冗余通信系統第二階段1980—1985.,在這個(gè)時(shí)期集散控制系統的技術(shù)特點(diǎn)表現為:1)微處理器的位數提高,CRT顯示器的分辨率提高2)強化的模塊化系統3)強化了系統信息管理,加強通信功能第三階段1985年以后,集散系統進(jìn)入第三代,其技術(shù)特點(diǎn)表現為:1)采用開(kāi)放系統管理2)操作站采用32位微處理器3)采用實(shí)時(shí)多用戶(hù)多任務(wù)的操作系統進(jìn)入九十年代以后,計算機技術(shù)突飛猛進(jìn),更多新的技術(shù)被應用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來(lái)的電子設備,它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯?,F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在進(jìn)入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛,以至于有些人已做出預測:基于現場(chǎng)總線(xiàn)的FCS將取代DCS成為控制系統的主角。特點(diǎn)介紹DCS是分散控制系統(Distributed Control System)的簡(jiǎn)稱(chēng),國內一般習慣稱(chēng)為集散控制系統。它是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統,綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù),其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便,DCS特點(diǎn)如下。高可靠性由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實(shí)現,系統結構采用容錯設計,因此某一臺計算機出現的故障不會(huì )導致系統其它功能的喪失。此外,由于系統中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一,可以針對需要實(shí)現的功能采用具有特定結構和軟件的專(zhuān)用計算機,從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。開(kāi)放性DCS采用開(kāi)放式、標準化、模塊化和系列化設計,系統中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信,實(shí)現信息傳輸,當需要改變或擴充系統功能時(shí),可將新增計算機方便地連入系統通信網(wǎng)絡(luò )或從網(wǎng)絡(luò )中卸下,幾乎不影響系統其他計算機的工作。靈活性通過(guò)組態(tài)軟件根據不同的流程應用對象進(jìn)行軟硬件組態(tài),即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫(huà)面,從而方便地構成所需的控制系統。易于維護功能單一的小型或微型專(zhuān)用計算機,具有維護簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn),當某一局部或某個(gè)計算機出現故障時(shí),可以在不影響整個(gè)系統運行的情況下在線(xiàn)更換,迅速排除故障。協(xié)調性各工作站之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )傳送各種數據,整個(gè)系統信息共享,協(xié)調工作,以完成控制系統的總體功能和優(yōu)化處理??刂乒δ荦R全控制算法豐富,集連續控制、順序控制和批處理控制于一體,可實(shí)現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進(jìn)控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構成方式十分靈活,可由專(zhuān)用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現場(chǎng)控制站和數據采集站等組成,也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構成。處于底層的過(guò)程控制級一般由分散的現場(chǎng)控制站、數據采集站等就地實(shí)現數據采集和控制,并通過(guò)數據通信網(wǎng)絡(luò )傳送到生產(chǎn)監控級計算機。生產(chǎn)監控級對來(lái)自過(guò)程控制級的數據進(jìn)行集中操作管理,如各種優(yōu)化計算、統計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展,DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接來(lái)實(shí)現更高級的集中管理功能,如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。結構從結構上劃分,DCS包括過(guò)程級、操作級和管理級。過(guò)程級主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現場(chǎng)儀表組成,是系統控制功能的主要實(shí)施部分。操作級包括:操作員站和工程師站,完成系統的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠(chǎng)管理信息系統(MIS系統),作為DCS更高層次的應用,目前國內紙行業(yè)應用到這一層的系統較少。