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涨姿势:PLC、DCS、FCS三大工业控制系统的区别

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学社贴贴学历认证 发表于 2019-10-7 16:01 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
环境学社

学社导读

随着工业技术的快速发展,相继出现了集散控制系统和现场总线控制系统, 一些行业当中有的人认为FCS 是由PLC发展而来的;另一些行业的人认为FCS又是由DCS发展而来的。FCS与 PLC及DCS之间既有密不可分的关联, 又存在着本质的区别。

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7 U4 C  A' }: }- y% D2 c% D/ s/ G在工业过程控制中的三大控制系统,分别是PLC、DCS、FCS。
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/ Y9 u4 ~, L; Z" EPLC控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式输入或输出,控制各种类型的机械或生产过程。
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: s& J% @4 j+ o4 }7 eDCS集散控制系统,又叫计算机分布式控制系统,它是20世纪70年代中期迅速发展起来的,它把控制技术、计算机技术、图像显示技术 以及通信技术结合起来,也称作4C技术,实现了对生产过程的监视、控制和管理。它既打破了常规控制仪表功能的局限性,又较好的解决了早期计算机系统对于信息、管理和控制作用过于集中带来的危险性。: B3 D. o) ^% q$ ~8 Z9 j9 X* {2tech.cn
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FCS 现场总线控制系统的核心是总线协议,基础是数字智能现场设备,本质是信息处理现场化。
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" }# X. R$ g- g0 d  t! t: r# {$ I2 K大型 PLC 构成的过程控制系统的基本特点
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) P+ h' L5 ~5 E; x( S& j/ {% X7 q(1) 从上到下的结构,PLC 既可以作为独立的 DCS, 也可以作为DCS的子系统。(2) PID 放在控制站中,可实现连续 PID 控制等各种功能。
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(3) 可用一台 PC 为主站,多台同类型 PLC为从站; 也可用一台 PLC 为主站,多台同类型 PLC 为从站, 构成PLC网络。
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(4) 主要用于工控中的顺序控制,新型PLC也兼有闭环控制功能。
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$ ]2 f5 D% b9 MDCS控制系统的基本特点
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(1) 从上到下的树状系统,其中通信是关键。
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(2) PID在中断站中,中断站联结计算机与现场仪器 仪表与控制装。
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(3) 是树状拓扑和并行连续的链路结构,有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
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(4) 信号系统包括开关量信号和模拟信号。 6 Z' Z3 o; L8 a* d2 U2tech.cn
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(5) DCS是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场 仪表(现场测控站)的三级结构。
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2 z# c/ e$ t- Y# Y5 L! d) uFCS 控制系统的基本特点
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(1)FCS是3C技术的融合。它适用于本质安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。
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(2) 现场设备高度智能化,提供全数字信号;一条总线连接所有的设备。 7 ^' p+ ]6 y8 d7 T' `' Q! {  h7 W2tech.cn

7 ^" O* p0 y; D8 d(3) 从控制室到现场设备的双向数字通信总线,是互联的、双向的、串行多节点、开放的数字通信系统取 代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统。
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(4) 控制功能彻底分散。1 E# W8 C' z8 @- ^8 K2tech.cn

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DCS是一种“分散式控制系统”,而 PLC 只是一 种控制“装置”,两者是“系统”与“装 置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调, PLC 装置只实现本单元所具备的功能。网络方面, 网络是控制系统的中枢神经。* \# M5 Q- }; Z7 z& M2tech.cn

( v$ {- h: E! u0 r6 P) r/ BDCS 系统如 HOLLiAS MACS 系统的网络,由上至下分为系统网络和控制网络两个层次,系统网络实现现场控制站与 系统操作员站的互连,控制网络实现现场控制站与智能 I/O 单元的通讯,信息传输实时可靠。
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而 PLC 因为基本上都为个体工作,其在与别的 PLC 或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构。在网络安全上,PLC 没有很好的保护措施。 9 l$ _( l' L  e3 q  V. H" A5 k" o5 B2tech.cn
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DCS 在整个设计上留有大量的可扩展性接口,外接 系统或扩展系统都十分方便,PLC 所搭接的整个系统完成后,想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。DCS 安全性为保证 DCS 控制设备的安全可靠, DCS 采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故 障时,都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单 元,保证整个系统的安全可靠。/ J8 u. u! L( a- }2tech.cn
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PLC 所搭接的系统基本没有冗余的概念,就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC 单元发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比PLC安全可靠性上高一个等级。DCS 与 PLC 硬件可靠性差不多。PLC 的优势在于软件方面,PLC 采用的是顺序扫描机制,PLC 在高速的顺序控制中占主导地位。PLC的循环周期在10ms 秒左右, 而DCS 控制站在500ms 左右。' d" i: z) N* A' b2tech.cn

