自控系统中的DCS、PLC、FCS的相同点和不同点是什么?

目前,国内先进的大中型过程控制基本上以采用PLC和DCS为主,包括将DCS概念拓展的FCS。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。

  • DCS(Distributed Contorl System),集散控制系统,又称分布式控制系统。
  • PLC(Program Logic Control ),可编程逻辑控制器。
  • FCS(FieldBus Contorl Syestem),现场总线控制系统

自控系统发展到现在,DCS和PLC之间没有一个严格的界线,在大多数人看来,大的系统就是DCS,小的系统就叫PLC。当然,这么说也不是不可以,但是还不对。现在我们来重新建立这个观念。

DCS和PLC之间有什么不同?

1、发展历史

DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此,DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制,比如我们使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系统甚至没有PID数量的限制(PID,比例微分积分算法,是调节阀、变频器闭环控制的标准算法,通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量)。

PLC从传统的继电器回路发展而来,最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力,因此,PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。

2、系统的可扩展性和兼容性

市场上控制类产品繁多,无论DCS还是PLC,均有很多厂商在生产和销售。对于PLC系统来说,一般没有或很少有扩展的需求,因为PLC系统一般针对于设备来使用。一般来讲,PLC也很少有兼容性的要求,比如两个或以上的系统要求资源共享,对PLC来讲也是很困难的事。而且PLC一般都采用专用的网络结构,比如西门子的MPI总线性网络,甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。

DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系,但大部分的DCS系统,比如横河YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等等,虽说系统内部(过程级)的通讯协议不尽相同,但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络,采用标准或变形的TCP/IP协议。这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中,控制器、计算机均作为一个节点存在,只要网络到达的地方,就可以随意增减节点数量和布置节点位置。另外,基于windows系统的OPC、DDE等开放协议,各系统也可很方便的通讯,以实现资源共享。

3、数据库

DCS一般都提供统一的数据库。换句话说,在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中,就可在任何情况下引用,比如在组态软件中,在监控软件中,在趋势图中,在报表中……而PLC系统的数据库通常都不是统一的,组态软件和监控软件甚至归档软件都有自己的数据库。为什么常说西门子的S7400要到了414以上才称为DCS?因为西门子的PCS7系统才使用统一的数据库,而PCS7要求控制器起码到S7 414-3以上的型号。

4、时间调度

PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。PLC程序是从头到尾执行一次后又从头开始执行。(现在一些新型PLC有所改进,不过对任务周期的数量还是有限制。)而DCS可以设定任务周期。比如,快速任务等。同样是传感器的采样,压力传感器的变化时间很短,我们可以用200ms的任务周期采样,而温度传感器的滞后时间很大,我们可以用2s的任务周期采样。这样,DCS可以合理的调度控制器的资源。

5、网络结构

一般来讲,DCS惯常使用两层网络结构,一层为过程级网络,大部分DCS使用自己的总线协议,比如横河的Modbus、西门子和ABB的Profibus、ABB的   CAN bus等,这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。现场IO模块,特别是模拟量的采样数据(机器代码,213/扫描周期)十分庞大,同时现场干扰因素较多,因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。基于RS485串口异步通讯方式的总线结构,符合现场通讯的要求。 IO的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据,在操作级网络(第二层网络)上传输。因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准,同时因操作级网络一般布置在控制室内,对抗干扰的要求相对较低。因此采用标准以太网是最佳选择。TCP/IP协议是一种标准以太网协议,一般我们采用100Mbit/s的通讯速度。

PLC系统的工作任务相对简单,因此需要传输的数据量一般不会太大,所以常见的PLC系统为一层网络结构。过程级网络和操作级网络要么合并在一起,要不过程级网络简化成模件之间的内部连接。PLC很少使用以太网。

6、应用对象的规模

PLC一般应用在小型自控场所,比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁,而大型的应用一般都是DCS。当然,这个概念不太准确,但很直观,习惯上我们把大于600点的系统称为DCS,小于这个规模叫做PLC。我们的热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就是称为PLC。

说了这么多PLC与DCS的区别,但我们应该认识到,PLC与DCS发展到今天,事实上都在向彼此靠拢,严格的说,现在的PLC与DCS已经不能一刀切开,很多时候之间的概念已经模糊了。

bnans

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