自動(dòng)化控制系統(tǒng)的比較分析

【摘要】自動(dòng)化控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在提高生產(chǎn)效率，提升安全生產(chǎn)水平，降低運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度方面發(fā)揮著重要作用。自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及的范圍很廣，本文主要介紹可編程邏輯控制器（PLC）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）。

【關(guān)鍵詞】PLC；DCS；FCS

自動(dòng)化控制系統(tǒng)伴隨著工廠的建立便投入到生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。比較常見的有可編程邏輯控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）、分布式控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱FCS）。各個(gè)系統(tǒng)的品牌廠家眾多，但功能大體相同。通過(guò)獲取生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為輸入，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定好的流程進(jìn)行計(jì)算，輸出的值使設(shè)備、機(jī)器按照我們想要的狀態(tài)運(yùn)行。

1三種控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PLC，正如其名稱所示，常用于順序邏輯控制的工業(yè)領(lǐng)域。在PLC出現(xiàn)之前繼電器在工業(yè)控制領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，但繼電器有著明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、速度慢、適應(yīng)性差。一般要使用成百上千的繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器才能組成具有與PLC相同功能的控制系統(tǒng)，PLC的出現(xiàn)開創(chuàng)了工業(yè)控制的新時(shí)代。PLC控制系統(tǒng)可大可小，通過(guò)增加輸入輸出模塊來(lái)增加控制系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)。在日常中與HMI人機(jī)界面或者上位機(jī)軟件搭配使用。DCS，是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。控制器分布在生產(chǎn)的各個(gè)系統(tǒng)中，而在控制室集中監(jiān)視和操作。DCS隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)快速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，已在石油、化工、電力、冶金以及智能建筑等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。DCS通常使用訂制的處理器作為控制器，并使用專用或者標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通信，搭配廠家各自的組態(tài)軟件構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。FCS，是建立在全數(shù)字通信基礎(chǔ)上，是一種完全分散的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有開放性、分散性的技術(shù)特點(diǎn)，被稱為繼PLC，DCS之后新一代的控制系統(tǒng)。在FCS技術(shù)中，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都智能化、能夠相互通信的設(shè)備。目前，國(guó)際上有幾十種現(xiàn)場(chǎng)總線類型，比較典型的有：FF，Profibus，LONworks，CAN，HART，CC-LINK等。FCS在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用并不如PLC、DCS那樣廣泛。

2三種控制系統(tǒng)的比較

三種控制系統(tǒng)從總體上來(lái)說(shuō)都是由CPU，指令及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊、電源模塊等組成。但具體來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面不同：

2.1整體結(jié)構(gòu)上的差異

PLC通常由控制器，電源模塊，通訊模塊，輸入輸出模塊等構(gòu)成。所占空間較小，安裝位置靈活。沒有固定使用的上位機(jī)軟件，可隨用戶需要選擇。DCS除了PLC具有的上述模塊外，一般有控制器、電源模塊、通訊模塊等冗余配置。上位機(jī)軟件由廠商提供，用戶無(wú)法選擇。有多臺(tái)操作員站、工程師站，全部集中在控制室。而FCS把絕大部分的控制功能全權(quán)交給現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，高級(jí)控制功能在控制室。FCS不像DCS那樣有大量模擬數(shù)字輸入輸出模塊，比DCS結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，反而現(xiàn)場(chǎng)儀表的任務(wù)加重了。

2.2功能上的不同

PLC通常是單機(jī)運(yùn)行，功能相對(duì)單一，適用于那些系統(tǒng)規(guī)模較小對(duì)擴(kuò)展沒有太大需求的小型工程。DCS通常將控制器分散在生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，而且系統(tǒng)集成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、流線型的報(bào)警管理等功能，并提供通用的接口，易于信息共享。主要應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)和比較大的工廠。FCS與DCS在功能方面相比較，DCS更依賴于控制站，不是完全分散控制，而FCS的控制分散到了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化儀表和智能設(shè)備，因此在控制功能方面徹底分散。

2.3擴(kuò)展方式的不同

PLC進(jìn)行擴(kuò)展，需要增加更多的輸入輸出模塊，甚至是增加控制器。過(guò)程比較耗時(shí)和費(fèi)力，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。DCS擴(kuò)展來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單，一般只需要增加輸入輸出模塊，擴(kuò)展規(guī)模較大時(shí)需要增加擴(kuò)展柜或者遠(yuǎn)程站，由于系統(tǒng)集成了上位機(jī)組態(tài)軟件，配置過(guò)程相對(duì)容易。而FCS只需要把多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表都接在總線上，比DCS用線更少，安裝簡(jiǎn)單，費(fèi)用也低，配置更加方便。

3三種系統(tǒng)如何選擇

PLC、DCS、FCS各有各的特點(diǎn)，在選擇的時(shí)候還要具體問(wèn)題具體分析。主要考慮系統(tǒng)規(guī)模大小，功能需要，前期建設(shè)成本和后期維護(hù)成本。如果系統(tǒng)較小，輸入輸出點(diǎn)小于300點(diǎn)，而且預(yù)算較少，考慮PLC就比較適合。PLC的控制功能并不輸于DCS，而且并不需要專門的控制室，與HMI人機(jī)接口搭配使用，現(xiàn)場(chǎng)便能操作。PLC也可以用于大型系統(tǒng)中，但隨著PLC的增多，后期集成維護(hù)也是一件麻煩事。想要將DCS系統(tǒng)應(yīng)用到小規(guī)模系統(tǒng)上也并不容易，DCS的控制柜需要占用空間較大，需要專門的控制室安置工程師站和操作員站，相較于PLC前期投入成本也較高，在小規(guī)模系統(tǒng)中并不具備性價(jià)比。相反，在大系統(tǒng)應(yīng)用中更能發(fā)揮其功能。DCS采取冗余設(shè)計(jì)，可以在線進(jìn)行模塊更換，而且控制功能分散，不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的某一部分發(fā)生故障，而引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，有更高的安全性。由于集成了上位機(jī)軟件，在邏輯組態(tài)和畫面組態(tài)上也更加方便，易于變更維護(hù)。FCS的每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的聯(lián)系均通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)，比DCS在系統(tǒng)安裝和擴(kuò)展上更具優(yōu)勢(shì)。并且采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，在不同廠家設(shè)備之間的數(shù)據(jù)匯集和共享不存在障礙，這是PLC和DCS無(wú)法比擬的。但FCS采用的都是現(xiàn)場(chǎng)總線儀表設(shè)備，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)并不多見，可選擇的余地少，價(jià)格較高。由于采用了許多新的技術(shù)，對(duì)后期運(yùn)行維護(hù)人員也提出了很高的技術(shù)要求。前期投入和后期維護(hù)成本高，給FCS的大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)了困難。FCS屬于未來(lái)，但現(xiàn)在還有很長(zhǎng)的路要走。

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作者：吳岫巖 單位：唐山開灤電力工程有限責(zé)任公司