DCS的控制程序:DCS的控制決策是由過(guò)程控制站完成的,所以控制程序是由過(guò)程控制站執行的。過(guò)程控制站的組成:DCS的過(guò)程控制站是一個(gè)完整的計算機系統,主要由電源、CPU(中央處理器)、網(wǎng)絡(luò )接口和I/O組成I/O:控制系統需要建立信號的輸入和輸出通道,這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的,一個(gè)I/O模塊上有一個(gè)或多個(gè)I/O通道,用來(lái)連接傳感器和執行器(調節閥)。I/O單元:通常,一個(gè)過(guò)程控制站是有幾個(gè)機架組成,每個(gè)機架可以擺放一定數量的模塊。CPU所在的機架被稱(chēng)為CPU單元,同一個(gè)過(guò)程站中只能有一個(gè)CPU單元,其他只用來(lái)擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。國內外應用分散控制系統1975 年美國Honeywell和日本橫河公司幾乎同一時(shí)間推出了各自的分散控制系統。美國最大的儀表控制公司Honeyw ell 首次向世界推出了它的綜合分散控制系統TDC—2000 ( Toal Distributed Control-2000),這一系統的發(fā)表,立即引起美國工業(yè)控制界高度評價(jià),稱(chēng)之為“最鼓舞人心的事件”。日本橫河公司推出了CEN TUM系統。世界各國的各大公司也紛紛加入,推出了一個(gè)又一個(gè)集散系統,從此過(guò)程控制進(jìn)入了集散系統的新時(shí)期。在此期間有美國泰勒儀表公司的MO SË,費雪爾公司的DCÉ —400,貝利公司的N —90,??怂共_公司的Cpect rum 和德國西門(mén)子公司的Telepermm。隨著(zhù)計算機特別是微型計算機與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展,加上各制造商的激烈競爭,使DCS 很快從70 年代的第一代發(fā)展到90 年代初的第三代DCS。盡管在這之前的集散系統的技術(shù)水平已經(jīng)很高,但其中存在著(zhù)一個(gè)最主要的弊病是: 各大公司推出的幾十種型號的系統,幾乎都是該公司的專(zhuān)利產(chǎn)品,每個(gè)公司為了保護自身的利益,采用的都是專(zhuān)利網(wǎng)絡(luò ),這就為全廠(chǎng)、全企業(yè)的管理帶來(lái)問(wèn)題。隨著(zhù)計算機的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)使各控制廠(chǎng)商更多地采用商業(yè)計算機的技術(shù),80年代末許多公司推出新一代的集散系統,其主要特征是新系統的局部網(wǎng)絡(luò )采用MA P 協(xié)議; 引用智能變送器與現場(chǎng)總線(xiàn)結構; 在控制軟件上引入PLC 的順序控制與批量控制,使DCS 也具有PLC 的功能。至90 年代初各國知名的DCS 有:3000,Bailey 的IN F I—90,Ro semoun t 的RS—3,W est Hoo se 的WDPF,L eeds &Non th rup 的MAX—1000,Foxbo ro 的IöA S,日本橫河的CEN TUM。這里所提到的均為大型的DCS,為了適應市場(chǎng)的需要各廠(chǎng)商也開(kāi)發(fā)了不少中小型的DCS 系統如S—9000,MAX—2,LXL,A 2 PACS 等等。流程工業(yè)CIMS流程工業(yè)CIMS是一個(gè)復雜的綜合自動(dòng)化系統,處理的對象是整個(gè)企業(yè)的全部生產(chǎn)活動(dòng),DCS作為一種有效的工具和實(shí)現手段,在流程工業(yè)CIMS中完成重要的基礎控制和實(shí)時(shí)生產(chǎn)數據采集、動(dòng)態(tài)監控等功能。與管理類(lèi)計算機相比,DCS能夠提供更加可靠的生產(chǎn)過(guò)程數據,使CIMS系統所作出的優(yōu)化決策也更加可靠。從功能上看,流程工業(yè)CIMS中的生產(chǎn)自動(dòng)化系統、動(dòng)態(tài)監控系統和在線(xiàn)質(zhì)量控制都可以由DCS實(shí)現。從流程工業(yè)CIMS的層次結構看,DCS主要擔負過(guò)程控制和過(guò)程優(yōu)化任務(wù),有些生產(chǎn)調度和生產(chǎn)管理工作也可在DCS上完成。主要廠(chǎng)家國內DCS主要廠(chǎng)家有:上海新華,南京科遠自動(dòng)化集團股份有限公司,杭州優(yōu)穩,浙江中控,和利時(shí),浙江威盛,自?xún)x股份、魯能控制,國電智深,上海華文,上海樂(lè )華,正泰中自等。國外的有:西屋公司、艾默生、FOXBORO、ABB、西門(mén)子、霍尼韋爾、橫河、羅克韋爾、山武-霍尼韋爾公司、FISHER-ROSEMOUNT公司等。相關(guān)問(wèn)答1. 什么是DCS?DCS是分布式控制系統的英文縮寫(xiě)(Distributed Control System),在國內自控行業(yè)又稱(chēng)之為集散控制系統。2. DCS有什么特點(diǎn)?DCS是計算機技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)高度結合的產(chǎn)物。DCS通常采用若干個(gè)控制器(過(guò)程站)對一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的眾多控制點(diǎn)進(jìn)行控制,各控制器間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接并可進(jìn)行數據交換。