隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展,相繼出現了集散控制系統和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統, 一些行業(yè)當中有的人認為FCS 是由PLC發(fā)展而來(lái)的;另一些行業(yè)的人認為FCS又是由DCS發(fā)展而來(lái)的。FCS與 PLC及DCS之間既有密不可分的關(guān)聯(lián), 又存在著(zhù)本質(zhì)的區別。

在工業(yè)過(guò)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(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類(lèi)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(shí)、計數與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令,并通過(guò)數字式或模擬式輸入或輸出,控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)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(fā)展起來(lái)的,它把控制技術(shù)、計算機技術(shù)、圖像顯示技術(shù) 以及通信技術(shù)結合起來(lái),也稱(chēng)作4C技術(shù)，實(shí)現了對生產(chǎn)過(guò)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(guò)于集中帶來(lái)的危險性。

    FCS 現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的核心是總線(xiàn)協(xié)議,基礎是數字智能現場(chǎng)設備,本質(zhì)是信息處理現場(chǎng)化。

大型 PLC 構成的過(guò)程控制系統的基本特點(diǎn)

(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(shí)現連續 PID 控制等各種功能。

(3) 可用一臺 PC 為主站,多臺同類(lèi)型 PLC為從站; 也可用一臺 PLC 為主站,多臺同類(lèi)型 PLC 為從站, 構成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控制系統的基本特點(diǎn)

(1) 從上到下的樹(shù)狀系統,其中通信是關(guān)鍵。

(2) PID在控制器中，連接計算機與現場(chǎng)儀器儀表。

(3) 是樹(shù)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(chǎng)儀器儀表。

(4) 信號系統包括開(kāi)關(guān)量信號和模擬信號。

(5) DCS一般是由現場(chǎng)儀表層、控制裝置單元層、工廠(chǎng)（車(chē)間）層、和企業(yè)管理層構成。

    傳統DCS--現場(chǎng)級設備與控制器之間連接采用一對一I/O連線(xiàn)方式

FCS 控制系統的基本特點(diǎn)

(1)FCS是3C技術(shù)的融合。它適用于本質(zhì)安全、危險區域、易變過(guò)程、難于對付的非常環(huán)境。

(2) 現場(chǎng)設備高度智能化,提供全數字信號;一條總線(xiàn)連接所有的設備。

(3) 從控制室到現場(chǎng)設備的雙向數字通信總線(xiàn),是互聯(lián)的、雙向的、串行多節點(diǎn)、開(kāi)放的數字通信系統取 代單向的、單點(diǎn)、并行、封閉的模擬系統。

(4) 控制功能徹底分散。

現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)：使用一根電纜連接所有現場(chǎng)設備

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(shí)現任何裝置的功能與協(xié)調, PLC 裝置只實(shí)現本單元所具備的功能。網(wǎng)絡(luò )方面, 網(wǎng)絡(luò )是控制系統的中樞神經(jīng)。

     DCS 系統如 HOLLiAS MACS 系統的網(wǎng)絡(luò ),由上至下分為系統網(wǎng)絡(luò )和控制網(wǎng)絡(luò )兩個(gè)層次,系統網(wǎng)絡(luò )實(shí)現現場(chǎng)控制站與 系統操作員站的互連,控制網(wǎng)絡(luò )實(shí)現現場(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 因為基本上都為個(gè)體工作,其在與別的 PLC 或上位機進(jìn)行通訊時(shí),所采用的網(wǎng)絡(luò )形式基本都是單網(wǎng)結構。在網(wǎng)絡(luò )安全上,PLC 沒(méi)有很好的保護措施。

    DCS 在整個(gè)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(gè)系統完成后,想隨意的增加或減少操作員站都是很難實(shí)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(shí),都會(huì )有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無(wú)擾的切換為工作單 元,保證整個(gè)系統的安全可靠。

    PLC 所搭接的系統基本沒(méi)有冗余的概念,就更談不上冗余控制策略。特別是當其某個(gè)PLC 單元發(fā)生故障時(shí),不得不將整個(gè)系統停下來(lái),才能進(jìn)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(gè)等級。DCS 與 PLC 硬件可靠性差不多。PLC 的優(yōu)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(huán)周期在10ms 秒左右, 而DCS 控制站在500ms 左右。

    DCS 實(shí)現順序聯(lián)鎖功能 相對于PLC來(lái)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(chǎng)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(chǎng)總線(xiàn)的遠程分 布式 I/O 體積小更靈活易用,能有效地節省接線(xiàn)成本。

FCS控制系統與DCS控制系統的比較

可以說(shuō)FCS 兼備了DCS 與 PLC的特點(diǎn),而且跨出 了革命性的一步。

1) FCS是全開(kāi)放的系統,其技術(shù)標準也是全開(kāi)放的, FCS 的現場(chǎng)設備具有互操作性,裝置互相兼容,因此用戶(hù) 可以選擇不同廠(chǎng)商、不同品牌的產(chǎn)品,達到最佳的系統集成;DCS 系統是封閉的,各廠(chǎng)家的產(chǎn)品互不兼容。

2) FCS 的信號傳輸實(shí)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(yè)的MES 和 ERP 提供強有力的支持,更重要的是它還可以對現場(chǎng)裝 置進(jìn)行遠程診斷、維護和組態(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, 它不能對現場(chǎng)設備進(jìn) 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(chǎng)設備,實(shí)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(guān)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(jìn)制或模擬式的,必須有A /D 、D/ A環(huán)節, 所以其控制精度為土 0.5 ％。

5) FCS 可以將PID閉環(huán)功能放到現場(chǎng)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(jià)要遠低于DCS。

FCS是一個(gè)開(kāi)放的、完全分布式的、智能控制的系統。但傳統DCS、PLC系統已經(jīng)被使用了幾十年來(lái),發(fā)展成為一個(gè)實(shí)用型的、可靠性高的系統。隨著(zhù)它們各自的發(fā)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(huán)控制方面也不弱，并且兩者都能組成大型控制網(wǎng)絡(luò )。