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PLC、DCS、FCS三大工業(yè)控制系統(tǒng)
隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,相繼出現(xiàn)了集散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng), 一些行業(yè)當(dāng)中有的人認(rèn)為FCS 是由PLC發(fā)展而來的;另一些行業(yè)的人認(rèn)為FCS又是由DCS發(fā)展而來的。FCS與 PLC及DCS之間既有密不可分的關(guān)聯(lián), 又存在著本質(zhì)的區(qū)別。
在工業(yè)過程控制中的三大控制系統(tǒng),分別是PLC、DCS、FCS。
PLC控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字式或模擬式輸入或輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。
DCS集散控制系統(tǒng)，又叫計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng),它是20世紀(jì)70年代中期迅速發(fā)展起來的,它把控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像顯示技術(shù) 以及通信技術(shù)結(jié)合起來,也稱作4C技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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性,又較好的解決了早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理和控制作用過于集中帶來的危險(xiǎn)性。
FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化。
大型 PLC 構(gòu)成的過程控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)
(1) 從上到下的結(jié)構(gòu),PLC 既可以作為獨(dú)立的 DCS, 也可以作為DCS的子系統(tǒng)。(2) PID 放在控制站中,可實(shí)現(xiàn)連續(xù) PID 控制等各種功能。
(3) 可用一臺(tái) PC 為主站,多臺(tái)同類型 PLC為從站; 也可用一臺(tái) PLC 為主站,多臺(tái)同類型 PLC 為從站, 構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。
(4) 主要用于工控中的順序控制,新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。
DCS控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)
(1) 從上到下的樹狀系統(tǒng),其中通信是關(guān)鍵。
(2) PID在中斷站中,中斷站聯(lián)結(jié)計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器 儀表與控制裝。
(3) 是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu),有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。
(4) 信號(hào)系統(tǒng)包括開關(guān)量信號(hào)和模擬信號(hào)。
(5) 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)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。
FCS 控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)
(1)FCS是3C技術(shù)的融合。它適用于本質(zhì)安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程、難于對(duì)付的非常環(huán)境。
(2) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高度智能化,提供全數(shù)字信號(hào);一條總線連接所有的設(shè)備。
(3) 從控制室到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(diǎn)、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取 代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。
(4) 控制功能*分散。
DCS控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的比較
DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”,而 PLC 只是一 種控制“裝置”,兩者是“系統(tǒng)”與“裝 置”的區(qū)別。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào), PLC 裝置只實(shí)現(xiàn)本單元所具備的功能。網(wǎng)絡(luò)方面, 網(wǎng)絡(luò)是控制系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。
DCS 系統(tǒng)如 HOLLiAS MACS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò),由上至下分為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)層次,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與 系統(tǒng)操作員站的互連,控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制站與智能 I/O 單元的通訊,信息傳輸實(shí)時(shí)可靠。
而 PLC 因?yàn)榛旧隙紴閭€(gè)體工作,其在與別的 PLC 或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí),所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)安全上,PLC 沒有很好的保護(hù)措施。
DCS 在整個(gè)設(shè)計(jì)上留有大量的可擴(kuò)展性接口,外接 系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便,PLC 所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后,想隨意的增加或減少操作員站都是很難實(shí)現(xiàn)的。DCS 安全性為保證 DCS 控制設(shè)備的安全可靠, DCS 采用了雙冗余的控制單元,當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故 障時(shí),都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無擾的切換為工作單 元,保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。
PLC 所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念,就更談不上冗余控制策略。特別是當(dāng)其某個(gè)PLC 單元發(fā)生故障時(shí),不得不將整個(gè)系統(tǒng)停下來,才能進(jìn)行更換維護(hù)并需重新編程。所以DCS系統(tǒng)要比PLC安全可靠性上高一個(gè)等級(jí)。DCS 與 PLC 硬件可靠性差不多。PLC 的優(yōu)勢(shì)在于軟件方面，PLC 采用的是順序掃描機(jī)制,PLC 在高速的順序控制中占主導(dǎo)地位。PLC的循環(huán)周期在10ms 秒左右, 而DCS 控制站在500ms 左右。
DCS 實(shí)現(xiàn)順序聯(lián)鎖功能 相對(duì)于PLC來講是弱勢(shì),且邏輯執(zhí)行速度不如 PLC。相對(duì)而言,PLC 構(gòu)成的系統(tǒng)成本更低。DCS 的現(xiàn)場(chǎng)控制站層通常采用集中式控制,盡管支持遠(yuǎn)程分布式 I/O,但由于成本原因,很少采用。而PLC 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程分 布式 I/O 體積小更靈活易用,能有效地節(jié)省接線成本。
FCS控制系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)的比較
可以說FCS 兼?zhèn)淞薉CS 與 PLC的特點(diǎn),而且跨出 了革命性的一步。
1) FCS是全開放的系統(tǒng),其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是全開放的, FCS 的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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,達(dá)到j(luò)ia的系統(tǒng)集成;DCS 系統(tǒng)是封閉的,各廠家的產(chǎn)品互不兼容。
2) FCS 的信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化,其通信可以從di層的傳感器和執(zhí)行器直到gao層,為企業(yè)的MES 和 ERP 提供強(qiáng)有力的支持,更重要的是它還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝 置進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)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, 它提供的信息量也是有限的, 它不能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn) 行遠(yuǎn)程操作。
3）FCS 的結(jié)構(gòu)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(chǎng)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了*的分散,系統(tǒng)擴(kuò)展也變得十分容易;DCS 的分散只是到控制器一級(jí), 它強(qiáng)調(diào)控制器的功能, 數(shù)據(jù)公路更是其關(guān)鍵。
4) FCS 的全數(shù)字化,控制系統(tǒng)精度高,可以達(dá)到土0.1％;而DCS 的信號(hào)系統(tǒng)是二進(jìn)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 ％。
5) FCS 可以將PID閉環(huán)功能放到現(xiàn)場(chǎng)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。
6) 由于 FCS 省去了大量的硬件設(shè)備、電纜和電纜安裝輔助設(shè)備, 節(jié)約了大量的安裝和調(diào)試費(fèi)用, 所以它的造價(jià)要遠(yuǎn)低于DCS。
FCS是一個(gè)開放的、*分布式的、智能控制的系統(tǒng)。但傳統(tǒng)DCS、PLC系統(tǒng)已經(jīng)被使用了幾十年來,發(fā)展成為一個(gè)實(shí)用型的、可靠性高的系統(tǒng)。隨著它們各自的發(fā)展,都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢(shì)。像新型的 DCS 已有很強(qiáng)的順序控制功能;而新型的PLC,在處理閉環(huán)控制方面也不弱，并且兩者都能組成大型控制網(wǎng)絡(luò)。