操作采用計算機操作站,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與控制器連接,收集生產(chǎn)數據,傳達操作指令。因此,DCS的主要特點(diǎn)歸結為一句話(huà)就是:分散控制集中管理。4. DCS的控制程序是由誰(shuí)執行的?DCS的控制決策是由過(guò)程控制站完成的,所以控制程序是由過(guò)程控制站執行的。5. 過(guò)程控制站的組成如何?DCS的過(guò)程控制站是一個(gè)完整的計算機系統,主要由電源、CPU(中央處理器)、網(wǎng)絡(luò )接口和I/O組成。日常維護1 過(guò)程通道故障:過(guò)程通道故障出現最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判斷與處理:通過(guò)系統診斷,更換通道或通過(guò)更換備用件處理,至于其內部元件老化或是其他原因造成的損壞,一般控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠(chǎng)家處理,目前的熱控檢修人員的手段還不能達到像檢修常規儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠(chǎng)家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢,這樣只能購買(mǎi)備件。好在這類(lèi)故障只是在調試階段出現較多,正常運行中出現幾率很低。一次元件或控制設備出現故障有時(shí)不能直接被操作員發(fā)現,只有異?;驁缶蟛磐ㄖ獰峥厝藛T處理。這樣對檢修人員和運行人員的素質(zhì)要求就要提高,運行人員要詳細介紹故障前后的狀態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準確地處理缺陷,減少故障的擴大化,另外許多DCS廠(chǎng)家在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥,做為控制人員,在運行中更換卡件時(shí)一定要做好安全防護措施否則會(huì )引起系統變化或負荷變化,尤其數字量卡件。2 對于操作員站死機無(wú)論國產(chǎn)與進(jìn)口設備都有相關(guān)的報道,那么究其原因比較多,硬盤(pán)或卡件故障,冷卻風(fēng)扇負荷過(guò)重等等,有時(shí)會(huì )發(fā)生人為操作現象,一般在修改控制邏輯下裝軟件重啟設備或強制設備保護信號時(shí),最易發(fā)生操作事件,輕則設備異常,重則易造成設備停運后果非常嚴重;對死機后重啟,不同廠(chǎng)家的啟動(dòng)時(shí)間不同,少則幾十秒,多則幾分鐘,人為該操作發(fā)生的故障在熱工專(zhuān)業(yè)中的不安全事件中占有很大比例,在操作中尤為引起高度重視,減少人為故障。3球標操作不正常,一般是由于機械裝置長(cháng)期工作、老化、污染、點(diǎn)通斷不可靠、電纜插件不牢等這樣的就需要換檢查即可。4控制操作失靈:是由于球標的操作信號沒(méi)有正常改變過(guò)程通道的狀態(tài),造成操作失效,這是2個(gè)方面造成的,一個(gè)方面是軟件缺陷,另一方面是硬件本身故障的狀態(tài)針對這樣的缺陷通常做法檢查過(guò)程通道功能正常后,再檢查操作遠必要時(shí)進(jìn)行重起初始操作。5 對于薄膜鍵盤(pán)主要是鍵盤(pán)接觸不良信號電纜松動(dòng)或主機誤動(dòng)鍵盤(pán)或啟動(dòng)不完整都可以導致其功能不正常應用針對不同情況處理。6打印機不工作一般是由于配置的原因,這樣的故障應檢查打印機的設置及其硬件是否正常進(jìn)行處理。報表軟件功能不強主要表現在由于打印機打印報表和SOE等造成死機,或者打印機的SOE記錄時(shí)問(wèn)與實(shí)際情況不符;SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線(xiàn);SOE時(shí)間順序不一致有時(shí)偏差很大,這會(huì )延誤事故分析的進(jìn)展時(shí),有時(shí)還會(huì )誤導分析方向,SOE問(wèn)題既與系統設計不合理,SOE點(diǎn)沒(méi)完全集中在一個(gè)DPU上的有關(guān),也與系統硬件及軟件設計考慮不周有關(guān)。這種故障的出現,通過(guò)分析認為這主要是對電廠(chǎng)的總體方面考慮的不太完美,在小的方面還不夠仔細會(huì )出現這樣那樣的故障,針對這種情況要認真對待,不放過(guò)蛛絲馬跡,與廠(chǎng)家認真研究提出問(wèn)題進(jìn)一步完善,讓該系統更好地為生產(chǎn)服務(wù)。7 電源故障:電源故障問(wèn)題較多,保險配置不合理,備用電源不能自投,電源波動(dòng)引起保護誤動(dòng)及接插頭接觸不良易造成無(wú)電源。針對電源故障處理相對比較容易。首先,認真核對保險的配置及容量,真正起到保險的作用;其次,UPS的配備很重要,它可以在電源波動(dòng)時(shí)也能保證系統正常供電,而且要考慮冗余和備用問(wèn)題。8 干擾造成的故障:對于干擾主要是接地問(wèn)題,備用電源的切換和大功率的無(wú)線(xiàn)通信設備如手機、對講機等。另外還有DCS系統的干擾信號可能由本身造成的。那么對于DCS系統的接地問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視,尤其在電力行業(yè),大功率電器設備的啟動(dòng)和停止都會(huì )干擾DCS的控制信號,造成不必要的故障。