PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异 点击:0 | 回复:37



杜学强

    
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发表于:2004-03-26 07:44:00
楼主
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)、Westinghous(美)、HITACH(日)、LEEDS & NORTHRMP(美)、SIEMENS(德)、Foxboro(美)、ABB (瑞士)、Hartmann & Braun(德)、Yokogawa(日)、Honewell(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、 proces—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、CANbus; 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 DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络,因此,数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。 通过数据公路的设计参数,基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。 (1)系统能处理多少I/O信息。 (2)系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。 (3)能适应多少用户和装置(CRT、控制站等)。 (4)传输数据的完整性是怎样彻底检查的。 (5)数据公路的最大允许长度是多少。 (6)数据公路能支持多少支路。 (7)数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件(可编程序控制器、计算机、数据记录装置等)。 为保证通信的完整,大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。 为了保证系统的安全性,使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则,用以保证所传输的数据被接收,并且被理解得和发送的数据一样。 目前在DCS系统中一般使用两类通信手段,即同步的和异步的,同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收,异步网络采用没有时钟的报告系统。 ·FCS FCS的关键要点有三点 (1)FCS系统的核心是总线协议,即总线标准 前面的章节已经叙述,一种类型的总线,只要其总线协议一经确定,相关的关键技术与有关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言,各类总线都是一样的,都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。但由于各种原因,各类总线的总线协议存在很大的差异。 为了使现场总线满足可互操作性要求,使其成为真正的开放系统,在IEC国际标准,现场总线通讯协议模型的用户层中,就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作,每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器,它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息,并且与主站无关,所以可以使现场装置实现真正的互操作性。 实际情况是否如上述一致,回答是否定的。目前通过的现场总线国际标准含8种类型,而原IEO国际标准只是8种类型之一,与其它7种类型总线的地位是平等的。其它7种总线,不论其市场占有率有多少,每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。它们能够形成系统,形成产品,而原IEC现场总线国际标准,是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。所以,要实现这些总线的相互兼容和互操作,就目前状态而言,几乎是不可能的。 通过上述,我们是否可以得出这样一种映象:开放的现场总线控制系统的互操作性,就一个特定类型的现场总线而言,只要遵循该类型现场总线的总线协议,对其产品是开放的,并具有互操作性。换句话说,不论什么厂家的产品,也不一家是该现场总线公司的产品,只要遵循该总线的总线协议,产品之间是开放的,并具有互操作性,就可以组成总线网络。 (2)FCS系统的基础是数字智能现场装置 数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑,是基础,道理很简单,FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双



娇蕊

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21楼
是否有人可以介绍一下PLC,DCS和RTU的特点和差异?拜托!

gongkongedit

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22楼
文章很好,具有很好的参考价值。

大海之子

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23楼
文章很好,具有很好的参考和学习价值。

杜学强

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发表于:2004-05-09 14:03:00
24楼
FCS fieldbus control system 现场总线控制系统 数据监测与采集系统(SCADA)是指分布范围很广,数据量不大,通讯实时性要求不太高的应用,如热力管线采采集,水源井监测等。分布在现场的控制单元叫远程控制终端(RTU),RTU与中央控制站通过各种网络联接,介质有无线、电话线、光缆、铜缆等。有的供应商开发了专用某领域的RTU模块或产品,也可以用PLC作为远程控制终端。

jdgd

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25楼
xx

zzmei1688

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26楼
很好的

lmz

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发表于:2004-05-18 17:40:00
27楼
与keener有同感,文章不全面

jklxm

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发表于:2004-05-20 10:08:00
28楼
好,

gongkongedit

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发表于:2004-05-24 17:46:00
29楼
我是一名在校大学生,在过程控制课中曾经学过DCS,FCS。但远没有这篇文章讲的好。这篇文章使我受益匪浅,感谢作者以及转贴这篇文章的朋友!

冬零

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发表于:2004-05-29 07:30:00
30楼
文章写的不错,使我受益非浅

杜学强

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发表于:2004-05-29 11:04:00
31楼
正如keener所言,PLC功能的飞速发展,导致其应用领域不断拓宽,大量的PLC应用于或者代替了DCS系统。典型的是Honeywell 与Rockwell的ProcessLogix和ControlLogix产品,它们是PLC与DCS技术的结合的产物,其本身应可以组建完美的DCS系统。有专家认为,除个别的过程控制,如石化过程,基本上所有的过程控制都可以用PLC来实现。当然,DCS和现场总线技术也在发展。

xrbxrb1752

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32楼
请问各位:s7-200与世纪星软件怎样设定通讯?谢谢   xrbxrb1752@sina.com

都市笑客

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发表于:2004-06-13 16:00:00
33楼
写的很好,让我明白了很多,谢谢杜老师。

狐仙

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发表于:2004-08-05 20:20:00
34楼
最好是由浅入深的好,你们说呢

pcauto

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发表于:2004-08-06 11:01:00
35楼
楼上的好贴! 但最新的OPC技术、工业以太网等、WWW网络应用没有阐述,大家可以继续发表话题,力控监控软件对以上的DCS数据采集、基于FCS总线的PC控制,基于PLC的HMI/SCADA的系统集成做了自己的一些探索和经验,碰到类似的问题的时候可以登陆www.sunwayland.com.cn了解,登陆力控论坛来探讨,力控的工程师欢迎您的到来。

lly

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发表于:2004-08-23 12:37:00
36楼
文章不错 只是楼主忽略了一些重要的问题:没有涉及到复杂的多信号耦合控制方面 FCS在目前只能实现简单的输入输出控制,或者也叫所谓的遥信、遥测、遥控,还有遥调什么的等,诚然这些数字数据在网络上传输比DCS模拟信号有优势。有些工艺,将控制直接交给现场设备是肯定不行的。 比如经典的锅炉汽包水位三冲量控制,涉及的信号有水位(一般有2个或者以上)、蒸汽流量、给水流量、控制阀(1个以上)、有的情况还有给水压力、温度,蒸汽压力、温度信号作为流量补偿,用FCS在目前看是绝对达不到要求的,小型PLC作都有点困难,但DCS就简单地实现了,有些工艺如锅炉燃烧控制DCS做起来都吃力,其他系统更难了。 DCS和PLC都有这种功能,将信号集中处理,所以CPU理论上可以调用所有的I/O数据,且处理速度可以同步。但FCS做不到,也许某些现场执行机构本身有一定的处理计算能力,如变频器本身可以带PID、还有单、多回路控制器等,如果一味追求现场执行机构智能化,成本比DCS/PLC更高。 比如一个化工厂,控制回路有50个,如果采用FCS,相当于多了50个回路控制器成本,而DCS一个CPU的PID处理能力从几十到几百.

国永

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发表于:2004-08-23 13:29:00
37楼
文章写得可以,不过有点倾向FCS了。目前,好像FCS在有些控制方面的功能还不如PLC和DCS吧?请教:工业控制中的顺序控制FCS行吗?

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