論P(yáng)LCDCSFCS三大控制系統(tǒng)

【摘要】PLC DCS和FCS三大控制系統(tǒng)是工業(yè)過程的控制系統(tǒng)，這三大系統(tǒng)各自有著自己的特點(diǎn)，相互之間有著本質(zhì)的差異，但是還存在著一些聯(lián)系，在工業(yè)控制系統(tǒng)中，我們要正確的看待這三大控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】PLC；DCS；FCS；特點(diǎn)

從美國的數(shù)字公司研制出可編程程序控制器那時(shí)起，可編程控制器就引起了人們的廣泛關(guān)注，隨著世界工業(yè)技術(shù)的的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了許多控制系統(tǒng)。其中FCS作為實(shí)用化的控制系統(tǒng)，經(jīng)過20多年的發(fā)展已經(jīng)成為了自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)正在快速的發(fā)展。有的行業(yè)FCS是從PLC發(fā)展過來的，有的卻是由DCS發(fā)展過來的，這三大系統(tǒng)既各自有著自己的特點(diǎn)，相互之間存在著聯(lián)系，又有著根本的差別。

一、三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

在工業(yè)的過程控制中分別有PLC和DCS以及FCS這三大控制系統(tǒng)，我們分別的了解一下它們各自的特點(diǎn)。

1.PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)

可編程控制器PLC是專門為工業(yè)環(huán)境運(yùn)用而設(shè)置的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它使用了一種可編程的存儲(chǔ)器，這種存儲(chǔ)器可用來內(nèi)部存儲(chǔ)程序和執(zhí)行邏輯運(yùn)算以及計(jì)算操作等等將各種指令傳達(dá)給用戶，并且利用模擬式或是數(shù)字式來進(jìn)行輸入輸出，最終實(shí)現(xiàn)控制各種機(jī)械或者生產(chǎn)過程的目的。PLC比較適合在以開關(guān)量為主的系統(tǒng)中使用，因?yàn)樗畛踝畛跏菫榱舜鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)而研發(fā)的。現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的功能也得到了很大的改變，甚至于能完成DCS的功能。此外，由于PLC在價(jià)格上相對(duì)來說比較便宜，使得PLC系統(tǒng)在工業(yè)的很多控制系統(tǒng)中也得到了使用。由大型的PLC構(gòu)成的很多的控制系統(tǒng)的要點(diǎn)如下。

（1）在上下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，PLC可以當(dāng)作DCS的子系統(tǒng)來使用，也可以被當(dāng)作獨(dú)立的DCS使用。

（2）如果把PID放在控制系統(tǒng)中，就能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)PID控制等各種的功能。

（3）可以用PC作為控制系統(tǒng)的主戰(zhàn)，把許多的同類型的PLC作為從站，還可以采用PLC作為主戰(zhàn)，把許多的同類型的PLC作為從站，形成一個(gè)PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

（4）現(xiàn)在出現(xiàn)的新型的PLC系統(tǒng)也有了閉環(huán)控制的功能，但是PLC主要還是用于工業(yè)過程控制中的順序控制。

2.DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)

集散控制系統(tǒng)DCS又叫做計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)，它是上個(gè)世紀(jì)七十年代快速發(fā)展起來的一種控制系統(tǒng)。DCS控制系統(tǒng)不但改變了傳統(tǒng)的控制儀表的局限性，而且還解決了對(duì)于初期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信息以及控制作用等過于集中帶來的那些問題，它結(jié)合了控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理。在集散控制系統(tǒng)DCS中，測(cè)量和變送以及執(zhí)行基本上都是依靠模擬儀表實(shí)現(xiàn)的，它們和在監(jiān)控用的計(jì)算機(jī)共同組成了模擬和數(shù)字混合性的控制系統(tǒng)，這種混合控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)比較高級(jí)復(fù)雜的生產(chǎn)過程的控制。DCS控制系統(tǒng)主要運(yùn)用于如石化以及電力這些大規(guī)模的連續(xù)過程控制系統(tǒng)，它的核心是通信。集散控制系統(tǒng)DCS的基本的要點(diǎn)闡述如下幾個(gè)方面。

（1）在從上到寫的樹狀結(jié)構(gòu)中，其中通信是最關(guān)鍵的部分。

（2）PID存在于系統(tǒng)中的中斷站，中斷站的作用是連接計(jì)算機(jī)與控制裝置以及現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表。

（3）集散控制系統(tǒng)DCS中有大量的電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的樹狀拓?fù)湟约安⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)。

（4）信號(hào)系統(tǒng)主要有兩大種類，即開關(guān)量信號(hào)和模擬信號(hào)。

3.FCS系統(tǒng)的特點(diǎn)

總線協(xié)議是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS的核心，F(xiàn)CS系統(tǒng)是在PLC和DCS的功能基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù)，數(shù)字智能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是它的基礎(chǔ)，信息處理的現(xiàn)場(chǎng)化是它的本質(zhì)。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中所謂的現(xiàn)場(chǎng)大部分是指現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，并不是平常我們認(rèn)為的位置，它是從控制室連接到連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的雙向數(shù)字通信的總線。擁有總線標(biāo)準(zhǔn)是FCS系統(tǒng)最重要一個(gè)特點(diǎn)，對(duì)于相同類型的總線，想要確定相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)的設(shè)備，只要確定了總線協(xié)議就會(huì)實(shí)現(xiàn)。FCS系統(tǒng)不但是一個(gè)開放的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而且是一個(gè)開放的全分布式的控制系統(tǒng)。它的基本要點(diǎn)如下所述。

