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核心提示：在工業過程控制中的三大控制系統,分別是PLC、DCS、FCS。
三大工業控制系統的本質區別 了解PLC、DCS、FCS
隨著工業技術的快速發展,相繼出現了集散控制系統和現場總線控制系統, 一些行業當中有的人認為FCS 是由PLC發展而來的;另一些行業的人認為FCS又是由DCS發展而來的。FCS與 PLC及DCS之間既有密不可分的關聯, 又存在著本質的區別。
在工業過程控制中的三大控制系統,分別是PLC、DCS、FCS。
PLC控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為工業環境下的應用而設計。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令,并通過數字式或模擬式輸入或輸出,控制各種類型的機械或生產過程。
DCS集散控制系統，又叫計算機分布式控制系統,它是20世紀70年代中期迅速發展起來的,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,也稱作4C技術，實現了對生產過程的監視、控制和管理。它既打破了常規控制儀表功能的局限性,又較好的解決了早期計算機系統對于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險性。
FCS 現場總線控制系統的核心是總線協議,基礎是數字智能現場設備,本質是信息處理現場化。
大型 PLC 構成的過程控制系統的基本特點
(1) 從上到下的結構,PLC 既可以作為獨立的 DCS, 也可以作為DCS的子系統。(2) PID 放在控制站中,可實現連續 PID 控制等各種功能。
(3) 可用一臺 PC 為主站,多臺同類型 PLC為從站; 也可用一臺 PLC 為主站,多臺同類型 PLC 為從站, 構成PLC網絡。
(4) 主要用于工控中的順序控制,新型PLC也兼有閉環控制功能。
DCS控制系統的基本特點
(1) 從上到下的樹狀系統,其中通信是關鍵。
(2) PID在中斷站中,中斷站聯結計算機與現場儀器 儀表與控制裝。
(3) 是樹狀拓撲和并行連續的鏈路結構,有大量電纜從中繼站并行到現場儀器儀表。
(4) 信號系統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)、現場 儀表(現場測控站)的三級結構。
FCS 控制系統的基本特點
(1)FCS是3C技術的融合。它適用于本質安全、危險區域、易變過程、難于對付的非常環境。
(2) 現場設備高度智能化,提供全數字信號;一條總線連接所有的設備。
(3) 從控制室到現場設備的雙向數字通信總線,是互聯的、雙向的、串行多節點、開放的數字通信系統取 代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統。
(4) 控制功能徹底分散。
DCS控制系統與PLC控制系統的比較
DCS是一種“分散式控制系統”,而 PLC 只是一 種控制“裝置”,兩者是“系統”與“裝 置”的區別。系統可以實現任何裝置的功能與協調, PLC 裝置只實現本單元所具備的功能。網絡方面, 網絡是控制系統的中樞神經。
DCS 系統如 HOLLiAS MACS 系統的網絡,由上至下分為系統網絡和控制網絡兩個層次,系統網絡實現現場控制站與 系統操作員站的互連,控制網絡實現現場控制站與智能 I/O 單元的通訊,信息傳輸實時可靠。
而 PLC 因為基本上都為個體工作,其在與別的 PLC 或上位機進行通訊時,所采用的網絡形式基本都是單網結構。在網絡安全上,PLC 沒有很好的保護措施。
DCS 在整個設計上留有大量的可擴展性接口,外接 系統或擴展系統都十分方便,PLC 所搭接的整個系統完成后,想隨意的增加或減少操作員站都是很難實現的。DCS 安全性為保證 DCS 控制設備的安全可靠, DCS 采用了雙冗余的控制單元,當重要控制單元出現故 障時,都會有相關的冗余單元實時無擾的切換為工作單 元,保證整個系統的安全可靠。
PLC 所搭接的系統基本沒有冗余的概念,就更談不上冗余控制策略。特別是當其某個PLC 單元發生故障時,不得不將整個系統停下來,才能進行更換維護并需重新編程。所以DCS系統要比PLC安全可靠性上高一個等級。DCS 與 PLC 硬件可靠性差不多。PLC 的優勢在于軟件方面，PLC 采用的是順序掃描機制,PLC 在高速的順序控制中占主導地位。PLC的循環周期在10ms 秒左右, 而DCS 控制站在500ms 左右。
