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PLC、DCS、FCS控制系统有什么区别?
时间:2022-11-18     访问量:1199

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FCS可以说是第五代过程控制系统,它是从PLC()或DCS()发展而来的。FCS与PLC、DCS有着千丝万缕的联系,但又有着本质的区别。本文分析了PLC、DCS和FCS三大控制系统的特点、性能和区别。

PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点

目前,在连续过程生产的工业过程控制中,主要有PLC、DCS和FCS三大控制系统。它们各自的基本特点如下:

1. 可编程控制器

(1) 从开关量控制到顺序控制和计算处理,是自下而上;

(2)逻辑控制、定时控制、计数控制、步(顺序)控制、连续PID控制、数据控制——PLC具有数据处理能力、通讯和联网等多种功能;

(3) 一台PC机可以作为主站,多台同型号的PLC可以作为从站;

(4) 一台PLC也可以做主站,多台同型号的PLC可以做从站,组成PLC网络。这比用PC机做主站更方便:用户编程时,不需要知道通信协议,只要按照手册格式编写即可;

(5) PLC网络既可以作为独立的DCS/TDCS使用,也可以作为DCS/TDCS的子系统使用;

(6)主要用于工业过程中的顺序控制,新型PLC还具有闭环控制功能。

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2. 分布式控制系统

(1)集散控制系统DCS和集散控制系统TDCS是集成了4C(、、、CRT)技术的监控技术,是第四代过程控制系统。不仅具有计算机控制系统控制公式先进、精度高、响应速度快等优点,而且具有仪表控制系统安全、可靠、维护方便的要求;

(2)自上而下的大树形拓扑系统,其中通信()是关键;

(3) 为树形拓扑结构,并联连续链路结构,从中继站到现场仪表也有大量电缆并联走线;

(4) 模拟信号,A/DD/A,与微处理器混合。它由若干台计算机和智能电表的一些智能元件组成,逐步用数字信号代替模拟信号。

(5) 一台仪器用一对线连接到I/O,控制站连接到局域网LAN;

(6)DCS为控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场测控站)三级结构。缺点是成本高,各个公司的产品不能互换,不能互操作,大型DCS系统各不相同;

(7)用于大型连续过程控制,如石油化工、大型电厂机组集中控制等。

3.FCS

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(1)FCS是第五代过程控制系统,是21世纪自动化控制系统的发展方向。它是3C技术的融合(,,)。基本任务是:本征()安全、危险区域、可变过程、难以应对的特殊环境;

(2)以全数字化、智能化、多功能化代替模拟式单一功能的仪器、仪表和控制装置;

(3)用两根线连接分散的现场仪表和控制设备,代替每台仪表的两根线。“现场控制”取代“分散控制”;数据传输采用“总线”方式;

(4) 控制室到现场设备的双向数字通信总线是一种互联、双向、串行多节点、开放的数字通信系统,取代单向、单点、并行、封闭模拟系统;

(5) 以分散的虚拟控制站取代集中控制站;

(6)将微机处理器调入现场自动控制设备,使设备具有数字计算和数字通信能力,信号传输精度高,传输距离远。实现信号传输全数字化、控制功能分散、标准统一、全开放;

(7) 可以连接到局域网,然后可以通信。它既是通信网络又是控制网络;

(8) Type 3 FCS的典型应用: 1) 石油化工等连续过程的自动控制,其中“本质安全防爆”技术是绝对重要的;2)汽车制造机器人、汽车等离散过程动作的自动控制;3)楼宇自动化等多点控制。

这三种控制系统,特别是DCS和PLC,在电站中得到了广泛的应用,效果也很好。

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三大控制系统的区别

PLC系统和DCS系统在结构上差别不大,只是功能侧重点不同。DCS侧重于闭环控制和数据处理。PLC以逻辑控制和开关量控制为主,也可以实现模拟量控制。

DCS 或 PLC 系统的关键是通信。也可以说,数据高速公路是集散控制系统DCS和PLC的骨干。由于其任务是在系统所有组件之间提供通信网络,因此数据高速公路本身的设计决定了整体的灵活性和安全性。数据高速公路的介质可以是:双绞线、同轴电缆或光纤电缆。

DCS的特点是:(1)控制功能强。可以实现复杂的控制规律,如级联、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等。也可以进行序列控制。(2) 系统可靠性高。(3) CRT操作台具有良好的人机界面。(4) 软硬件采用模块化积木式结构。(5) 系统易于开发。(6) 带组态软件,编程简单,操作方便。(7)性价比好。

