三大控制系统PLC、DCS、FCS的特点及差异.docx

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1、三大控制系统P1C、DCS、FCS的特点及差异目录前言11. P1C、DCS、FCS三大控制系统的基本特点11.1. 1.P1C21.2. DCS或TDCS21.3. FCS42.三大控制系统之间的差异52. 1.前述52.2.FCS和DCS的差异52. 2.1.FCS和DCS的经济上的具体比较：72. 3.P1e和DCS的差异82.3.1.概述92.3.2.DCS和P1C的定义102.3.3.DCS和P1C控制器的差别112.3.4.DCS和P1C的控制处理能力112.3.5.P1C和DCS的系统可扩展性和兼容性112.3.6.P1C和DCS的数据库122.3.7.P1C和DCS的时间调度1

2、22.3.8.P1C和DCS的网络结构122.3.9.P1C和DCS的应用对象规模13前言首先我们先来简单的谈谈三者的中文含义：DCS,集散控制系统，又称分布式控制系统；FCS,现场总线控制系统；P1C,可编程逻辑控制器。下面就来具体讲讲FCS、DCS、P1C的特点及区别。在有些行业，FCS是由P1C发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与P1C及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文就P1C、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异逐一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。1.P1CvDCSxFCS三大控制系统的基本特点目前，在连续型流程生产自动控制

3、(PA)或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即P1C、DCS和FCS.它们各自的基本特点如下：1.1.P1C图IP1C照片(1)从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。(2)连续PID控制等多功能，PID在中断站中。(3)可用一台PC机为主站，多台同型P1C为从站。(4)也可一台P1C为主站，多台同型P1C为从站，构成P1C网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。(5)P1C网格既可作为独立DCS/TDCS,也可作为DCS/TDCS的子系统。(6)大系统同DCS/TDCS,如TDC3000、CENTUMCSWDPFI、MO

4、D300o(7)P1C网络如SiemenS公司的SINEC-11、S1NECH1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的ME1SECNET、ME1SEC-NET/MINIo(8)主要用于工业过程中的顺序控制，新型P1C也兼有闭环控制功能。(9)制造商:GoU1D(美)、AB(美)、GE(美)、OMRON(日)、MrrSUBISH1(日)、SiemenS(德)等。1.2. DCS或TDCS集散控制系统(DiStribUtedCOntroISyStem)又称计算机分布式控制系统，它是20世纪70年代中期迅速发展起来的，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级

5、计算机系统，它把控制技术、计算机技术、图像显示技术以及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视、控制和管理。它既打破了常规控制仪表功能的局限，又较好的解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集中带来的危险性。它主要用于大规模的连续过程控制系统中，如石化、电力等。其核心是通信，即数据公路。它的基本要点是：1）分散控制系统：DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication,Computer,ControkCRT）技术于一身的监控技术。2）从上到下的树状系统，其中通信是关键。3）PID在中断站中，中断站联结计算机与现场仪器仪表与控制装。；4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，有大

6、量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。5）信号系统包括开关量信号和模拟信号。6） DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。7）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（CommUniCatiOn）是关键。8）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。9）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。10）模拟信号，A/D-D/A,带微处理器的混合。11）一台仪表一对线接到I/O,由控制站挂到局域网1ANo12）DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。13）缺点是成本高，各公司产品不能互

7、换，不能互操作，DCS系统是各家不同的。14）用于大规模的连续过程控制，如石化等。15）制造商:Bai1ey（美）、WeStinghoUS（美H1TACH（日）、1EEDS&NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、FoXboro（美）、ABB（瑞士）、Hartmann&BraUn（德）、YokogaWa（日卜HOneWeII（美国）、Tay1or（美）等。1.3.FCSFie1dbusContro1SyStem(简称FCS)即现场总线控制系统，它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本