DCS 實現順序聯鎖功能 相對于PLC來講是弱勢,且邏輯執行速度不如 PLC。相對而言,PLC 構成的系統成本更低。DCS 的現場控制站層通常采用集中式控制,盡管支持遠程分布式 I/O,但由于成本原因,很少采用。而PLC 基于現場總線的遠程分 布式 I/O 體積小更靈活易用,能有效地節省接線成本。
FCS控制系統與DCS控制系統的比較
可以說FCS 兼備了DCS 與 PLC的特點,而且跨出 了革命性的一步。
1) FCS是全開放的系統,其技術標準也是全開放的, FCS 的現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、不同品牌的產品,達到最佳的系統集成;DCS 系統是封閉的,各廠家的產品互不兼容。
2) FCS 的信號傳輸實現了全數字化,其通信可以從最底層的傳感器和執行器直到最高層,為企業的MES 和 ERP 提供強有力的支持,更重要的是它還可以對現場裝 置進行遠程診斷、維護和組態;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, 它提供的信息量也是有限的, 它不能對現場設備進 行遠程操作。
3）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場設備,實現了徹底的分散,系統擴展也變得十分容易;DCS 的分散只是到控制器一級, 它強調控制器的功能, 數據公路更是其關鍵。
4) FCS 的全數字化,控制系統精度高,可以達到土0.1％;而DCS 的信號系統是二進制或模擬式的,必須有A /D 、D/ A環節, 所以其控制精度為土 0.5 ％。
5) FCS 可以將PID閉環功能放到現場的變送器或執行器中,加上數字通信,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,從而改善了調節性能。
6) 由于 FCS 省去了大量的硬件設備、電纜和電纜安裝輔助設備, 節約了大量的安裝和調試費用, 所以它的造價要遠低于DCS。
FCS是一個開放的、完全分布式的、智能控制的系統。但傳統DCS、PLC系統已經被使用了幾十年來,發展成為一個實用型的、可靠性高的系統。隨著它們各自的發展,都有向對方靠攏的趨勢。像新型的 DCS 已有很強的順序控制功能;而新型的PLC,在處理閉環控制方面也不弱，并且兩者都能組成大型控制網絡。
隨著工業技術的快速發展,相繼出現了集散控制系統和現場總線控制系統, 一些行業當中有的人認為FCS 是由PLC發展而來的;另一些行業的人認為FCS又是由DCS發展而來的。FCS與 PLC及DCS之間既有密不可分的關聯, 又存在著本質的區別。
在工業過程控制中的三大控制系統,分別是PLC、DCS、FCS。
PLC控制器是一種數字運算操作的電子系統,專為工業環境下的應用而設計。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令,并通過數字式或模擬式輸入或輸出,控制各種類型的機械或生產過程。
DCS集散控制系統，又叫計算機分布式控制系統,它是20世紀70年代中期迅速發展起來的,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,也稱作4C技術，實現了對生產過程的監視、控制和管理。它既打破了常規控制儀表功能的局限性,又較好的解決了早期計算機系統對于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險性。
FCS 現場總線控制系統的核心是總線協議,基礎是數字智能現場設備,本質是信息處理現場化。
大型 PLC 構成的過程控制系統的基本特點
(1) 從上到下的結構,PLC 既可以作為獨立的 DCS, 也可以作為DCS的子系統。(2) PID 放在控制站中,可實現連續 PID 控制等各種功能。
(3) 可用一臺 PC 為主站,多臺同類型 PLC為從站; 也可用一臺 PLC 為主站,多臺同類型 PLC 為從站, 構成PLC網絡。
(4) 主要用于工控中的順序控制,新型PLC也兼有閉環控制功能。
DCS控制系統的基本特點
(1) 從上到下的樹狀系統,其中通信是關鍵。
(2) PID在中斷站中,中斷站聯結計算機與現場儀器 儀表與控制裝。
(3) 是樹狀拓撲和并行連續的鏈路結構,有大量電纜從中繼站并行到現場儀器儀表。
(4) 信號系統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)、現場 儀表(現場測控站)的三級結構。