通过数据高速公路的设计参数,基本上可以了解特定 DCS 或 PLC 系统的相对优势和劣势。

(1)系统能处理多少I/O信息。

(2)系统能处理多少控制相关的控制回路信息。

(3) 可以适配多少用户和设备(CRT、控制台等)。

(4) 传输数据完整性检查的彻底程度。

(5) 数据高速公路的最大允许长度是多少。

(6) 数据高速公路可以支持多少分支机构。

(7) 数据高速公路能否支持其他厂商生产的硬件(可编程逻辑控制器、计算机、数据记录设备等)。为了保证通信的完整性,大多数DCS或PLC制造商都可以提供冗余数据通路。

为了确保系统的安全性,使用了复杂的通信协议和错误检测技术。所谓通信协议就是一组规则,以确保传输的数据能够被接收和发送。

目前,DCS和PLC系统中一般采用两种通信方式,即同步和异步。同步通信依靠时钟信号来调整数据传输和接收,而异步网络使用没有时钟的报告系统。

FCS具有(1)良好的开放性、互操作性和互换性。(2) 全数字通信。(3)智能和功能自主性。(4)高度分散。(五)适用性强。

FCS的三个关键点:

(1) FCS系统的核心是总线协议,即总线标准。

数字信号通过双绞线、光缆或无线电传输,减少了大量的电线楼宇自控系统包括,提高了可靠性和抗干扰能力。FCS一直以来都是从传感器、变送器到调节器的数字信号,这使得我们很容易处理更复杂和更精确的信号,而数字通信的错误功能可以检测传输中的比特错误。

FCS可以将PID控制完全分散到现场设备(Field)。基于现场总线的FCS是新一代全分散、全数字化、全开放、可互操作的生产过程自动化系统。结构带来革命性的变化。

根据现场总线的定义,它是安装在制造或过程区域中的现场设备与控制室中的自动控制设备之间的一种数字化、双向传输、多分支的通信网络。现场总线使测控设备具有数字计算和数字通信能力,提高了信号的测量、传输和控制精度,提高了系统和设备的功能和性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开始致力于推出世界单一的现场总线标准,经过16年的努力,-2于1993年推出,随后的标准制定陷入混乱。2000 年初发布的现场总线国际标准有八个子集,即:

① Type 1 IEC技术报告(FFH1);② Type 2 -NET(美国公司支持);③ 3型(德国公司支持);④ Type 4 P-NET(丹麦数据公司支持);⑤ Type 5 FFHSE(原FFH2)快速以太网(美国公司支持);⑥ Type 6 Swift-Net(支持);⑦ Type 7(法国Alsto公司支持);⑧ Type 8(美国公司支持)。

除了8条现场总线外,IEC TC17B还通过了三个总线标准:SDS(Smart);ASI(); 网。此外,ISO 还发布了 ISO 11898 CAN 标准。其中,NET于2002年10月8日被中国批准为国家标准,并于2003年4月1日开始实施。

因此,就目前的状态而言,要实现这些总线类型的相互兼容和互操作几乎是不可能的。开放式现场总线控制系统的互操作性,就某一特定类型的现场总线而言,只要遵循同类型现场总线的总线协议,其产品就具有开放性和互操作性。也就是说,无论是哪家厂商的产品,都不是现场总线公司的产品,只要遵循同类型总线的总线协议,产品是开放的、互通的,就可以形成总线网络。

此外,FCS还可以通过网关接入企业上层管理网络,让管理者掌握第一手信息,为决策提供依据。因此,现场总线具有开放性、互操作性、系统结构高度分散、网络拓扑结构灵活、现场设备高度智能化、环境适应性强等突出特点。

(2) FCS系统的基础是数字化智能现场设备

控制功能下放给现场仪表,控制室仪表装置主要完成数据处理、监视控制、优化控制、协调控制和管理自动化等功能。

数字化智能现场设备是FCS系统的硬件支撑和基础;道理很简单,FCS系统实现了自动控制装置与现场设备之间的双向数字通信现场总线信号系统。现场设备必须遵循统一的总线协议,即相关的通信协议,具有数字通信功能,能够实现双向数字通信。还有一点,现场总线的一大特点就是增加了现场级的控制功能。

(3) FCS系统的本质是现场信息处理

对于一个控制系统,无论是采用DCS还是采用现场总线,系统需要处理的信息量至少一样多。其实使用现场总线后,可以从现场获取。