控制類産品名目繁多,各家叫法不一。通常使用的控制類産品包括DCS、PLC兩大類。我們又将DCS的概念拓展到FCS。
DCS(Distributed Contorl System),集散控制系統,又稱分布式控制系統,是相對于集中式控制系統而言的一種計算機控制系統,它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的。
FCS(FieldBus Contorl Syestem),現場總線控制系統。它是用現場總線這一開放的、具有互操作性的網絡将現場各個控制器和儀表及儀表裝置互聯,構成現場總線控制系統,同時控制功能徹底下放到現場,降低了安裝成本和維修費用。
PLC(Program Logic Control ),可程式設計邏輯控制器。
FCS和DCS的詳細對比
FCS是由DCS與PLC發展而來,不僅具備DCS與PLC的特點,而且跨出了革命性的一步。目前新型的DCS與新型的PLC,都有向對方靠攏的趨勢。新型的DCS已有很強的順序控制功能;而新型的PLC,在處理閉環控制方面也不差,并且兩者都能組成大型網絡,DCS與PLC的适用範圍,已有很大的交叉。
DCS系統的關鍵是通信。也可以說資料總線是分散控制系統DCS的脊柱。由于它的任務是為系統所有部件之間提供通信網絡,是以,資料總線自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。資料總線的媒體可以是:一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。通過資料總線的設計參數,基本上可以了解一個特定DCS系統的相對優點與弱點。
為保證通信的完整,大部分DCS廠家都能提供備援資料總線。為了保證系統的安全性,使用了複雜的通信規約和檢錯技術。所謂通信規約就是一組規則,用以保證所傳輸的資料被接收,并且被了解得和發送的資料一樣。目前在DCS系統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信号來調節資料的傳輸和接收,異步網絡采用沒有時鐘的報告系統。
圖 傳統方式:現場級裝置與控制器之間連接配接采用一對一I/O連線方式
圖 現場總線技術:使用一根電纜連接配接所有現場裝置
性能 | FCS | DCS |
結構 | 一對多:一對傳輸線接多台儀表,雙向傳輸多個信号。 | 一對一:一對傳輸線接一台儀表,單向傳輸一個信号。 |
可靠性 | 可靠性好:數字信号傳輸抗幹擾能力強,精度高。 | 可靠性差:模拟信号傳輸不僅精度低,而且容易受幹擾。 |
失控狀态 | 操作員在控制室既可以了解現場裝置過現場儀表的工作情況,也能對裝置進行參數調整,還可以預測或尋找故障,使裝置始終處于操作員的過程監控與可控狀态之中。 | 操作員在控制室既不了解模拟儀表的工作情況,也不能對其進行參數調整,更不能預測故障,導緻操作員對儀表處于“失控”狀态。 |
控制 | 控制功能分散在各個智能儀器中。 | 所有的控制功能集中在控制站中。 |
互換性 | 使用者可以自由選擇不同制造商提供的性能價格比最優的現場裝置和儀表,并将不同品牌的儀表互連,實作“即插即用”。 | 盡管模拟儀表統一了信号标準(4~20mA DC),可是大部分技術參數仍由制造廠自定,緻使不同品牌的儀表互換性差。 |
儀表 | 智能儀表除了具有模拟儀表的檢測、變換、補償等功能外,還具有數字通信能力,并且具有控制和運算能力。 | 模拟儀表隻具有檢測、變換、補償等功能。 |
通信方式 | 采用雙數字化、雙向傳輸的通信方式。從最底層的傳感器、變送器和執行器就采用現場總線網絡,逐層向上直到最高層均為通信網絡互聯。多條分支通信線延伸到生産現場,用來連接配接現場數字儀表,采用一對N連接配接。 | 采用階層化的體系結構,通信網絡分布于各層并采用數字通信方式,唯有生産現場層的正常模拟儀表仍然是一對一模拟信号(如4~20mA DC)傳輸方式,是一個“半數字信号”系統。 |