為了防止干擾信號串入系統,嚴格執行屏蔽和接地要求和方式,信號線(xiàn)遠離干擾源,同時(shí)采取防電源波動(dòng)措施。主/從過(guò)程處理機之間在機組運行時(shí),除非萬(wàn)不得以,盡量不要人為切換,已防產(chǎn)生干擾,如必須切換,應采取措施,先將控制切手動(dòng),以免對機組運行工況產(chǎn)生影響。對電子設備問(wèn)、工程師站等重點(diǎn)部位,應絕對禁止使用大功率無(wú)線(xiàn)電通信設備。 [1] 相關(guān)控制系統總述計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展,引起了自動(dòng)化控制系統結構的變革,一種世界上最新型的控制系統即現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(Fieldbus Control System,FCS)在上世紀九十年代走向實(shí)用化,并正以迅猛的勢頭快速發(fā)展?,F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統是目前自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn),正越來(lái)越受到國內外自動(dòng)化設備制造商與用戶(hù)的關(guān)注?,F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的出現,將給自動(dòng)化領(lǐng)域在過(guò)程控制系統上帶來(lái)又一次革命,其深度和廣度將超過(guò)歷史的任何一次,從而開(kāi)創(chuàng )自動(dòng)化的新紀元。FCS可以說(shuō)是第五代過(guò)程控制系統,是由PLC(Programmable Controller)或DCS(Distributed Control System)發(fā)展而來(lái)的。FCS與PLC及DCS之間有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系,又存在著(zhù)本質(zhì)的差異。本文針對PLC、DCS、FCS三大控制系統的特點(diǎn)、性能和差異作一分析。1 PLC、FCS三大控制系統的基本特點(diǎn)目前,在連續型流程生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程控制中,有三大控制系統,即PLC、DCS和FCS。它們各自的基本特點(diǎn)如下:PLC1.從開(kāi)關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運算處理,是從下往上的。2.邏輯控制、定時(shí)控制、 計數控制、 步進(jìn)(順序)控制、連續PID控制、 數據控制――PLC具有數據處理能力、 通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能。3.可用一臺PC機為主站,多臺同型PLC為從站。4.也可一臺PLC為主站,多臺同型PLC為從站,構成PLC網(wǎng)絡(luò )。這比用PC機作主站方便之處是:有用戶(hù)編程時(shí),不必知道通信協(xié)議,只要按說(shuō)明書(shū)格式寫(xiě)就行。5.PLC網(wǎng)絡(luò )既可作為獨立DCS/TDCS,也可作為DCS/TDCS的子系統。6.主要用于工業(yè)過(guò)程中的順序控制,新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。FCS1.FCS是第五代過(guò)程控制系統,它是21世紀自動(dòng)化控制系統的方向。是3C技術(shù)(Communication,Computer, Control)的融合?;救蝿?wù)是:本質(zhì)(本征)安全、危險區域、易變過(guò)程、難于對付的非常環(huán)境。(2)全數字化、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(xiàn)聯(lián)接分散的現場(chǎng)儀表、控制裝置,取代每臺儀表的兩根線(xiàn)?!艾F場(chǎng)控制”取代“分散控制”;數據的傳輸采用“總線(xiàn)”方式。4.從控制室到現場(chǎng)設備的雙向數字通信總線(xiàn),是互聯(lián)的、雙向的、串行多節點(diǎn)、開(kāi)放的數字通信系統取代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統。5.用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。6.把微機處理器轉入現場(chǎng)自控設備,使設備具有數字計算和數字通信能力,信號傳輸精度高,遠程傳輸。實(shí)現信號傳輸全數字化、控制功能分散、標準統一全開(kāi)放。7.可上局域網(wǎng),再可與internet相通。既是通信網(wǎng)絡(luò ),又是控制網(wǎng)絡(luò )。8.3類(lèi)FCS的典型應用:1) 連續的工藝過(guò)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;2)分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制如汽車(chē)制造機器人、汽車(chē);3)多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化。這三大控制系統,尤其是DCS、PLC,都在電站得到了廣泛應用,而且效果也非常好。