PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點

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如下：

1PLC

(1)從開關量控制發(fā)展到順序控制、運算處理，是從下往上的;

(2)邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進(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。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行;

(5)PLC網(wǎng)絡既可作為獨立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）又稱計算機分布式控制系統(tǒng)，它是20世紀70年代中期迅速發(fā)展起來的，它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，它把控制技術、計算機技術、圖像顯示技術以及通信技術結合起來，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。其核心是通信，即數(shù)據(jù)公路。

它的基本要點是：

（1）從上到下的樹狀系統(tǒng)，其中通信是關鍵。

（2）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)結計算機與現(xiàn)場儀器儀表與控制裝。;

（3）是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結構，有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場儀器儀表。

（4）信號系統(tǒng)包括開關量信號和模擬信號。

（5）DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場儀表（現(xiàn)場測控站）的3級結構。

3FCS

FieldbusControlSystem（簡稱FCS）即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，它是用現(xiàn)場總線這一開放的、具有互操作性的網(wǎng)絡將現(xiàn)場各個控制器和儀表及儀表設備互聯(lián)，構成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，同時控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維修費用。因此，F(xiàn)CS實質(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世紀控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，基礎是數(shù)字智能現(xiàn)場設備，本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。

FCS的要點是：

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

現(xiàn)場設備高度智能化，提供全數(shù)字信號;一條總線連接所有的設備。

從控制室到現(xiàn)場設備的雙向數(shù)字通信總線，是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點、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)的結構差異不大，只是在功能的著重點上的不同，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量的控制，也可實現(xiàn)模擬量控制。

DCS或PLC系統(tǒng)的關鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS及PLC的脊柱。由于它的任務是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設計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：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。

DCS的特點是：(1)控制功能強?？蓪崿F(xiàn)復雜的控制規(guī)律，如串級、前饋、解耦、自適應、最優(yōu)和非線性控制等。也可實現(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界面。(4)軟硬件采用模塊化積木式結構。(5)系統(tǒng)容易開發(fā)。(6)用組態(tài)軟件，編程簡單，操作方便。(7)有良好的性價比。

通過數(shù)據(jù)公路的設計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS或PLC系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。

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，同步通信依靠一個時鐘信號來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡采用沒有時鐘的報告系統(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)，其技術標準也是全開放的，F(xiàn)CS的現(xiàn)場設備具有互操作性，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)品同時連入同一現(xiàn)場總線，達到最佳的系統(tǒng)集成。

DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器的功能強而且在系統(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(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)投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

FCS的信號傳輸實現(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提供強有力的支持，更重要的是它還可以對現(xiàn)場裝置進行遠程診斷、維護和組態(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，它不能對現(xiàn)場設備進行遠程操作。

FCS的結構為全分散式，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)場設備，實現(xiàn)了徹底的分散，系統(tǒng)擴展也變得十分容易;DCS的分散只是到控制器一級，它強調(diào)控制器的功能，數(shù)據(jù)公路更是其關鍵。

DCS的信號系統(tǒng)是二進制或模擬式的，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)場設備中，縮短了控制周期，提高運算速度，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相對于DCS組態(tài)簡單，由于結構、性能標準化，由于FCS省去了大量的硬件設備、電纜和電纜安裝輔助設備，節(jié)約了大量的安裝和調(diào)試費用，所以它的造價要遠低于DCS。

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