PLC、FCS、DCS三大控制系統(tǒng)區(qū)別

FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來，FCS不僅具備DCS與PLC的特點，而且跨出了革命的一步，而目前，新型的DCS與新型的PLC都有向?qū)Ψ娇繑n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(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。

一、區(qū)別要點

1、DCS

DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對絞線、同軸電纜或光纖電纜。

通過數(shù)據(jù)公路的設(shè)計參數(shù)，基本上可以了解一個特定DCS系統(tǒng)的相對優(yōu)點與弱點。

(1)系統(tǒng)能處理多少I/O信息。

(2)系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。

(3)能適應(yīng)多少用戶和裝置(CRT、控制站等)。

(4)傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢查的。

(5)數(shù)據(jù)公路的最大允許長度是多少。

(6)數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。

(7)數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計算機、數(shù)據(jù)記錄裝置等)。

為保證通信的完整，大部分DCS廠家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。

為了保證系統(tǒng)的安全性。使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯技術(shù)，所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解的和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。

目前在DCS系統(tǒng)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來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒有時鐘的報告系統(tǒng)。

2、FCS

FCS的關(guān)鍵要點有以下三點。

(1)FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。

一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定，就其總線協(xié)議的基本原理而言，各類總線都是一樣的，都以解決雙向串行數(shù)字化通信傳輸為基本依據(jù)。但是由于各種原因，各類總線的總線協(xié)議存在很大的差異。

為了使現(xiàn)場總線的滿足可互操作性要求，使其成為真正的開放系統(tǒng)，原IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場總線通信協(xié)議模擬的用戶層中，就明確規(guī)定用戶層具有裝置描述功能。為了實現(xiàn)互操作，每個現(xiàn)場總線裝置都用裝置描述DD來描述。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個驅(qū)動器，它包括所有必要的參數(shù)描述和主站所需要的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需要的所有信息，并且與主站無關(guān)，所以可以使現(xiàn)場裝置實現(xiàn)真正的互操作性。

實際情況是否如上述一致，回答是否定的。目前通過的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)含8種類型，而原IEC國際標(biāo)準(zhǔn)只是8種類型之一，與其它7種類型總線的地位是平等的。其它7種類型總線，不論其市場占有率有多少，每個總線協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。他們能夠形成系統(tǒng)，形成產(chǎn)品。而原IEC現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)，是一個既無軟件支撐也無硬件支撐的空架子。要實現(xiàn)這些總線的相互兼容和互操作，就目前狀態(tài)而言，幾乎是不可能的。

通過上述，我們是否可以得出這樣一種映象：開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的互操作性，就一個特定類型的現(xiàn)場總線而言，只要遵循該類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議，對其產(chǎn)品是開放的，并具有互操作性，換句話說，不論什么廠家的產(chǎn)品，也不一定是該現(xiàn)場總線公司的產(chǎn)品，只要遵循該總線的總線協(xié)議，產(chǎn)品之間是開放的，并具有互操作性，就可以組成總線網(wǎng)絡(luò)。

(2)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。

數(shù)字智能現(xiàn)場裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)，道理很簡單，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動控制裝置與現(xiàn)場裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。如果現(xiàn)場裝置不遵循統(tǒng)一的總線協(xié)議，即相關(guān)的通信規(guī)約，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話，也不能稱之為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。再一點，現(xiàn)場總線的一大特點就是要增加現(xiàn)場一級控制功能。如果現(xiàn)場裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)的特點也就不存在了，所謂簡化系統(tǒng)、方便設(shè)計、利于維護等優(yōu)越性也是虛的。

(3)FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。

對于一個控制系統(tǒng)，無論是采用DCS還是采用現(xiàn)場總線，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的，實際上，采用現(xiàn)場總線后，可以從現(xiàn)場得到更多的信息?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的信息量沒有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力，另一方面讓大量信息在現(xiàn)場就地完成處理，減少現(xiàn)場與控制機房之間的信息往返?？梢哉f現(xiàn)場總線的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場化。

減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常?？蓭砀纳葡到y(tǒng)響應(yīng)時間的好處。因此。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點，放在同一條支路里。

減少信息往返與減少系統(tǒng)的線纜有時會相互矛盾。這時仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來做為選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時間允許的話，應(yīng)選節(jié)省線纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時間比較緊張，稍微減少一點信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?/p>

現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場總線的現(xiàn)場儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會稍有差別，但一個網(wǎng)絡(luò)支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀存在。選用哪一個現(xiàn)場儀表上的功能，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。

考慮這個問題的原則是：盡量減少總線上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺儀表上的功能塊。

二、典型系統(tǒng)比較

通過使用現(xiàn)場總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場接線，用單個現(xiàn)場儀表可以實現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現(xiàn)場一級的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡化，并且維護十分簡便。傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)中，每個現(xiàn)場裝置到控制室都需使用一對專用的雙絞線，以傳送4-20mA信號，現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，每個現(xiàn)場裝置到接線盒雙絞線仍然可以使用，但是從現(xiàn)場接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數(shù)字通信。

通過采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，到底能節(jié)省多少電纜，編者尚未做此計算。但是，我們可以采用DCS系統(tǒng)的電廠中與自動控制系統(tǒng)有關(guān)的所用電纜公里數(shù)看出，電纜在基建投資中所占份額。

1、某電廠，2×300MW燃煤機組

熱力系統(tǒng)為單元制。每臺機組設(shè)置一座集中控制樓，采用機、爐、電單元集中控制方式。單元控制室的標(biāo)高為12.6m，與運行層標(biāo)高一致。DCS采用WDPF-Ⅱ，每臺機組設(shè)計的I/O點為4500點。

電纜敷設(shè)采用俄EC元件，8個人用1.5個月時間完成敷設(shè)的設(shè)計任務(wù)。

主廠房內(nèi)每臺300MW機組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。

主廠房內(nèi)每臺300MW機組自動化專業(yè)電纜長度為350公里。

以上電纜的根數(shù)及長度均不包括全廠火災(zāi)報警的廠供電纜和全廠各輔助生產(chǎn)車間的電纜。

電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅，每臺機組約95t.

其他電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封頭、調(diào)寬片、直接片等選用鋁合金材質(zhì)，每臺300MW機組約為55t.

附件隨橋架提供(如螺栓，螺母)。

2、某電廠，4×325MW燃油燃?xì)怆娬?/p>

熱力系統(tǒng)為單元制。DCS采用TELEPERM——XP.每臺機組設(shè)計I/O點為5804點。

電纜敷設(shè)采用EC軟件，12個人用2.5個月時間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計任務(wù)。

主廠房內(nèi)每臺325MW機組自動化專業(yè)的電纜根數(shù)為4413根。

主廠房內(nèi)每臺325MW機組自動化裝業(yè)的電纜長度為360km.

每臺機組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架，其質(zhì)量約為250t.

3、電站的電纜可以分為六大類：高壓電力電纜、低壓電力電纜、控制電纜、熱控電纜、弱電電纜(主要指計算機用電纜)、其他電纜。若兩臺300MW機組同時做電纜敷設(shè)，自動化專業(yè)電纜的數(shù)量大約有8500根左右。其中熱控電纜和弱電電纜將大于500根，及約占60%左右(以根數(shù)計量)。