一文讀懂控制系統(tǒng)PLC、DCS、FCS

寧?kù)o致遠(yuǎn)5dk1vy 2024-11-11

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PLC、DCS、FCS都是什么

控制類產(chǎn)品名目繁多，各家叫法不一。通常使用的控制類產(chǎn)品包括DCS、PLC兩大類。我們又將DCS的概念拓展到FCS。

DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。

FCS（FieldBus Contorl Syestem），現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。它是用現(xiàn)場(chǎng)總線這一開(kāi)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。

PLC（Program Logic Control ）,可編程邏輯控制器。

FCS和DCS的詳細(xì)對(duì)比

FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來(lái)，不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，而且跨出了革命性的一步。目前新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢(shì)。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能;而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。

DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)數(shù)據(jù)總線是分散控制系統(tǒng)DCS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)總線自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)總線的媒體可以是:一對(duì)絞線、同軸電纜或光纖電纜。通過(guò)數(shù)據(jù)總線的設(shè)計(jì)參數(shù)，基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。

為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)總線。為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。目前在DCS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(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒(méi)有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。

圖傳統(tǒng)方式：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備與控制器之間連接采用一對(duì)一I/O連線方式

圖現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)：使用一根電纜連接所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

性能	FCS	DCS
結(jié)構(gòu)	一對(duì)多：一對(duì)傳輸線接多臺(tái)儀表，雙向傳輸多個(gè)信號(hào)。	一對(duì)一：一對(duì)傳輸線接一臺(tái)儀表，單向傳輸一個(gè)信號(hào)。
可靠性	可靠性好：數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精度高。	可靠性差：模擬信號(hào)傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。
失控狀態(tài)	操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備過(guò)現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作情況，也能對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測(cè)或?qū)ふ夜收希乖O(shè)備始終處于操作員的過(guò)程監(jiān)控與可控狀態(tài)之中。	操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作情況，也不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測(cè)故障，導(dǎo)致操作員對(duì)儀表處于“失控”狀態(tài)。
控制	控制功能分散在各個(gè)智能儀器中。	所有的控制功能集中在控制站中。
互換性	用戶可以自由選擇不同制造商提供的性能價(jià)格比最優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表，并將不同品牌的儀表互連，實(shí)現(xiàn)“即插即用”。	盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（4~20mA DC），可是大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表互換性差。
儀表	智能儀表除了具有模擬儀表的檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ芡猓€具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運(yùn)算能力。	模擬儀表只具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/span>
通信方式	采用雙數(shù)字化、雙向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。從最底層的傳感器、變送器和?zhí)行器就采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直到最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。多條分支通信線延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用來(lái)連接現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字儀表，采用一對(duì)N連接。	采用層次化的體系結(jié)構(gòu)，通信網(wǎng)絡(luò)分布于各層并采用數(shù)字通信方式，唯有生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)層的常規(guī)模擬儀表仍然是一對(duì)一模擬信號(hào)（如4~20mA DC）傳輸方式，是一個(gè)“半數(shù)字信號(hào)”系統(tǒng)。
分散控制	廢棄了DCS的輸入/輸出單元，由現(xiàn)場(chǎng)儀表取而代之，即把DCS控制站的功能化整為零，功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)總線上的數(shù)字儀表，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。	生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的模擬儀表集中接于輸入/輸出單元，而與控制有關(guān)的輸入、輸出、控制、運(yùn)算等功能塊都集中于DCS的控制站內(nèi)。DCS只是一個(gè)“半分散”系統(tǒng)。
互操作性	現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只要采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的產(chǎn)品既可互聯(lián)也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，從而徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性，具有很好的可集成性。	現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備都是各制造商自行研制開(kāi)發(fā)的，不同廠商的產(chǎn)品由于通信協(xié)議的專有與不兼容，彼此難以互聯(lián)、互操作。

PLC和DCS

PLC：

從開(kāi)關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)送處理，是從下往上的
連續(xù)PID控制等多功能，PID在中斷站中。
可用一臺(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型PLC為從站。
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(shuō)明書格式寫就行。
PLC網(wǎng)格既可作為獨(dú)立DCS，也可作為DCS的子系統(tǒng)。
PLC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。

DCS：

分散控制系統(tǒng)DCS集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。
從上到下的樹(shù)狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（Communication）是關(guān)鍵。
PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置是樹(shù)狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。
模擬信號(hào)，A/D—D/A、帶微處理器的混合。
一臺(tái)儀表一對(duì)線接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN。
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)。用于大規(guī)模的連續(xù)過(guò)程控制，如石化等。

業(yè)內(nèi)人士細(xì)說(shuō)PLC與DCS區(qū)別

PLC與DCS無(wú)法比較，PLC是控制器，是孤立的產(chǎn)品，而DCS是系統(tǒng)。但PLC可以與DCS的控制站比較，PLC的循環(huán)周期在10毫秒左右，而DCS控制站在500毫秒左右，PLC的開(kāi)放性更好，作為產(chǎn)品其獨(dú)立工作的能力更強(qiáng)。

—— OMRON公司

DCS是一個(gè)系統(tǒng)包括上位軟件、網(wǎng)絡(luò)與控制器，而PLC只是一個(gè)控制器，要構(gòu)成系統(tǒng)還需要上位SCADA系統(tǒng)和與之相連的網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)PID回路控制，現(xiàn)在三菱的過(guò)程控制器也可以實(shí)現(xiàn)象SAMA組態(tài)一樣的FBD編程；DCS系統(tǒng)更大，控制的回路數(shù)目更多，有比較多的控制和算法，可以完成比較復(fù)雜的回路間的控制。硬件可靠性差不多。DCS可以做到I/O的冗余，PLC則不可以。相對(duì)而言，PLC構(gòu)成的系統(tǒng)成本更低?！　?

—— 三菱電機(jī)自動(dòng)化精密控制部經(jīng)理

DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”，硬件上包括現(xiàn)場(chǎng)控制器、操作員站計(jì)算機(jī)、工程師站計(jì)算機(jī)，以及聯(lián)系他們的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；DCS軟件上是一個(gè)整體方案，解決的是一個(gè)系統(tǒng)的所有技術(shù)問(wèn)題，系統(tǒng)各部分之間結(jié)合嚴(yán)密?！?/span>

PLC是一個(gè)裝置，硬件上等同于DCS中的現(xiàn)場(chǎng)控制器；軟件上是一個(gè)局部方案，站與站之間組織松散。　　

—— 貝加萊負(fù)責(zé)APROL產(chǎn)品應(yīng)用開(kāi)發(fā)的技術(shù)經(jīng)理

分析DCS與PLC的區(qū)別，最關(guān)鍵的是兩點(diǎn)，一是DCS是分布式控制，擁有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)；二是PLC是順序掃描機(jī)制，DCS是以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制。我們的系統(tǒng)符合第一點(diǎn)，例如一個(gè)I/O標(biāo)簽的修改，在HMI也可以同步體現(xiàn)?！　?

——羅克韋爾自動(dòng)化過(guò)程市場(chǎng)產(chǎn)品經(jīng)理

看漫畫，讀懂PLC與DCS

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