隨著工業(yè)技術的快速發(fā)展,相繼出現了集散控制系統(tǒng)和現場總線控制系統(tǒng), 一些行業(yè)當中有的人認為FCS 是由PLC發(fā)展而來的;另一些行業(yè)的人認為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聯(lián), 又存在著本質的區(qū)別。
DCS(Distributed Contorl System),集散控制系統(tǒng),又稱分布式控制系統(tǒng),是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種計算機控制系統(tǒng),它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來的。
FCS(FieldBus Contorl Syestem),現場總線控制系統(tǒng)。它是用現場總線這一開放的、具有互操作性的網絡將現場各個控制器和儀表及儀表設備互聯(lián),構成現場總線控制系統(tǒng),同時控制功能徹底下放到現場,降低了安裝成本和維修費用。
PLC(Program Logic Control ),可編程邏輯控制器。
FCS和DCS的詳細對比
FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來,不僅具備DCS與PLC的特點,而且跨出了革命性的一步。目前新型的DCS與新型的PLC,都有向對方靠攏的趨勢。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)控制方面也不差,并且兩者都能組成大型網絡,DCS與PLC的適用范圍,已有很大的交叉。
DCS系統(tǒng)的關鍵是通信。也可以說數據總線是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網絡,因此,數據總線自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數據總線的媒體可以是:一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。通過數據總線的設計參數,基本上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。
為保證通信的完整,大部分DCS廠家都能提供冗余數據總線。為了保證系統(tǒng)的安全性,使用了復雜的通信規(guī)約和檢錯技術。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則,用以保證所傳輸的數據被接收,并且被理解得和發(fā)送的數據一樣。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,同步通信依靠一個時鐘信號來調節(jié)數據的傳輸和接收,異步網絡采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。
圖 傳統(tǒng)方式:現場級設備與控制器之間連接采用一對一I/O連線方式
圖 現場總線技術:使用一根電纜連接所有現場設備
性能 | FCS | DCS |
結構 | 一對多:一對傳輸線接多臺儀表,雙向傳輸多個信號。 | 一對一:一對傳輸線接一臺儀表,單向傳輸一個信號。 |
可靠性 | 可靠性好:數字信號傳輸抗干擾能力強,精度高。 | 可靠性差:模擬信號傳輸不僅精度低,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場設備過現場儀表的工作情況,也能對設備進行參數調整,還可以預測或尋找故障,使設備始終處于操作員的過程監(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,也不能對其進行參數調整,更不能預測故障,導致操作員對儀表處于“失控”狀態(tài)。 |
控制 | 控制功能分散在各個智能儀器中。 | 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格比最優(yōu)的現場設備和儀表,并將不同品牌的儀表互連,實現“即插即用”。 | 盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號標準(4~20mADC),可是大部分技術參數仍由制造廠自定,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、變換、補償等功能外,還具有數字通信能力,并且具有控制和運算能力。 | 模擬儀表只具有檢測、變換、補償等功能。 |
通信方式 | 采用雙數字化、雙向傳輸的通信方式。從最底層的傳感器、變送器和執(zhí)行器就采用現場總線網絡,逐層向上直到最高層均為通信網絡互聯(lián)。多條分支通信線延伸到生產現場,用來連接現場數字儀表,采用一對N連接。 | 采用層次化的體系結構,通信網絡分布于各層并采用數字通信方式,唯有生產現場層的常規(guī)模擬儀表仍然是一對一模擬信號(如4~20mA DC)傳輸方式,是一個“半數字信號”系統(tǒng)。 |
分散控制 | 廢棄了DCS的輸入/輸出單元,由現場儀表取而代之,即把DCS控制站的功能化整為零,功能塊分散地分配給現場總線上的數字儀表,實現徹底的分散控制。 | 生產現場的模擬儀表集中接于輸入/輸出單元,而與控制有關的輸入、輸出、控制、運算等功能塊都集中于DCS的控制站內。DCS只是一個“半分散”系統(tǒng)。 |
互操作性 | 現場設備只要采用同一總線標準,不同廠商的產品既可互聯(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。 | 現場級設備都是各制造商自行研制開發(fā)的,不同廠商的產品由于通信協(xié)議的專有與不兼容,彼此難以互聯(lián)、互操作。 |
PLC和DCS
PLC:
從開關量控制發(fā)展到順序控制、運送處理,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PC機為主站,多臺同型PLC為從站。
也可一臺PLC為主站,多臺同型PLC為從站,構成PLC網絡。這比用PC機作主站方便之處是:有用戶編程時,不必知道通信協(xié)議,只要按說明書格式寫就行。
PLC網格既可作為獨立DCS,也可作為DCS的子系統(tǒng)。
PLC主要用于工業(yè)過程中的順序控制,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)技術于一身的監(jiān)控技術。
從上到下的樹狀拓撲大系統(tǒng),其中通信(Communication)是關鍵。
PID在中斷站中,中斷站聯(lián)接計算機與現場儀器儀表與控制裝置是樹狀拓撲和并行連續(xù)的鏈路結構,也有大量電纜從中繼站并行到現場儀器儀表。
模擬信號,A/D—D/A、帶微處理器的混合。
一臺儀表一對線接到I/O,由控制站掛到局域網LAN。
DCS是控制(工程師站)、操作(操作員站)、現場儀表(現場測控站)的3級結構。用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制,如石化等。
業(yè)內人士細說PLC與DCS區(qū)別
PLC與DCS無法比較,PLC是控制器,是孤立的產品,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的開放性更好,作為產品其獨立工作的能力更強。
—— OMRON公司
DCS是一個系統(tǒng)包括上位軟件、網絡與控制器,而PLC只是一個控制器,要構成系統(tǒng)還需要上位SCADA系統(tǒng)和與之相連的網絡。
對PID回路控制,現在三菱的過程控制器也可以實現象SAMA組態(tài)一樣的FBD編程;DCS系統(tǒng)更大,控制的回路數目更多,有比較多的控制和算法,可以完成比較復雜的回路間的控制。硬件可靠性差不多。DCS可以做到I/O的冗余,PLC則不可以。相對而言,PLC構成的系統(tǒng)成本更低。
—— 三菱電機自動化精密控制部經理
DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”,硬件上包括現場控制器、操作員站計算機、工程師站計算機,以及聯(lián)系他們的網絡系統(tǒng);DCS軟件上是一個整體方案,解決的是一個系統(tǒng)的所有技術問題,系統(tǒng)各部分之間結合嚴密。
PLC是一個裝置,硬件上等同于DCS中的現場控制器;軟件上是一個局部方案,站與站之間組織松散。
—— 貝加萊負責APROL產品應用開發(fā)的技術經理
分析DCS與PLC的區(qū)別,最關鍵的是兩點,一是DCS是分布式控制,擁有全局數據庫;二是PLC是順序掃描機制,DCS是以時間為基準的控制。我們的系統(tǒng)符合第一點,例如一個I/O標簽的修改,在HMI也可以同步體現。
——羅克韋爾自動化過程市場產品經理
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原文標題:工業(yè)三大控制系統(tǒng)既有千絲萬縷的聯(lián)系又有本質上的區(qū)別!
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