PLC、DCS、FCS三者之間的區(qū)別與聯(lián)系
FCS是由dcs與plc發(fā)展而來,F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn),而且跨出了革命的一步,而目前,新型的DCS與新型的PLC都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢,新型的DCS已有很強(qiáng)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(wǎng)絡(luò),DCS與PLC的適用范圍,已有很大的交叉。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201710/367405.htmPLC、DCS、FCS三者之間的區(qū)別
1、PLC
PLC(可編程邏輯控制器)是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器,在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。
?。?)可靠性高。由于PLC大都采用單片微型計(jì)算機(jī),因而集成度高,再加上相應(yīng)的保護(hù)電路及自診斷功能,提高了系統(tǒng)的可靠性。
?。?)編程容易。PLC的編程多采用繼電器控制梯形圖及命令語句,其數(shù)量比微型機(jī)指令要少得多,除中、高檔PLC外,一般的小型PLC只有16條左右。由于梯形圖形象而簡單,因此容易掌握、使用方便,甚至不需要計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí),就可進(jìn)行編程。
?。?)組態(tài)靈活。由于PLC采用積木式結(jié)構(gòu),用戶只需要簡單地組合,便可靈活地改變控制系統(tǒng)的功能和規(guī)模,因此,可適用于任何控制系統(tǒng)。
?。?)輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優(yōu)點(diǎn)之一,是針對(duì)不同的現(xiàn)場信號(hào)(如直流或交流、開關(guān)量、數(shù)字量或模擬量、電壓或電流等),均有相應(yīng)的模板可與工業(yè)現(xiàn)場的器件(如按鈕、開關(guān)、傳感電流變送器、電機(jī)啟動(dòng)器或控制閥等)直接連接,并通過總線與CPU主板連接。
?。?)安裝方便。與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比,PLC的安裝既不需要專用機(jī)房,也不需要嚴(yán)格的屏蔽措施。使用時(shí)只需把檢測器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和PLC的I/O接口端子正確連接,便可正常工作。
?。?)運(yùn)行速度快。由于PLC的控制是由程序控制執(zhí)行的,因而不論其可靠性還是運(yùn)行速度,都是繼電器邏輯控制無法相比的。
近年來,微處理器的使用,特別是隨著單片機(jī)大量采用,大大增強(qiáng)了PLC的能力,并且使PLC與微型機(jī)控制系統(tǒng)之間的差別越來越小,特別是高檔PLC更是如此。
2、DCS
DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò),因此,數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是:一對(duì)絞線、同軸電纜或光纖電纜。
通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計(jì)參數(shù),基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。
(1)系統(tǒng)能處理多少I/O信息。
(2)系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。
(3)能適應(yīng)多少用戶和裝置(CRT、控制站等)。
?。?)傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢查的。
?。?)數(shù)據(jù)公路的最大允許長度是多少。
?。?)數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。
?。?)數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)記錄裝置等)。
為保證通信的完整,大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。
為了保證系統(tǒng)的安全性。使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù),所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則,用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收,并且被理解的和發(fā)送的數(shù)據(jù)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(gè)時(shí)鐘來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收,異步網(wǎng)絡(luò)采用沒有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。
3、FCS
FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有以下三點(diǎn)。
(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議,即總線標(biāo)準(zhǔn)。
一種類型的總線,只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定,相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定,就其總線協(xié)議的基本原理而言,各類總線都是一樣的,都以解決雙向串行數(shù)字化通信傳輸為基本依據(jù)。但是由于各種原因,各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異。
為了使現(xiàn)場總線的滿足可互操作性要求,使其成為真正的開放系統(tǒng),原IEC國際標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)場總線通信協(xié)議模擬的用戶層中,就明確規(guī)定用戶層具有裝置描述功能。為了實(shí)現(xiàn)互操作,每個(gè)現(xiàn)場總線裝置都用裝置描述DD來描述。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器,它包括所有必要的參數(shù)描述和主站所需要的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需要的所有信息,并且與主站無關(guān),所以可以使現(xiàn)場裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作性。
實(shí)際情況是否如上述一致,回答是否定的。目前通過的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)含8種類型,而原IEC國際標(biāo)準(zhǔn)只是8種類型之一,與其它7種類型總線的地位是平等的。其它7種類型總線,不論其市場占有率有多少,每個(gè)總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。他們能夠形成系統(tǒng),形成產(chǎn)品。而原IEC現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn),是一個(gè)既無軟件支撐也無硬件支撐的空架子。要實(shí)現(xiàn)這些總線的相互兼容和互操作,就目前狀態(tài)而言,幾乎是不可能的。
通過上述,我們是否可以得出這樣一種映象:開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的互操作性,就一個(gè)特定類型的現(xiàn)場總線而言,只要遵循該類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議,對(duì)其產(chǎn)品是開放的,并具有互操作性,換句話說,不論什么廠家的產(chǎn)品,也不一定是該現(xiàn)場總線公司的產(chǎn)品,只要遵循該總線的總線協(xié)議,產(chǎn)品之間是開放的,并具有互操作性,就可以組成總線網(wǎng)絡(luò)。
