PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异

1.前言
   上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上最新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。
   在有些行业，FCS是由PLC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PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。
   2．PLC、DCS、FCS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（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下：
   2．1 PLC
   （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PLC为从站。
   （4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC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）PLC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、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
   （7）PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。
   （8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
   （9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。
2．2 DCS或TDCS
   （1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术。
   （2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。
   （3）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。
   （4）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。
   （5）模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。
   （6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。
   （7）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。
   （8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。
   （9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。
   （10）制造商：Bailey（美）、Westinghouse（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB   （瑞士）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、Honeywell（美国）、Taylor（美）等。
   2．3 FCS
   （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、PID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业管理网。
   （11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 process—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、World FIP、Profibus—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Profibus—DP、CAN bus；
     3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LON Work、Profibus—FMS。
   从上述基本要点的描述中，我们是否注意到一点，用于过程控制的三大系统，没有一个是针对电站而开发的，或者说，在他们开发的初期，都并非以电站做系统的首选控制对象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为首选适用范围，有的在适用范围中根本就不提电站。现在奇怪的是，这三大控制系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广泛应用，而且效果也非常好。
3．三大控制系统之间的差异
   我们已经知道，FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC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PLC，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PLC，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PLC的适用范围，已有很大的交叉。下一节就仅以DCS与FCS进行比较。在前面的章节中，实际上已涉及到DCS与FCS的差异，下面将就体系结构、投资、设计、使用等方面进行叙述。
   3．1 差异要点
   .DCS
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