系統差異差異2.1.1 DCS或PLCPLC系統與DCS系統的結構差異不大,只是在功能的著(zhù)重點(diǎn)上的不同,DCS著(zhù)重于閉環(huán)控制及數據處理。PLC著(zhù)重于邏輯控制及開(kāi)關(guān)量的控制,也可實(shí)現模擬量控制。DCS或PLC系統的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)數據公路是分散控制系統DCS及PLC的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò ),因此,數據公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數據公路的媒體可以是:一對絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖電纜。DCS的特點(diǎn)是:(1)控制功能強??蓪?shí)現復雜的控制規律,如串級、前饋、解耦、自適應、最優(yōu)和非線(xiàn)性控制等。也可實(shí)現順序控制。(2)系統可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人機界面。(4)軟硬件采用模塊化積木式結構。(5)系統容易開(kāi)發(fā)。(6)用組態(tài)軟件,編程簡(jiǎn)單,操作方便。(7)有良好的性?xún)r(jià)比。通過(guò)數據公路的設計參數,基本上可以了解一個(gè)特定DCS或PLC系統的相對優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。1.系統能處理多少I(mǎi)/O信息。2.系統能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。3.能適應多少用戶(hù)和裝置(CRT、控制站等)。4.傳輸數據的完整性是怎樣徹底檢查的。5.數據公路的最大允許長(cháng)度是多少。6.數據公路能支持多少支路。7.數據公路是否能支持由其它制造廠(chǎng)生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計算機、數據記錄裝置等)。為保證通信的完整,大部分DCS或PLC廠(chǎng)家都能提供冗余數據公路。為了保證系統的安全性,使用了復雜的通信規約和檢錯技術(shù)。所謂通信規約就是一組規則,用以保證所傳輸的數據接收與發(fā)送。目前在DCS和PLC系統中一般使用兩類(lèi)通信手段,即同步的和異步的,同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘信號來(lái)調節數據的傳輸和接收,異步網(wǎng)絡(luò )采用沒(méi)有時(shí)鐘的報告系統。2.1.2 FCSFCS具有(1)很好的開(kāi)放性、互操作性和互換性。(2)全數字通信。(3)智能化與功能自治性。(4)高度分散性。(5)很強的適用性。FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有三點(diǎn):1.FCS系統的核心是總線(xiàn)協(xié)議,即總線(xiàn)標準。采用雙絞線(xiàn)、光纜或無(wú)線(xiàn)電方式傳輸數字信號,減少大量導線(xiàn),提高了可靠性和抗干擾能力。FCS從傳感器、變送器到調節器一直是數字信號,這就使我們很容易地處理更復雜、更精確的信號,同時(shí)數字通信的差錯功能可檢出傳輸中的誤碼。FCS可以將PID控制徹底分散到現場(chǎng)設備(Field Device)中?;诂F場(chǎng)總線(xiàn)的FCS又是全分散、全數字化、全開(kāi)放和可互操作的新一代生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統,它將取代現場(chǎng)一對一的4~20mA模擬信號線(xiàn),給傳統的工業(yè)自動(dòng)化控制系統體系結構帶來(lái)革命性的變化。根據IEC61158的定義,現場(chǎng)總線(xiàn)是安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )?,F場(chǎng)總線(xiàn)使測控設備具備了數字計算和數字通信能力,提高了信號的測量、傳輸和控制精度,提高了系統與設備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開(kāi)始致力于推出世界上單一的現場(chǎng)總線(xiàn)標準工作,走過(guò)了16年的艱難歷程,于1993年推出了IEC61158-2,之后的標準制定就陷于混亂。2000年初公布的IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準子集有八種,分別為:①類(lèi)型1 IEC技術(shù)報告(FFH1);②類(lèi)型2 Control-NET(美國Rockwell公司支持);③類(lèi)型3 Profibus(德國Siemens公司支持);④類(lèi)型4 P-NET(丹麥Process Data公司支持);⑤類(lèi)型5 FFHSE(原FFH2)高速以太網(wǎng)(美國Fisher Rosemount公司支持);⑥類(lèi)型6 Swift-Net(美國波音公司支持);⑦類(lèi)型7 WorldFIP(法國Alsto公司支持);⑧類(lèi)型8 Interbus(美國Phoenix Contact公司支持)。除了IEC61158的8種現場(chǎng)總線(xiàn)外,IEC TC17B通過(guò)了三種總線(xiàn)標準:SDS(Smart Distributed System);ASI(Actuator Sensor Interface);Device NET。