​必知:三大工控系统PLC、DCS、FCS的特点及区别

admin 2022年6月10日10:45:34IoT工控物联网评论14 views2949字阅读9分49秒阅读模式

​必知:三大工控系统PLC、DCS、FCS的特点及区别

随着工业技术的快速发展,相继出现了集散控制系统和现场控制系统在工业过程控制中的三大控制系统,分别是PLC、DCS、FCS。一些人认为FCS是由PLC发展而来的,另外一些人则认为FCS是由DCS发展而来。FCS与PLC及DCS之间既有密不可分的关联,又存在着一些差别。


PLC控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入或输出,控制各种类型的机械或生产过程。


DCS集散控制系统,又叫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,也称作4C技术,实现了对生产过程的监视、控制和管理。它既打破了常规控制仪表功能的局限性,又较好地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。


FCS 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。


大型PLC构成的过程控制系统基本特点

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1、从上到下的结构,PLC 既可以作为独立的 DCS,也可以作为DCS的子系统。


2、PID 放在控制站中,可实现连续PID控制等各种功能。


3、可用一台PC为主站,多台同类型 PLC为从站;也可用一台PLC 为主站,多台同类型 PLC为从站,构成PLC网络。


4、主要用于工控中的顺序控制,新型PLC也兼有闭环控制功能。


DCS控制系统的基本特点

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 1、从上到下的树状系统,其中通信是关键。


2、PID在控制器中,连接计算机与现场仪器仪表。


3、树状拓扑和并行连续的链路结构,有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。


4、信号系统包括开关量信号和模拟信号。


5、DCS一般是由现场仪表层、控制装置单元层、工厂(车间)层、和企业管理层构成。

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FCS控制系统的基本特点

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1、FCS是3C技术的融合。它适用于本质安全、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。

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DCS控制系统与PLC系统的比较

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DCS是一种“分散式控制系统”,而 PLC 只是一种控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC 装置只实现本单元所具备的功能。网络方面, 网络是控制系统的中枢神经。


DCS系统如HOLLiAS MACS系统的网络,由上至下分为系统网络和控制网络两个层次,系统网络实现现场控制站与系统操作员站的互连,控制网络实现现场控制站与智能I/O单元的通讯,信息传输实时可靠。


而PLC因为基本上都为个体工作,其在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构。在网络安全上,PLC没有很好的保护措施。


DCS在整个设计上留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接的整个系统完成后,想随意地增加或减少操作员站都是很难实现的。DCS安全性为保证DCS控制设备的安全可靠,DCS采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故障时,都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元,保证整个系统的安全可靠。


PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念,就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比PLC在安全可靠性上高一个等级。DCS与PLC硬件可靠性差不多。PLC的优势在于软件方面,PLC采用的是顺序扫描机制,PLC在高速的顺序控制中占主导地位。PLC的循环周期在10ms 秒左右,而DCS控制站在500ms左右。


DCS实现顺序联锁功能相对于PLC来讲是弱势,且逻辑执行速度不如PLC。相对而言,PLC构成的系统成本更低。DCS的现场控制站层通常采用集中式控制,尽管支持远程分布式 I/O,但由于成本原因很少采用。而PLC基于现场总线的远程分布式 I/O体积小更灵活易用,能有效地节省接线成本。

FCS控制系统与DCS控制系统的比较

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可以说FCS 兼备了DCS与PLC的特点,而且跨出了革命性的一步。


1、FCS是全开放的系统,其技术标准也是全开放的,FCS的现场设备具有互操作性,装置互相兼容,因此用户可以选择不同厂商、不同品牌的产品,达到最佳的系统集成;DCS系统是封闭的,各厂家的产品互不兼容。


2、FCS的信号传输实现了全数字化,其通信可以从最底层的传感器和执行器直到最高层,为企业的MES和ERP提供强有力的支持,更重要的是它还可以对现场装置进行远程诊断、维护和组态;DCS的通信功能受到很大限制,虽然它也可以连接到Internet,但它连不到底层,它提供的信息量也是有限的,它不能对现场设备进行远程操作。


3、FCS的结构为全分散式,它废弃了DCS中的I /O单元和控制站,把控制功能下放到现场设备,实现了彻底的分散,系统扩展也变得十分容易;DCS的分散只是到控制器一级,它强调控制器的功能,数据公路更是其关键。


4、FCS的全数字化,控制系统精度高,可以达到土0.1%;而DCS的信号系统是二进制或模拟式的,必须有A/D 、D/A环节, 所以其控制精度为土0.5%。


5、FCS可以将PID闭环功能放到现场的变送器或执行器中,加上数字通信,所以缩短了采样和控制周期,目前可以从 DCS 的每秒2-5次,提高到每秒10-20 次,从而改善了调节性能。


6、由于FCS省去了大量的硬件设备、电缆和电缆安装辅助设备,节约了大量的安装和调试费用,所以它的造价要远低于DCS。

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FCS是一个开放的、完全分布式的、智能控制的系统,但传统DCS、PLC系统已经被使用了几十年来,发展成为一个实用型的、可靠性高的系统。随着它们各自的发展,都有向对方靠拢的趋势。像新型的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弱,并且两者都能组成大型控制网络。

原文来源:技成培训


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威努特简介
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