?。?)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。
數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐,是基礎(chǔ),道理很簡單,F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號(hào)制。如果現(xiàn)場裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議,即相關(guān)的通信規(guī)約,不具備數(shù)字通信功能,那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話,也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。再一點(diǎn),現(xiàn)場總線的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場一級(jí)控制功能。如果現(xiàn)場裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品,那么現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不存在了,所謂簡化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì)、利于維護(hù)等優(yōu)越性也是虛的。
?。?)FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。
對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng),無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線,系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的,實(shí)際上,采用現(xiàn)場總線后,可以從現(xiàn)場得到更多的信息。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少,甚至增加了,而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力,另一方面讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理,減少現(xiàn)場與控制機(jī)房之間的信息往返。可以說現(xiàn)場總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。
減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常??蓭砀纳葡到y(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的好處。因此。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點(diǎn),放在同一條支路里。
減少信息往返與減少系統(tǒng)的線纜有時(shí)會(huì)相互矛盾。這時(shí)仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來做為選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許的話,應(yīng)選節(jié)省線纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊張,稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了,那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?/p>
現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表本身裝了許多功能塊,雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì)稍有差別,但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀存在。選用哪一個(gè)現(xiàn)場儀表上的功能,是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。
考慮這個(gè)問題的原則是:盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺(tái)儀表上的功能塊。
三者之間的典型比較
通過使用現(xiàn)場總線,用戶可以大量減少現(xiàn)場接線,用單個(gè)現(xiàn)場儀表可以實(shí)現(xiàn)多變量通信,不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作,增加現(xiàn)場一級(jí)的控制功能,系統(tǒng)集成大大簡化,并且維護(hù)十分簡便。傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)中,每個(gè)現(xiàn)場裝置到控制室都需使用一對(duì)專用的雙絞線,以傳送4-20mA信號(hào),現(xiàn)場總線系統(tǒng)中,每個(gè)現(xiàn)場裝置到接線盒雙絞線仍然可以使用,但是從現(xiàn)場接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通信。
通過采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),到底能節(jié)省多少電纜,編者尚未做此計(jì)算。但是,我們可以采用DCS系統(tǒng)的電廠中與自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的所用電纜公里數(shù)看出,電纜在基建投資中所占份額。
1、某電廠,2&TImes;300MW燃煤機(jī)組
熱力系統(tǒng)為單元制。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座集中控制樓,采用機(jī)、爐、電單元集中控制方式。單元控制室的標(biāo)高為12.6m,與運(yùn)行層標(biāo)高一致。DCS采用WDPF-Ⅱ,每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)為4500點(diǎn)。
電纜敷設(shè)采用俄EC元件,8個(gè)人用1.5個(gè)月時(shí)間完成敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。
主廠房內(nèi)每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。
主廠房內(nèi)每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)電纜長度為350公里。
以上電纜的根數(shù)及長度均不包括全廠火災(zāi)報(bào)警的廠供電纜和全廠各輔助生產(chǎn)車間的電纜。
電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅,每臺(tái)機(jī)組約95t。
其他電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封頭、調(diào)寬片、直接片等選用鋁合金材質(zhì),每臺(tái)300MW機(jī)組約為55t。
附件隨橋架提供(如螺栓,螺母)。
2、某電廠,4&TImes;325MW燃油燃?xì)怆娬?/strong>
熱力系統(tǒng)為單元制。DCS采用TELEPERM--XP.每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)為5804點(diǎn)。
電纜敷設(shè)采用EC軟件,12個(gè)人用2.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。
主廠房內(nèi)每臺(tái)325MW機(jī)組自動(dòng)化專業(yè)的電纜根數(shù)為4413根。
主廠房內(nèi)每臺(tái)325MW機(jī)組自動(dòng)化裝業(yè)的電纜長度為360km。
每臺(tái)機(jī)組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架,其質(zhì)量約為250t。
3、電站的電纜可以分為六大類:高壓電力電纜、低壓電力電纜、控制電纜、熱控電纜、弱電電纜(主要指計(jì)算機(jī)用電纜)、其他電纜。若兩臺(tái)300MW機(jī)組同時(shí)做電纜敷設(shè),自動(dòng)化專業(yè)電纜的數(shù)量大約有8500根左右。其中熱控電纜和弱電電纜將大于500根,及約占60%左右(以根數(shù)計(jì)量)。
