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PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异

866人阅读 | 2条评论 发布于:2011-8-29 18:35:00


   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)、Westinghouse(美)、HITACH(日)、LEEDS & NORTHRMP(美)、SIEMENS(德)、Foxboro(美)、ABB   (瑞士)、Hartmann & Braun(德)、Yokogawa(日)、Honeywell(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、 process—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、CAN bus;

     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
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  • QQGK739636发表于 2011-8-30 12:10:00
  • 又学到前辈的知识,开扩了研究的新思路
  • QQGK739636发表于 2011-8-30 12:10:00
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