随着工业技术的飞速发展,集散控制系统、现场控制系统相继出现。在工业过程控制中,三大控制系统分别是PLC、DCS、FCS。有人认为FCS是由PLC发展而来,也有人认为FCS是由DCS发展而来。FCS、PLC、DCS三者之间有着密切的关系,但也存在着一些区别。
PLC是专为工业应用而设计的数字计算电子系统,它使用可编程存储器来存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算和面向用户的指令,通过数字或模拟的输入或输出来控制各种类型的机械或生产过程。
DCS,即分布式控制系统,于1970年代中期迅速发展起来,集控制技术、计算机技术、图像显示技术和通讯技术于一体,又称4C技术,可实现对生产过程的监视、控制和管理。DCS打破了传统控制仪表功能的局限性,解决了早期计算机系统信息、管理和控制功能过于集中的弊端。
FCS,即现场总线控制系统,以总线协议为中心,以数字化智能现场设备为基础,本质上实现了信息处理的分散化。
基于大型 PLC 的过程控制系统的主要特点包括:
- 分层结构,其中 PLC 可以作为独立的 DCS 或 DCS 的子系统运行。
- 控制站中的 PID 控制可实现各种功能,例如连续 PID 控制。
- 采用单台PC机作为主站,多台同类PLC作为从站或组成PLC网络。
- 主要用于工业自动化中的顺序控制,较新的 PLC 结合了闭环控制功能。
DCS 控制系统的主要特性包括:
- 分层树状系统结构,通信至关重要。
- 控制器中的 PID 控制,将计算机与现场仪表连接起来。
- 采用树状并行连续链路结构,众多电缆从中继站延伸至现场仪表。
- 信号系统包括数字信号和模拟信号。
- 通常由现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层、企业管理层组成。
FCS 控制系统的主要特点包括:
- 融合3C技术,适用于本质安全、危险区域、动态过程和具有挑战性的非标准环境。
- 高度智能的现场设备提供全数字信号,并通过单条总线连接所有设备。
- 从控制室到现场设备的双向数字通信总线,取代单向、单点、并行、封闭的模拟系统。
- 完全分散的控制功能。
DCS与PLC控制系统的比较:
DCS是分散控制系统,PLC只是控制装置,突出了系统与设备的区别,网络是控制系统的中枢神经。
HOLLiAS-MACS等DCS系统的网络分为系统网络和控制网络,系统网络连接现场控制站与系统操作员站,控制网络连接现场控制站与智能I/O单元,保证信息传输的实时性、可靠性。
PLC一般作为独立单元工作,其通信网络通常为单网结构,与DCS相比,PLC缺乏强大的安全措施。
DCS 提供广泛的可扩展性接口,可轻松集成外部或扩展系统,而在 PLC 系统中添加或删除操作员站则具有挑战性。DCS 通过双冗余控制单元确保控制设备的安全性和可靠性,在主单元发生故障时可无缝切换。
PLC 系统缺乏冗余概念和策略,当 PLC 单元发生故障时,系统会停止运行,需要关闭系统、进行维护和重新编程。与 PLC 相比,DCS 具有更高的安全性和可靠性。DCS 和 PLC 的硬件可靠性相似,但 PLC 在软件方面更胜一筹,其顺序扫描机制主导着高速顺序控制。PLC 的周期约为 10 毫秒,而 DCS 控制站的运行周期约为 500 毫秒。
DCS顺序联锁功能相对PLC较弱,逻辑执行速度较慢,基于PLC的系统性价比较高,DCS一般在现场控制站层采用集中控制,远程分布式I/O受成本制约较少采用,基于现场总线远程分布式I/O的PLC体积更小,灵活性更高,使用方便,节省接线成本。
这是对 DCS 和 PLC 控制系统比较的全面概述。
FCS控制系统与DCS控制系统的比较
可以说FCS综合了DCS和PLC两者的特点,迈出了革命性的一步。
图像
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FCS是一个开放的系统,具有开放的技术标准,FCS的现场设备可以互操作、兼容,用户可以选择不同厂家、不同品牌的产品,实现系统的最佳集成;而DCS系统是封闭的,不同厂家的产品互不兼容。
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FCS信号传输为全数字化,从最底层的传感器、执行器到最上层都可以实现通信,为企业MES、ERP提供强有力的支持。更重要的是,FCS可以实现现场设备的远程诊断、维护、配置。DCS通信能力有限,虽然可以接入互联网,但与底层的连接性较差,提供的信息有限,无法对现场设备进行远程操作。
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FCS的结构是完全分散的,取消了DCS中的I/O单元和控制站,将控制功能下放到现场设备,实现了彻底的分散化,系统扩展也十分方便。而DCS的分散化只延伸到控制器层,强调控制器的功能,数据通路至关重要。
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FCS为全数字化系统,控制系统精度较高,精度可达±0.1%左右;而DCS信号系统为二进制或模拟量,需经过A/D、D/A转换,控制精度约为±0.5%。
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FCS 可以将 PID 闭环功能整合到现场变送器或执行器中,结合数字通信,减少采样和控制周期。这种增强功能可将控制性能从 DCS 中的每秒 2-5 次提高到 FCS 中的每秒 10-20 次。
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通过省去大量硬件设备、电缆及电缆安装辅助设备,FCS节省了安装和调试费用,比DCS具有明显的成本效益。
FCS是一种开放式、全分布式智能控制系统。传统的DCS和PLC系统经过几十年的发展,已经发展成为实用、高可靠性的系统。随着各自的发展,两者有融合的趋势。例如,新的DCS系统具有强大的顺序控制能力,而现代的PLC也擅长闭环控制,并且都可以组成大型控制网络。