上述的比較偏重于純技術(shù)性的比較,以下比較擬加入經(jīng)濟(jì)因素。
比較的前提是DCS系統(tǒng)與典型的,理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。為什么要做如此的假設(shè)?作為DCS系統(tǒng)發(fā)展到今天,開發(fā)初期提出的技術(shù)要求已滿足并得到了完善,目前的狀況是進(jìn)一步提高,因此也就不存在典型、理想的說法。而作為FCS系統(tǒng),20世紀(jì)90年代剛進(jìn)入實(shí)用化,作為開發(fā)初期的技術(shù)要求:兼容開放、雙向數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場裝置、高速總線等,目前還不理想,有待完善。這種狀態(tài)與現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的制定不能說沒有關(guān)系。過去的十多年,各總線組織都忙于制定標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)產(chǎn)品,占領(lǐng)更多的市場,目的就是要擠身國際標(biāo)準(zhǔn),合法的占領(lǐng)更多的市場,現(xiàn)在有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的爭戰(zhàn)已告一段落,各大公司組織都已意識(shí)到,要真正占領(lǐng)市場,就得完善系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品。我們可以做這樣的預(yù)測,不久的將來,完善的現(xiàn)場總線系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必將成為世界現(xiàn)場總線技術(shù)的主流。
具體比較:
(1)DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng),其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要,數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵,所以,必須整體投資一步到位,事后的擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底,信息處理現(xiàn)場化,數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用,使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此,F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低,可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。
?。?)DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng),各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng),用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線,達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。
(3)DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的,必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化,就免去了D/A與A/D變換,高集成化高性能,使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。
?。?)FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中,縮短了控制周期,目前可以從DCS的每秒2--5次,提高到FCS的每秒10--20次,從而改善調(diào)節(jié)性能。
?。?)DCS系統(tǒng)可以控制和監(jiān)視工藝全過程,對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是,由于自身的致病弱點(diǎn),其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào),因此,它無法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場儀表(含變送器,執(zhí)行器等) 進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)采用全數(shù)字化技術(shù),數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)送多變量信息,而不僅僅是單變量信息,并且還具備檢測信息差錯(cuò)的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號(hào)制。因此,它可以對(duì)現(xiàn)場裝置(含變送器,執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS系統(tǒng)的這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS系統(tǒng)無法比擬的。
?。?)FCS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場化,與DCS系統(tǒng)相比,可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜。同時(shí)也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積,有專家認(rèn)為可以省去60%。
?。?)與(6)同樣理由,F(xiàn)CS系統(tǒng)可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等,同時(shí)也省去了設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)費(fèi)用,有專家認(rèn)為可以省去66%。
對(duì)于(6)、(7)兩點(diǎn)應(yīng)補(bǔ)充說明的是,采用FCS系統(tǒng),節(jié)省投資的效果是不用懷疑的,但是否如有的專家所說達(dá)66%。這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn),編者認(rèn)為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果,目前還未找到這些數(shù)字的原始出處。因此,讀者在引用數(shù)字時(shí)要謹(jǐn)慎。
?。?)FCS相對(duì)DCS組態(tài)簡單,由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化,便于安裝、運(yùn)行、維護(hù)。
(9)用于過程控制的FCS設(shè)計(jì)開發(fā)要點(diǎn)。這一點(diǎn)并不作為DCS比較,只是說明用于過程控制或者說用于模擬連續(xù)過程類的FCS在設(shè)計(jì)開發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。
①要求總線本安防爆功能,而且是頭等重要的。
?、诨颈O(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等變化是緩慢的,而且還有滯后效應(yīng),因此,節(jié)點(diǎn)監(jiān)控并不需要快電子學(xué)的響應(yīng)時(shí)間,但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主--從之間的集中輪詢制,這在技術(shù)上是合理的,在經(jīng)濟(jì)上是有利的。
③流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測量,其物理原理是古典的,但傳感器,變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展。
?、茏鳛獒槍?duì)連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS系統(tǒng),應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計(jì)完善。
評(píng)論