2 S' @" x, F& @  ZDCS 实现顺序联锁功能 相对于PLC来讲是弱势,且逻辑执行速度不如 PLC。相对而言,PLC 构成的系统成本更低。DCS 的现场控制站层通常采用集中式控制,尽管支持远程分布式 I/O,但由于成本原因,很少采用。而PLC 基于现场总线的远程分 布式 I/O 体积小更灵活易用,能有效地节省接线成本。. W+ ^. Q1 x0 M  W2tech.cn
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7 y* d& A9 @" h- [FCS控制系统与DCS控制系统的比较; _) e* |* ]; B! C+ i2tech.cn

. ~: t' K$ }8 u0 Z0 h: F6 G可以说FCS 兼备了DCS 与 PLC的特点,而且跨出 了革命性的一步。8 M3 r9 t- D3 C6 U% b( k2tech.cn
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1) FCS是全开放的系统,其技术标准也是全开放的, FCS 的现场设备具有互操作性,装置互相兼容,因此用户 可以选择不同厂商、不同品牌的产品,达到最佳的系统集成;DCS 系统是封闭的,各厂家的产品互不兼容。# m& G2 o1 f! _: W  H" r/ \2tech.cn

& H' v: ^4 ~: u5 f$ N6 L* B* N5 m2) FCS 的信号传输实现了全数字化,其通信可以从最底层的传感器和执行器直到最高层,为企业的MES 和 ERP 提供强有力的支持,更重要的是它还可以对现场装 置进行远程诊断、维护和组态;DCS 的通信功能受到很 大限制,虽然它也可以连接到 Internet,但它连不到底 层, 它提供的信息量也是有限的, 它不能对现场设备进 行远程操作。7 V, c( m2 ^* z! |% m* R2tech.cn
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3)FCS 的结构为全分散式,它废弃了 DCS 中的 I /O 单元和控制站,把控制功能下放到现场设备,实现了彻底的分散,系统扩展也变得十分容易;DCS 的分散只是到控制器一级, 它强调控制器的功能, 数据公路更是其关键。
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& q( |/ m! E% D# D/ c  h6 f. p; N4) FCS 的全数字化,控制系统精度高,可以达到土0.1%;而DCS 的信号系统是二进制或模拟式的,必须有A /D 、D/ A环节, 所以其控制精度为土 0.5 %。. @& i7 _7 O4 Z; h2tech.cn

# \- [" D  G: \- S5) FCS 可以将PID闭环功能放到现场的变送器或执行器中,加上数字通信,所以缩短了采样和控制周期, 目前可以从 DCS 的每秒2-5次,提高到每秒10-20 次,从而改善了调节性能。3 u* Z: T$ m9 u7 s- P% L" }2tech.cn
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6) 由于 FCS 省去了大量的硬件设备、电缆和电缆安装辅助设备, 节约了大量的安装和调试费用, 所以它的造价要远低于DCS。1 [  M8 k" d5 a2 o6 y* b2tech.cn
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FCS是一个开放的、完全分布式的、智能控制的系统。但传统DCS、PLC系统已经被使用了几十年来,发展成为一个实用型的、可靠性高的系统。随着它们各自的发展,都有向对方靠拢的趋势。像新型的 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弱,并且两者都能组成大型控制网络。. X, W& g, a: z8 f( F2tech.cn
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本帖最后由 学社贴贴 于 2019-10-7 16:03 编辑 7 }1 N% U+ D3 S* e' G5 t& ~2tech.cn
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精彩评论3