FCS 控制系統的基本特點
(1)FCS是3C技術的融合。它適用于本質安全、危險區域、易變過程、難于對付的非常環境。
(2) 現場設備高度智能化,提供全數字信號;一條總線連接所有的設備。
(3) 從控制室到現場設備的雙向數字通信總線,是互聯的、雙向的、串行多節點、開放的數字通信系統取 代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統。
(4) 控制功能徹底分散。
DCS控制系統與PLC控制系統的比較
DCS是一種“分散式控制系統”,而 PLC 只是一 種控制“裝置”,兩者是“系統”與“裝 置”的區別。系統可以實現任何裝置的功能與協調, PLC 裝置只實現本單元所具備的功能。網絡方面, 網絡是控制系統的中樞神經。
DCS 系統如 HOLLiAS MACS 系統的網絡,由上至下分為系統網絡和控制網絡兩個層次,系統網絡實現現場控制站與 系統操作員站的互連,控制網絡實現現場控制站與智能 I/O 單元的通訊,信息傳輸實時可靠。
而 PLC 因為基本上都為個體工作,其在與別的 PLC 或上位機進行通訊時,所采用的網絡形式基本都是單網結構。在網絡安全上,PLC 沒有很好的保護措施。
DCS 在整個設計上留有大量的可擴展性接口,外接 系統或擴展系統都十分方便,PLC 所搭接的整個系統完成后,想隨意的增加或減少操作員站都是很難實現的。DCS 安全性為保證 DCS 控制設備的安全可靠, DCS 采用了雙冗余的控制單元,當重要控制單元出現故 障時,都會有相關的冗余單元實時無擾的切換為工作單 元,保證整個系統的安全可靠。
PLC 所搭接的系統基本沒有冗余的概念,就更談不上冗余控制策略。特別是當其某個PLC 單元發生故障時,不得不將整個系統停下來,才能進行更換維護并需重新編程。所以DCS系統要比PLC安全可靠性上高一個等級。DCS 與 PLC 硬件可靠性差不多。PLC 的優勢在于軟件方面，PLC 采用的是順序掃描機制,PLC 在高速的順序控制中占主導地位。PLC的循環周期在10ms 秒左右, 而DCS 控制站在500ms 左右。
DCS 實現順序聯鎖功能 相對于PLC來講是弱勢,且邏輯執行速度不如 PLC。相對而言,PLC 構成的系統成本更低。DCS 的現場控制站層通常采用集中式控制,盡管支持遠程分布式 I/O,但由于成本原因,很少采用。而PLC 基于現場總線的遠程分 布式 I/O 體積小更靈活易用,能有效地節省接線成本。
FCS控制系統與DCS控制系統的比較
可以說FCS 兼備了DCS 與 PLC的特點,而且跨出 了革命性的一步。
1) FCS是全開放的系統,其技術標準也是全開放的, FCS 的現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、不同品牌的產品,達到最佳的系統集成;DCS 系統是封閉的,各廠家的產品互不兼容。
2) FCS 的信號傳輸實現了全數字化,其通信可以從最底層的傳感器和執行器直到最高層,為企業的MES 和 ERP 提供強有力的支持,更重要的是它還可以對現場裝 置進行遠程診斷、維護和組態;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, 它提供的信息量也是有限的, 它不能對現場設備進 行遠程操作。
3）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場設備,實現了徹底的分散,系統擴展也變得十分容易;DCS 的分散只是到控制器一級, 它強調控制器的功能, 數據公路更是其關鍵。
4) FCS 的全數字化,控制系統精度高,可以達到土0.1％;而DCS 的信號系統是二進制或模擬式的,必須有A /D 、D/ A環節, 所以其控制精度為土 0.5 ％。
5) FCS 可以將PID閉環功能放到現場的變送器或執行器中,加上數字通信,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,從而改善了調節性能。
6) 由于 FCS 省去了大量的硬件設備、電纜和電纜安裝輔助設備, 節約了大量的安裝和調試費用, 所以它的造價要遠低于DCS。
FCS是一個開放的、完全分布式的、智能控制的系統。但傳統DCS、PLC系統已經被使用了幾十年來,發展成為一個實用型的、可靠性高的系統。隨著它們各自的發展,都有向對方靠攏的趨勢。像新型的 DCS 已有很強的順序控制功能;而新型的PLC,在處理閉環控制方面也不弱，并且兩者都能組成大型控制網絡。