8、和维修费用。因此，FCS实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。现场总线控制系统的核心是总线协议，基础是数字智能现场设备，本质是信息处理现场化。FCS的要点是：(I)FCS是3C技术(CommUniCaT1on,Computer,Contro1)的融合。它适用于本质(本征)安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。(2)现场设备高度智能化，提供全数字信号；一条总线连接所有的设备。(3)从控制室到现场设备的双向数字通信总线，是互联的、双向的、串行多节点、开放的数字通信系统取代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统。(4)控制功能彻底分散。

9、(1)基本任务是：本质(本征)安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。(2)全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。(3)用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、P1D与控制中心，取代每台仪器两根线。(4)在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。(5)多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。(6)是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。(7)用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。(8)由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。(9)局域网，再可与internet相通。(10)改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企

10、业管理网。(II)制造商：美HOneyWen、Smar、Fisher-RosemountABRockwe1RE1sag一Bai1eyFoxboro、Yamatake、日Yokogawa欧SiemensGEC一A1sthom、Schneiderproces一Data、ABB等。(12)3类FCS的典型1)连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安防爆”技术是绝对重要的，典型产品是FF、Wor1dFIPProfibus-PA；2)分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是PrOfibUsDP、CANbus;3)多点控制如楼宇自动化，典型产品是1oNWork、Profibus-FMS

11、.2.三大控制系统之间的差异2.1.前述我们已经知道，FCS是由DCS与P1C发展而来，FCS不仅具备DCS与P1C的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的P1C,都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的P1C,在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与P1C的适用范围，已有很大的交叉。2.2.FCS和DCS的差异FCS和DCS的技术上的比较传统方式：现场级设备与控制器之间连接采用一对一I/O连线方式图2工厂控制网络1现场总线技术：使用一根电缆连接所有现场设备现场总线现场总线图3工厂控制网络2表1FCS和DCS的详细对比结构一对多

12、:一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号.一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。可靠性可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，耦度高。可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。失控状态操作员在控制室既可以了解现场设咨过现场仪表的工作情况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中。操作员在控制室既不了解模拟仪表的工作情况，也不能对其进行参数调整，更不能预测故渣,导致操作员对仪表处于“失控”状态。控制控制功能分散在各个智能仪器中。所有的控制功能集中在控制站中。互换性用户可以自由选择不同制造商提供的性能价格比最优的现场设备和仪表，并将不

13、同品牌的仪表互连，实现即插即用”。尽管横拟仪表统一了信号标准(420mADC),可是大部分技术参数仍由制造厂自定，致使不同品牌的仪表互换性差。仪表智能仪表除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外，还具有数字通信能力，并且具有控制和运算能力。横拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能。、；&俱凯及控制2.2.1.FCS和DCS的经济上的具体比较:1)DCS系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采用，使得控制器功能与重要性相对减弱。因此，FCS系统投

14、资起点低，可以边用、边扩、边投运。2)DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。而FCS系统是开放式系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。3)DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有D/A与A/D转换。而FCS系统是全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从05%提高到0.1%.4)FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的每秒25次，提高至IJFCS的每秒1020次，从而改善调节性能。5)DCS它可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是，由于自身

15、的致命弱点，其I/O信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在DCS工程师站上对现场仪表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。FCS采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。FCS采用的是双向数字通信现场总线信号制。因此，它可以对现场装置（含变送器、执行机构等）进行远方诊断、维护和组态。FCS的这点优越性是DCS无法比拟的。6）FCS由于信息处理现场化，与DCS相比可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积。有专家认为可以省去60%.7）与同样理由，FCS可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计、安装和维护费用。有专家认为可以节省66%.对于、两点应补充说明的是，采用FCS系统，节省投资的效果是不用怀疑的，但是否如有的专家所说达6066%.这些数字在多篇文章中出现，编者认为这是相互转摘的结果，目前还未找到这些数字的原始出处，因此，读者在引用这些数字时要慎重。8）FCS相对于DCS组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。9）用于过程控制的FCS设计开发要