（1）FCS是將Communication和Computer以及Control三大技術(shù)相融合形成的控制系統(tǒng)。它可以用于危險(xiǎn)過程易變的區(qū)域以及難以應(yīng)付的那些非常環(huán)境中。

（2）現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備都是一條總線可以連接所有的設(shè)備，可以提供全數(shù)字的信號(hào)的高度智能化設(shè)備。

（3）在FCS系統(tǒng)中，從控制室到到現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備之間的總線都是用了雙向的數(shù)字通信，代替了過去的單向并行的封閉模擬系統(tǒng)。這種雙向的開放式數(shù)字通信系統(tǒng)具有互聯(lián)的以及串行多節(jié)點(diǎn)等許多優(yōu)點(diǎn)。

（4）在FCS系統(tǒng)中，分散了控制功能。

二、三大控制系統(tǒng)間的聯(lián)系與差別

1.DCS與PLC的比較

PLC是可編程控制器，是一種進(jìn)行控制的裝置，而DCS是分散式控制系統(tǒng)，一種系統(tǒng)可以擁有任何裝置的功能作用并且可以對(duì)其進(jìn)行各方面的協(xié)調(diào)，PLC裝置只能擁有本單元的那些功能，這是PLC和DCS的本質(zhì)差別。

網(wǎng)絡(luò)是控制系統(tǒng)地中樞神經(jīng)，PLC和DCS系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)方面也存在著很大的差別。比如說DCS系統(tǒng)中的一種網(wǎng)絡(luò)，從上到下依次可以分為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)。其中完成了系統(tǒng)的操作員和現(xiàn)場(chǎng)控制站之間的聯(lián)系的是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。完成現(xiàn)場(chǎng)控制站與智能單元之間的信息等的傳遞更加準(zhǔn)時(shí)可靠的則是控制網(wǎng)絡(luò)。然而PLC系統(tǒng)基本上都是單體工作，其它的PLC或者上位機(jī)和它的通訊聯(lián)絡(luò)，所使用的基本上都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)形式。PLC系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)安全上并沒有做好保護(hù)措施。

DCS系統(tǒng)采用了雙冗余控制單元，保證了控制設(shè)備能夠安全可靠，一旦有某個(gè)重要的控制單元出現(xiàn)了問題，那么相關(guān)的雙冗余單元就會(huì)及時(shí)地切換為工作單元，從而可以使整個(gè)單元系統(tǒng)安全又可靠。PLC系統(tǒng)則不存在冗余控制單元，所以如果某個(gè)PLC單元發(fā)生故障，則整個(gè)系統(tǒng)就必須全部停止工作，才能夠進(jìn)行更新維護(hù)以及編程。所以DCS系統(tǒng)要比PLC在安全可靠這方面更上一個(gè)等級(jí)。

PLC和DCS系統(tǒng)之間的硬件可靠性差不多。PLC系統(tǒng)在軟件方面使用的是順序掃描的機(jī)制，可以在快速的順序控制中占有主要的地位。DCS系統(tǒng)在順序聯(lián)鎖功能方面不如PLC系統(tǒng)，并且它的邏輯執(zhí)行速度也不如PLC系統(tǒng)。

2.FCS與DCS的比較

基本上可以說，F(xiàn)CS系統(tǒng)擁有DCS和PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)，并且更加先進(jìn)。FCS的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可相互操作，裝置也是可以兼容的，因?yàn)镕CS是一個(gè)開放性的系統(tǒng)，它的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是開放的，所以用戶可以使用不同廠商的產(chǎn)品，形成最佳系統(tǒng)，而DCS是一個(gè)封閉系統(tǒng)，各個(gè)廠家的產(chǎn)品是互不相容的。

由于FCS系統(tǒng)的信息可以從最底層傳輸?shù)阶罡邔?，?shí)現(xiàn)了FCS系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)娜珨?shù)字化，這對(duì)企業(yè)的MES以及ERP等提供了有力的后盾支持，并且它還能夠完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷以及維護(hù)。DCS的通信功能是有限制的，雖然說可以連接到網(wǎng)絡(luò)，但是無法連接到底層，只能提供部分信息，而且不能對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

FCS系統(tǒng)的全數(shù)字化可以使控制系統(tǒng)地精度提高，甚至高達(dá)0.1%，然而DCS系統(tǒng)只能達(dá)到0.5%。由于FCS省去了大量的硬件設(shè)備，可以省去大量的安裝調(diào)試費(fèi)用，所以它的費(fèi)用也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于DCS系統(tǒng)的費(fèi)用。

三、結(jié)束語

每一種的控制系統(tǒng)都有自己的特點(diǎn)，所以各個(gè)技術(shù)之間的相互融合度會(huì)大大的超過它的排斥度，這三大控制系統(tǒng)也是如此。FCS系統(tǒng)是一開放的智能控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的DCS以及PLC也幾經(jīng)使用了很多年，已經(jīng)逐漸發(fā)展成了實(shí)用可靠的系統(tǒng)，它們隨著各自的發(fā)展，技術(shù)功能方面就會(huì)相互靠近。就像現(xiàn)在新出現(xiàn)的DCS系統(tǒng)的順序控制功能已經(jīng)很強(qiáng)了，新研發(fā)的PLC系統(tǒng)也逐漸的能夠處理閉環(huán)控制方面了。

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作者簡(jiǎn)介：王曉峰（1980—），山西焦煤運(yùn)城鹽化集團(tuán)責(zé)任有限公司助理工程師。