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自動化控制系統(tǒng)的比較分析
【摘要】自動化控制系統(tǒng)在現代工業(yè)生產中應用廣泛，在提高生產效率，提升安全生產水平，降低運行人員勞動強度方面發(fā)揮著重要作用。自動化控制系統(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）和現場總線控制系統(tǒng)（FCS）。
【關鍵詞】PLC；DCS；FCS
自動化控制系統(tǒng)伴隨著工廠的建立便投入到生產中的各個環(huán)節(jié)。比較常見的有可編程邏輯控制器（以下簡稱PLC）、分布式控制系統(tǒng)（以下簡稱DCS）和現場總線控制系統(tǒng)（以下簡稱FCS）。各個系統(tǒng)的品牌廠家眾多，但功能大體相同。通過獲取生產的實時數據作為輸入，經過預先設定好的流程進行計算，輸出的值使設備、機器按照我們想要的狀態(tài)運行。
1三種控制系統(tǒng)簡介
PLC，正如其名稱所示，常用于順序邏輯控制的工業(yè)領域。在PLC出現之前繼電器在工業(yè)控制領域占主導地位，但繼電器有著明顯的缺點：體積大、耗電多、速度慢、適應性差。一般要使用成百上千的繼電器、定時器和計數器才能組成具有與PLC相同功能的控制系統(tǒng)，PLC的出現開創(chuàng)了工業(yè)控制的新時代。PLC控制系統(tǒng)可大可小，通過增加輸入輸出模塊來增加控制系統(tǒng)點數。在日常中與HMI人機界面或者上位機軟件搭配使用。DCS，是對生產過程進行集中管理和分散控制的計算機控制系統(tǒng)�？刂破鞣植荚谏a的各個系統(tǒng)中，而在控制室集中監(jiān)視和操作。DCS隨著大規(guī)模集成電路技術快速發(fā)展應運而生，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，并使用專用或者標準協(xié)議進行通信，搭配廠家各自的組態(tài)軟件構成整個系統(tǒng)。FCS，是建立在全數字通信基礎上，是一種完全分散的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有開放性、分散性的技術特點，被稱為繼PLC，DCS之后新一代的控制系統(tǒng)。在FCS技術中，每個現場設備都智能化、能夠相互通信的設備。目前，國際上有幾十種現場總線類型，比較典型的有：FF，Profibus，LONworks，CAN，HART，CC-LINK等。FCS在國內市場的應用并不如PLC、DCS那樣廣泛。
2三種控制系統(tǒng)的比較
三種控制系統(tǒng)從總體上來說都是由CPU，指令及數據存儲器、輸入輸出模塊、電源模塊等組成。但具體來說有以下幾個方面不同：
2.1整體結構上的差異
PLC通常由控制器，電源模塊，通訊模塊，輸入輸出模塊等構成。所占空間較小，安裝位置靈活。沒有固定使用的上位機軟件，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。上位機軟件由廠商提供，用戶無法選擇。有多臺操作員站、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交給現場總線儀表，高級控制功能在控制室。FCS不像DCS那樣有大量模擬數字輸入輸出模塊，比DCS結構更加簡單，反而現場儀表的任務加重了。
2.2功能上的不同
PLC通常是單機運行，功能相對單一，適用于那些系統(tǒng)規(guī)模較小對擴展沒有太大需求的小型工程。DCS通常將控制器分散在生產各個環(huán)節(jié)，而且系統(tǒng)集成歷史數據庫、流線型的報警管理等功能，并提供通用的接口，易于信息共享。主要應用于生產過程連續(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的控制分散到了現場數字化儀表和智能設備，因此在控制功能方面徹底分散。
2.3擴展方式的不同
PLC進行擴展，需要增加更多的輸入輸出模塊，甚至是增加控制器。過程比較耗時和費力，而且容易出現錯誤。DCS擴展來說相對簡單，一般只需要增加輸入輸出模塊，擴展規(guī)模較大時需要增加擴展柜或者遠程站，由于系統(tǒng)集成了上位機組態(tài)軟件，配置過程相對容易。而FCS只需要把多臺現場儀表都接在總線上，比DCS用線更少，安裝簡單，費用也低，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，在選擇的時候還要具體問題具體分析。主要考慮系統(tǒng)規(guī)模大小，功能需要，前期建設成本和后期維護成本。如果系統(tǒng)較小，輸入輸出點小于300點，而且預算較少，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人機接口搭配使用，現場便能操作。PLC也可以用于大型系統(tǒng)中，但隨著PLC的增多，后期集成維護也是一件麻煩事。想要將DCS系統(tǒng)應用到小規(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)中并不具備性價比。相反，在大系統(tǒng)應用中更能發(fā)揮其功能。DCS采取冗余設計，可以在線進行模塊更換，而且控制功能分散，不會因為系統(tǒng)的某一部分發(fā)生故障，而引起整個系統(tǒng)的癱瘓，有更高的安全性。由于集成了上位機軟件，在邏輯組態(tài)和畫面組態(tài)上也更加方便，易于變更維護。FCS的每個現場設備之間的聯系均通過現場總線來實現，比DCS在系統(tǒng)安裝和擴展上更具優(yōu)勢。并且采用標準的通信協(xié)議，在不同廠家設備之間的數據匯集和共享不存在障礙，這是PLC和DCS無法比擬的。但FCS采用的都是現場總線儀表設備，在國內市場并不多見，可選擇的余地少，價格較高。由于采用了許多新的技術，對后期運行維護人員也提出了很高的技術要求。前期投入和后期維護成本高，給FCS的大規(guī)模應用帶來了困難。FCS屬于未來，但現在還有很長的路要走。
參考文獻
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[2]李占英.分散控制系統(tǒng)（DCS）和現場總線控制系統(tǒng)（FCS）及其工程設計[J].電子工業(yè)出版社，2015.
[3]高培林.程良鴻.FCS技術國內應用的現狀及存在的問題[J].儀表技術，2005（4）：68-69.
作者：吳岫巖 單位：唐山開灤電力工程有限責任公司