另外,ISO公布了ISO 11898 CAN標準。其中Device NET于2002年10月8日被中國批準為國家標準,并于2003年4月1日開(kāi)始實(shí)施。所以,要實(shí)現這些總線(xiàn)類(lèi)型的相互兼容和互操作,就目前狀態(tài)而言,幾乎是不可能的。開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的互操作性,就一個(gè)特定類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)而言,只要遵循同一類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議,對其產(chǎn)品是開(kāi)放的,并具有互操作性。換句話(huà)說(shuō),不論什么廠(chǎng)家的產(chǎn)品,只要遵循同一類(lèi)型總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議,產(chǎn)品之間是開(kāi)放的,并具有互操作性,就可以組成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。另外,FCS還可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)和企業(yè)的上級管理網(wǎng)絡(luò )相連,以便管理者掌握第一手資料,為決策提供依據。所以現場(chǎng)總線(xiàn)具有開(kāi)放性、互操作性、系統結構的高度分散性、靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、現場(chǎng)設備的高度智能化、對環(huán)境的高度適應性等諸多突出特點(diǎn)。2.FCS系統的基礎是數字智能現場(chǎng)裝置控制功能下放到現場(chǎng)儀表中,控制室內儀表裝置主要完成數據處理、監督控制、優(yōu)化控制、協(xié)調控制和管理自動(dòng)化等功能。數字智能現場(chǎng)裝置是FCS系統的硬件支撐,是基礎;道理很簡(jiǎn)單,FCS系統執行的是自動(dòng)控制裝置與現場(chǎng)裝置之間的雙向數字通信現場(chǎng)總線(xiàn)信號制?,F場(chǎng)裝置必須遵循統一的總線(xiàn)協(xié)議,即相關(guān)的通訊規約,具備數字通信功能,能實(shí)現雙向數字通。再一點(diǎn),現場(chǎng)總線(xiàn)的一大特點(diǎn)就是要增加現場(chǎng)一級控制功能。3.FCS系統的本質(zhì)是信息處理現場(chǎng)化對于一個(gè)控制系統,無(wú)論是采用DCS還是采用現場(chǎng)總線(xiàn),系統需要處理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上,采用現場(chǎng)總線(xiàn)后,可以從現場(chǎng)得到更多的信息?,F場(chǎng)總線(xiàn)系統的信息量沒(méi)有減少,甚至增加了,而傳輸信息的線(xiàn)纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線(xiàn)纜傳輸信息的能力,另一方面要讓大量信息在現場(chǎng)就地完成處理,減少現場(chǎng)與控制機房之間的信息往返??梢哉f(shuō)現場(chǎng)總線(xiàn)的本質(zhì)就是信息處理的現場(chǎng)化。由現場(chǎng)智能儀表完成數據采集、數據處理、控制運算和數據輸出等功能?,F場(chǎng)儀表的數據(包括采集的數據和診斷數據)通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)傳送到控制室的控制設備上,控制室的控制設備用來(lái)監視各個(gè)現場(chǎng)儀表的運行狀態(tài),保存智能儀表上傳的數據,同時(shí)完成少量現場(chǎng)儀表無(wú)法完成的高級控制功能。2.2 典型系統比較通過(guò)使用現場(chǎng)總線(xiàn),用戶(hù)可以大量減少現場(chǎng)接線(xiàn),用單個(gè)現場(chǎng)儀表可實(shí)現多變量通信,不同制造廠(chǎng)生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作,增加現場(chǎng)一級的控制功能,系統集成大大簡(jiǎn)化,并且維護十分簡(jiǎn)便。傳統的過(guò)程控制儀表系統每個(gè)現場(chǎng)裝置到控制室都需使用一對專(zhuān)用的電纜或雙絞線(xiàn),以傳送4mA~20mA信號?,F場(chǎng)總線(xiàn)系統中,每個(gè)現場(chǎng)裝置到接線(xiàn)盒的雙絞線(xiàn)仍然可以使用,但是從現場(chǎng)接線(xiàn)盒到中央控制室僅用一根雙絞線(xiàn)完成數字通信。通過(guò)采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統,到底能節省多少電纜,編者就不作詳細的計算。應用差異上述的比較是偏重于純技術(shù)性的比較,下面就DCS與FCS系統在具體應用方面進(jìn)行比較。前題是DCS系統與典型的、理想的FCS系統進(jìn)行比較。具體比較:1.DCS系統是個(gè)大系統,其控制器的功能強而且在系統中的作用十分重要,數據公路更是系統的關(guān)鍵,所以,必須整體投資一步到位,事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底,信息處理現場(chǎng)化,數字智能現場(chǎng)裝置的廣泛采用,使得控制器功能與重要性相對減弱。