 楼主| 学社贴贴学历认证 发表于 2019-10-7 16:09 | 显示全部楼层
第一篇章:FCS和DCS的区别8 `# }7 ]; z' N- c* E2tech.cn

( d0 Q* [" n$ X: K& k* O传统方式:现场级设备与控制器之间连接采用一对一I/O连线方式. c# b: A* e% [. v2tech.cn
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现场总线技术:使用一根电缆连接所有现场设备
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FCS和DCS的详细对比
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 楼主| 学社贴贴学历认证 发表于 2019-10-7 16:14 | 显示全部楼层
第二篇章:DCS和PLC的区别4 y. o' f1 b  D. H, E2tech.cn
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  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。5 T+ I& K1 p) g* I" _2tech.cn

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2 l! |9 Z# e' `1 ~. z6 Q, ^8 Z# p# y(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 ^! H9 J8 c/ x) b: f5 p2tech.cn

: l" d( ^; Z, t( {4 f(2)连续PID控制等多功能,PID在中断站中。可用一台PC机为主站,多台同型PLC为从站;, y7 I' ~1 ]5 R2tech.cn

3 J- z, p( J+ o5 y! Q0 n# [(3)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;
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7 M& x4 h- l: m3 ], k$ a5 |) R(4)PLC网格既可作为独立DCS,也可作为DCS的子系统;. b# w. J4 q3 K8 e, I2tech.cn
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(5)PLC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。
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(1)分散控制系统:
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5 z# t( R  D/ Q' u1 ~+ uDCS集4C(Communication,Computer, Control、CRT)技术于一身的监控技术;8 X" B( J* t1 y2tech.cn
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(2)从上到下的树状拓扑大系统,其中通信(Communication)是关键;
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(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;
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(4)模拟信号,A/D—D/A、带微处理器的混合;
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. a; h5 [0 F, {) E, `(5)一台仪表一对线接到I/O,由控制站挂到局域网LAN;
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(6)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;
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6 p6 n; H  x+ k. _, t(7)用于大规模的连续过程控制,如石化等。
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 楼主| 学社贴贴学历认证 发表于 2019-10-7 16:15 | 显示全部楼层
业内人士细说PLC与DCS的区别:
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: d4 b8 `, J1 E2 V5 v; \PLC与DCS无法比较,PLC是控制器,是孤立的产品,而DCS是系统。但PLC可以与DCS的控制站比较,PLC的循环周期在10毫秒左右,而DCS控制站在500毫秒左右,PLC的开放性更好,作为产品其独立工作的能力更强。
. x2 K8 W: R4 X5 B! K. I& p$ d—— OMRON公司
4 N: x+ f! [/ l9 [( W8 \: }7 E" X: d& a2tech.cn

' v. i" k5 R8 c# D9 `DCS是一个系统包括上位软件、网络与控制器,而PLC只是一个控制器,要构成系统还需要上位SCADA系统和与之相连的网络。对PID回路控制,现在三菱的过程控制器也可以实现象SAMA组态一样的FBD编程;DCS系统更大,控制的回路数目更多,有比较多的控制和算法,可以完成比较复杂的回路间的控制。硬件可靠性差不多。DCS可以做到I/O的冗余,PLC则不可以。相对而言,PLC构成的系统成本更低。
  D5 a6 O9 D5 Q—— 三菱电机自动化精密控制部经理
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DCS是一种“分散式控制系统”,硬件上包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机,以及联系他们的网络系统;DCS软件上是一个整体方案,解决的是一个系统的所有技术问题,系统各部分之间结合严密。  PLC是一个装置,硬件上等同于DCS中的现场控制器;软件上是一个局部方案,站与站之间组织松散。
8 O3 X% u0 |  Y! h( i: j; f—— 贝加莱负责APROL产品应用开发的技术经理
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分析DCS与PLC的区别,最关键的是两点,一是DCS是分布式控制,拥有全局数据库;二是PLC是顺序扫描机制,DCS是以时间为基准的控制。我们的系统符合第一点,例如一个I/O标签的修改,在HMI也可以同步体现。8 `* g0 x# d" H0 @& `! X2tech.cn
——罗克韦尔自动化过程市场产品经理
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