分散控制 | 廢棄了DCS的輸入/輸出單元,由現場儀表取而代之,即把DCS控制站的功能化整為零,功能塊分散地配置設定給現場總線上的數字儀表,實作徹底的分散控制。 | 生産現場的模拟儀表集中接于輸入/輸出單元,而與控制有關的輸入、輸出、控制、運算等功能塊都集中于DCS的控制站内。DCS隻是一個“半分散”系統。 |
互操作性 | 現場裝置隻要采用同一總線标準,不同廠商的産品既可互聯也可互換,并可以統一組态,進而徹底改變傳統DCS控制層的封閉性和專用性,具有很好的可內建性。 | 現場級裝置都是各制造商自行研制開發的,不同廠商的産品由于通信協定的專有與不相容,彼此難以互聯、互操作。 |
PLC和DCS
PLC:
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從開關量控制發展到順序控制、運送處理,是從下往上的
連續PID控制等多功能,PID在中斷站中。
- 可用一台PC機為主站,多台同型PLC為從站。
- 也可一台PLC為主站,多台同型PLC為從站,構成PLC網絡。這比用PC機作主站友善之處是:有使用者程式設計時,不必知道通信協定,隻要按說明書格式寫就行。
- PLC網格既可作為獨立DCS,也可作為DCS的子系統。
- PLC主要用于工業過程中的順序控制,新型PLC也兼有閉環控制功能。
DCS:
- 分散控制系統DCS集4C(Communication,Computer, Control、CRT)技術于一身的監控技術。
- 從上到下的樹狀拓撲大系統,其中通信(Communication)是關鍵。
- PID在中斷站中,中斷站聯接計算機與現場儀器儀表與控制裝置是樹狀拓撲和并行連續的鍊路結構,也有大量電纜從中繼站并行到現場儀器儀表。
- 模拟信号,A/D—D/A、帶微處理器的混合。
- 一台儀表一對線接到I/O,由控制站挂到區域網路LAN。
- DCS是控制(工程師站)、操作(操作員站)、現場儀表(現場測控站)的3級結構。用于大規模的連續過程控制,如石化等。
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公衆号
業内人士細說PLC與DCS差別
PLC與DCS無法比較,PLC是控制器,是孤立的産品,而DCS是系統。但PLC可以與DCS的控制站比較,PLC的循環周期在10毫秒左右,而DCS控制站在500毫秒左右,PLC的開放性更好,作為産品其獨立工作的能力更強。
—— OMRON公司
DCS是一個系統包括上位軟體、網絡與控制器,而PLC隻是一個控制器,要構成系統還需要上位SCADA系統和與之相連的網絡。
對PID回路控制,現在三菱的過程控制器也可以實作象SAMA組态一樣的FBD程式設計;DCS系統更大,控制的回路數目更多,有比較多的控制和算法,可以完成比較複雜的回路間的控制。硬體可靠性差不多。DCS可以做到I/O的備援,PLC則不可以。相對而言,PLC構成的系統成本更低。
—— 三菱電機自動化精密控制部經理
DCS是一種“分散式控制系統”,硬體上包括現場控制器、操作員站計算機、工程師站計算機,以及聯系他們的網絡系統;DCS軟體上是一個整體方案,解決的是一個系統的所有技術問題,系統各部分之間結合嚴密。
PLC是一個裝置,硬體上等同于DCS中的現場控制器;軟體上是一個局部方案,站與站之間組織松散。
—— 貝加萊負責APROL産品應用開發的技術經理
分析DCS與PLC的差別,最關鍵的是兩點,一是DCS是分布式控制,擁有全局資料庫;二是PLC是順序掃描機制,DCS是以時間為基準的控制。我們的系統符合第一點,例如一個I/O标簽的修改,在HMI也可以同步展現。
——羅克韋爾自動化過程市場産品經理
看漫畫,讀懂PLC與DCS