因此,FCS系統投資起點(diǎn)低,可以邊用、邊擴、邊投運。2.DCS系統是封閉式系統,各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統是開(kāi)放式系統,不同廠(chǎng)商、不同品牌的各種產(chǎn)品基本能同時(shí)連入同一現場(chǎng)總線(xiàn),達到最佳的系統集成。3.DCS系統的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的,必須通過(guò)D/A與A/D轉換。而FCS系統將D/A與A/D轉換在現場(chǎng)一次表完成,實(shí)現全數字化通信,使精度得到大的提高,可提高到0.1%。并且FCS系統可以將PID閉環(huán)控制功能裝入現場(chǎng)設備中,縮短了控制周期,提高運算速度,從而改善調節性能。4.DCS它可以控制和監視工藝全過(guò)程,對自身進(jìn)行診斷、維護和組態(tài)。但是,由于自身的致命弱點(diǎn),其I/O信號采用傳統的模擬量信號,因此,它無(wú)法在DCS工程師站上對現場(chǎng)儀表(含變送器、執行器等)進(jìn)行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS采用全數字化技術(shù),數字智能現場(chǎng)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的功能。FCS采用的是雙向數字通信現場(chǎng)總線(xiàn)信號制。因此,它可以對現場(chǎng)裝置(含變送器、執行機構等)進(jìn)行遠方診斷、維護和組態(tài)。5.FCS由于信息處理現場(chǎng)化,與DCS相比可以省去相當數量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜,同時(shí)也節省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。同時(shí),FCS可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等,同時(shí)也節省了設計、安裝和維護費用。6.FCS相對于DCS組態(tài)簡(jiǎn)單,由于結構、性能標準化,便于安裝、運行、維護。發(fā)展前景大家都知道FCS是由PLC或DCS發(fā)展而來(lái),現在FCS系統被廣泛的應用,那么,PLC與DCS前景又將如何。PLC于20世紀60年代末期在美國首先出現,目的是用來(lái)取代繼電器,執行邏輯、計時(shí)、計數等順序控制功能,建立柔性程序控制系統。1976年正式命名,并給予定義:PLC(Programmable logic Controller)是一種數字控制專(zhuān)用電子計算機,它使用了可編程序存儲器儲存指令,執行諸如邏輯、順序、計時(shí)、計數與演算等功能,并通過(guò)模擬和數字輸入、輸出等組件,控制各種機械或工作程序。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,PLC已十分成熟與完善,并具有強大的運算、處理和數據傳輸功能。并定義為可編程控制器(Programmable Controller PLC)。PLC在FCS系統中的地位似乎已被確定并無(wú)多少爭論。PLC作為一個(gè)站掛在高速總線(xiàn)上。充分發(fā)揮PLC在處理開(kāi)關(guān)量方面的優(yōu)勢。另外,電廠(chǎng)輔助車(chē)間,例如水處理車(chē)間、循環(huán)水車(chē)間、除灰除渣車(chē)間、輸煤車(chē)間等,這些車(chē)間的工藝過(guò)程多以順序控制為主。PLC對于順序控制有其獨特的優(yōu)勢。輔助車(chē)間的控制系統應以遵循現場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議的PLC或能與FCS進(jìn)行通訊交換信息的PLC為優(yōu)選對象?,F場(chǎng)總線(xiàn)的應用是工業(yè)過(guò)程控制發(fā)展的主流之一??梢哉f(shuō)FCS的發(fā)展應用是自動(dòng)化領(lǐng)域一場(chǎng)革命。采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)構造低成本現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統,促進(jìn)現場(chǎng)儀表的智能化、控制功能分散化、控制系統開(kāi)放化,符合工業(yè)控制系統技術(shù)發(fā)展趨勢??傊?,計算機控制系統的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動(dòng)儀表控制系統、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統、集中式數字控制系統以及集散控制系統(DCS)后,將朝著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(FCS)的方向發(fā)展。雖然以現場(chǎng)總線(xiàn)為基礎的FCS發(fā)展很快,但FCS發(fā)展還有很多工作要做,如統一標準、儀表智能化等。另外,傳統控制系統的維護和改造還需要DCS,因此FCS完全取代傳統的DCS還需要一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程,同時(shí)DCS本身也在不斷的發(fā)展與完善??梢钥隙ǖ氖?,結合DCS、工業(yè)以太網(wǎng)、先進(jìn)控制等新技術(shù)的FCS將具有強大的生命力。