PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即PLC、DCS和FCS。它們各自的基本特點(diǎn)如下：

1PLC

(1)從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)算處理，是從下往上的;

(2)邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控制――PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能;

(3)可用一臺(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型PLC為從站;

(4)也可一臺(tái)PLC為主站，多臺(tái)同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站方便之處是：有用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行;

(5)PLC網(wǎng)絡(luò)既可作為獨(dú)立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng);

(6)主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。

2DCS

集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem）又稱計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)，它是20世紀(jì)70年代中期迅速發(fā)展起來的，它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它把控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像顯示技術(shù)以及通信技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險(xiǎn)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。其核心是通信，即數(shù)據(jù)公路。

它的基本要點(diǎn)是：

（1）從上到下的樹狀系統(tǒng)，其中通信是關(guān)鍵。

（2）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)結(jié)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝。;

（3）是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。

（4）信號(hào)系統(tǒng)包括開關(guān)量信號(hào)和模擬信號(hào)。

（5）DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。

3FCS

FieldbusControlSystem（簡(jiǎn)稱FCS）即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，它是用現(xiàn)場(chǎng)總線這一開放的、具有互操作性的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)控制器和儀表及儀表設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了安裝成本和維修費(fèi)用。因此，F(xiàn)CS實(shí)質(zhì)上是一種開放的、具有互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)，有望成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。

FCS的要點(diǎn)是：

FCS是3C技術(shù)（CommunicaTIon，Computer，Contro1）的融合。它適用于本質(zhì)（本征）安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程、難于對(duì)付的非常環(huán)境。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高度智能化，提供全數(shù)字信號(hào);一條總線連接所有的設(shè)備。

從控制室到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向數(shù)字通信總線，是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點(diǎn)、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。

控制功能徹底分散。

二

三大控制系統(tǒng)的區(qū)別

1PLC與DCS

PLC系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異不大，只是在功能的著重點(diǎn)上的不同，DCS著重于閉環(huán)控制及數(shù)據(jù)處理。PLC著重于邏輯控制及開關(guān)量的控制，也可實(shí)現(xiàn)模擬量控制。

DCS或PLC系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS及PLC的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對(duì)絞線、同軸電纜或光纖電纜。

DCS的特點(diǎn)是：(1)控制功能強(qiáng)?？蓪?shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)、最優(yōu)和非線性控制等。也可實(shí)現(xiàn)順序控制。(2)系統(tǒng)可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人機(jī)界面。(4)軟硬件采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)。(5)系統(tǒng)容易開發(fā)。(6)用組態(tài)軟件，編程簡(jiǎn)單，操作方便。(7)有良好的性價(jià)比。

通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計(jì)參數(shù)，基本上可以了解一個(gè)特定DCS或PLC系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。

目前在DCS和PLC系統(tǒng)中一般使用兩類通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。

2、DCS與FCS的區(qū)別

DCS系統(tǒng)是封閉的，各廠家的產(chǎn)品互不兼容;FCS是全開放的系統(tǒng)，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是全開放的，F(xiàn)CS的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有互操作性，裝置互相兼容，因此用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的產(chǎn)品同時(shí)連入同一現(xiàn)場(chǎng)總線，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。

DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器的功能強(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(chǎng)化，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對(duì)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)。

FCS的信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，其通信可以從最底層的傳感器和執(zhí)行器直到最高層，為企業(yè)的MES和ERP提供強(qiáng)有力的支持，更重要的是它還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和組態(tài);DCS的通信功能受到很大限制，雖然它也可以連接到Internet，但它連不到底層，它提的信息量也是有限的，它不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

FCS的結(jié)構(gòu)為全分散式，它廢棄了DCS中的I／O單元和控制站，把控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散，系統(tǒng)擴(kuò)展也變得十分容易;DCS的分散只是到控制器一級(jí)，它強(qiáng)調(diào)控制器的功能，數(shù)據(jù)公路更是其關(guān)鍵。

DCS的信號(hào)系統(tǒng)是二進(jìn)制或模擬式的，必須有A／D、D／A環(huán)節(jié)，所以其控制精度為土0.5％;FCS的全數(shù)字化，控制系統(tǒng)精度高，可以達(dá)到土0．1％，并且FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，縮短了控制周期，提高運(yùn)算速度，從而改善調(diào)節(jié)性能。

FCS可以將PID閉環(huán)功能放到現(xiàn)場(chǎng)的變送器或執(zhí)行器中，加上數(shù)字通信，所以縮短了采樣和控制周期，目前可以從DCS的每秒2-5次，提高到每秒10-20次，從而改善了調(diào)節(jié)性能。

FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡(jiǎn)單，由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，由于FCS省去了大量的硬件設(shè)備、電纜和電纜安裝輔助設(shè)備，節(jié)約了大量的安裝和調(diào)試費(fèi)用，所以它的造價(jià)要遠(yuǎn)低于DCS。

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