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。

　　PLC、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器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(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。

　　（2）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，甚至不需要計算機(jī)專業(yè)知識，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)。

　　（4）輸入/輸出功能模塊齊全。PLC的最大優(yōu)點(diǎn)之一，是針對不同的現(xiàn)場信號（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：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。

　　通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。

　?。?）系統(tǒng)能處理多少I/O信息。

　?。?）系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。

　?。?）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。

　　（7）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，同步通信依靠一個時鐘來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。

　　3、FCS

　　FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有以下三點(diǎn)。

　?。?）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。為了實現(xiàn)互操作，每個現(xiàn)場總線裝置都用裝置描述DD來描述。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個驅(qū)動器，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)場裝置實現(xiàn)真正的互操作性。

　　實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)，是一個既無軟件支撐也無硬件支撐的空架子。要實現(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)。

　　（2）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、利于維護(hù)等優(yōu)越性也是虛的。

　　（3）FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。

　　對于一個控制系統(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?？梢哉f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)時間的好處。因此。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時應(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)的線纜有時會相互矛盾。這時仍應(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稍有差別，但一個網(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，用單個現(xiàn)場儀表可以實現(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，每個現(xiàn)場裝置到控制室都需使用一對專用的雙絞線，以傳送4-20mA信號，現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，每個現(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，編者尚未做此計算。但是，我們可以采用DCS系統(tǒng)的電廠中與自動控制系統(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，每臺機(jī)組設(shè)計的I/O點(diǎn)為4500點(diǎn)。

　　電纜敷設(shè)采用俄EC元件，8個人用1.5個月時間完成敷設(shè)的設(shè)計任務(wù)。

　　主廠房內(nèi)每臺300MW機(jī)組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。

　　主廠房內(nèi)每臺300MW機(jī)組自動化專業(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.每臺機(jī)組設(shè)計I/O點(diǎn)為5804點(diǎn)。

　　電纜敷設(shè)采用EC軟件，12個人用2.5個月時間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計任務(wù)。

　　主廠房內(nèi)每臺325MW機(jī)組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4413根。

　　主廠房內(nèi)每臺325MW機(jī)組自動化裝業(yè)的電纜長度為360km。

　　每臺機(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（主要指計算機(jī)用電纜）、其他電纜。若兩臺300MW機(jī)組同時做電纜敷設(shè)，自動化專業(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：

　?。?）DCS系統(tǒng)是個大系統(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。

　?。?）DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號形成的，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信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在DCS工程師站上對現(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的功能。FCS系統(tǒng)采用雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此，它可以對現(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，同時也省去了設(shè)計、安裝和維護(hù)費(fèi)用，有專家認(rèn)為可以省去66%。

　　對于（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)字時要謹(jǐn)慎。

　?。?）FCS相對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)。

　?。?）用于過程控制的FCS設(shè)計開發(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)計開發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。

　?、僖罂偩€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。

　?、哿髁?、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B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)計完善。