工業(yè)以太網(wǎng)以及現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為一種靈活、方便、可靠的數據傳輸方式,在工業(yè)現場(chǎng)得到了越來(lái)越多的應用,并將在控制領(lǐng)域中占有更加重要的地位。結論在未來(lái),工業(yè)過(guò)程控制系統中,數字技術(shù)向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò )化、信息化發(fā)展,同時(shí),工業(yè)控制軟件也將向標準化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化、開(kāi)放性發(fā)展。因此現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS的出現,數字式分散控制DCS及PLC并不會(huì )消亡,DCS及PLC系統會(huì )更加向智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò )化、信息化發(fā)展?;蛑皇菍⑦^(guò)去處于控制系統中心地位的DCS移到現場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)站點(diǎn)上去。這樣說(shuō),DCS或PLC處于控制系統中心地位的局面從此將被打破。今后的控制系統將會(huì )是:FCS處于控制系統中心地位,兼有DCS、PLC系統一種新型標準化、智能化、開(kāi)放性、網(wǎng)絡(luò )化、信息化控制系統。分散控制系統DCS(DistributedControlSystem),又稱(chēng)分布式控制系統,產(chǎn)生于20世紀70年代中期,最初是由儀表制造廠(chǎng)商研發(fā)出來(lái),當時(shí)主要應用于化工行業(yè)。它是在集中控制系統的基礎上發(fā)展而來(lái),綜合了計算機、通信、顯示和控制等4C技術(shù),是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統,具有連續控制、批量控制、邏輯順序控制、數據采集等功能。DCS將分散的儀表控制和集中式計算機控制系統二者的優(yōu)勢有機結合起來(lái),體系結構是一個(gè)分布式、分支樹(shù)狀結構,從垂直結構來(lái)看,分為分散過(guò)程控制級、集中操作監控級以及綜合信息管理級三級,各級之間既相互獨立又相互聯(lián)系,每一級中又可水平分解成不同的子模塊,如分散過(guò)程控制級就可分為現場(chǎng)控制站、PLC、智能調節器和其他測控裝置。其具有通用性強、系統組態(tài)靈活、控制功能完善、數據處理方便、顯示操作集中、人機界面友好、安裝簡(jiǎn)單規范化、調試方便、運行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。要想了解更多關(guān)于分散控制系統的相關(guān)資訊,可以去視界網(wǎng)看一下www.shijiezx.com/news/show.php?itemid=20203a10c180e8d9
根據題意可知,其實(shí)DCS就是以微處理器為基礎的分散型計算機控制系統,采用4C技術(shù)相結合的技術(shù)產(chǎn)物。其在生產(chǎn)方面應用主要特性就是集中管理和分散控制,因此把它叫做分散控制系統,也有的叫集散控制系統。
DCS的發(fā)展史
扒開(kāi)其歷史還要從20世紀60年代初說(shuō)起,那時(shí)計算機剛開(kāi)始涉足控制領(lǐng)域,用于生產(chǎn)過(guò)程的安全監視和操作指導。經(jīng)常是一臺計算機控制管理全廠(chǎng)的生產(chǎn),卻造成整個(gè)系統控制人物集中。一旦計算機罷工那么全廠(chǎng)生產(chǎn)就停擺,因此直接數字控制系統在實(shí)際生產(chǎn)的應用宣告失敗。但是人們意識到直接數字控制系統比模擬控制系統有許多優(yōu)點(diǎn),只要解決系統可靠性問(wèn)題那么后面計算機用閉環(huán)控制可能性希望很大。于是當時(shí)工程師確實(shí)創(chuàng )造性的研制分散控制系統。
這臺DCS控制系統的祖宗就是霍尼韋爾公司在1975年推出TDC-2000的分散控制系統,首先在火電廠(chǎng)實(shí)驗確實(shí)在安全和經(jīng)濟運行取得顯著(zhù)效果。TDC-2000的誕生為過(guò)程控制儀表的制造和發(fā)展指明方向,過(guò)來(lái)各個(gè)儀表制造廠(chǎng)家根據自身的優(yōu)勢從不同角度切入研發(fā)和生產(chǎn)DCS,主要還是跟著(zhù)霍尼韋爾研究方向作為"指向標",在常規儀表方面入手進(jìn)行深入研究,因此才形成常規控制方面的見(jiàn)長(cháng)的DCS系統。
在第一代DCS系統的基礎上,在20世紀80年代誕生第二代DCS,主要以微機技術(shù)和局域網(wǎng)的介入,使得集散控制系統技術(shù)的到突飛猛進(jìn)。第三代DCS主要的變化就是局域網(wǎng)絡(luò )采用ISO標準的MAP。第四代DCS分散控制系統主要以管理控制一體化形成出現,其特征就是信息化和集成性。
目前的DCS典型產(chǎn)品
國外的有霍尼韋爾公司的Experion PKS,艾默生公司的PPlantWeb和Ovation,橫河公司的CENTUM-R3,西門(mén)子公司的PCS7等。國內的有和利時(shí)和浙大中控最為知名,還有上海新華、國電智深、山東魯能、上海自?xún)x等。
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