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三种自动化控制系统的比较与选择

添加时间:2019-05-23 11:09 来源:未知 作者:优选论文网
  摘要:自动化控制系统在现代工业生产中应用广泛, 在提高生产效率, 提升安全生产水平, 降低运行人员劳动强度方面发挥着重要作用。自动化控制系统涉及的范围很广, 本文主要介绍可编程逻辑控制器 (PLC) 、分布式控制系统 (DCS) 和现场总线控制系统 (FCS) .
  
  关键词:PLC; DCS; FCS;
 

 
  
  自动化控制系统伴随着工厂的建立便投入到生产中的各个环节。比较常见的有可编程逻辑控制器 (以下简称PLC) 、分布式控制系统 (以下简称DCS) 和现场总线控制系统 (以下简称FCS) .各个系统的品牌厂家众多, 但功能大体相同。通过获取生产的实时数据作为输入, 经过预先设定好的流程进行计算, 输出的值使设备、机器按照我们想要的状态运行。
  
  1 三种控制系统简介
  
  PLC, 正如其名称所示, 常用于顺序逻辑控制的工业领域。在PLC出现之前继电器在工业控制领域占主导地位, 但继电器有着明显的缺点:体积大、耗电多、速度慢、适应性差。一般要使用成百上千的继电器、定时器和计数器才能组成具有与PLC相同功能的控制系统, PLC的出现开创了工业控制的新时代。PLC控制系统可大可小, 通过增加输入输出模块来增加控制系统点数。在日常中与HMI人机界面或者上位机软件搭配使用。
  
  DCS, 是对生产过程进行集中管理和分散控制的计算机控制系统。控制器分布在生产的各个系统中, 而在控制室集中监视和操作。DCS随着大规模集成电路技术快速发展应运而生, 已在石油、化工、电力、冶金以及智能建筑等行业得到了广泛应用。DCS通常使用订制的处理器作为控制器, 并使用专用或者标准协议进行通信, 搭配厂家各自的组态软件构成整个系统。
  
  FCS, 是建立在全数字通信基础上, 是一种完全分散的控制系统。该系统具有开放性、分散性的技术特点, 被称为继PLC, DCS之后新一代的控制系统。在FCS技术中, 每个现场设备都智能化、能够相互通信的设备。目前, 国际上有几十种现场总线类型, 比较典型的有:FF, Profibus, LON works, CAN, HART, CC-LINK等。FCS在国内市场的应用并不如PLC、DCS那样广泛。
  
  2 三种控制系统的比较
  
  三种控制系统从总体上来说都是由CPU, 指令及数据存储器、输入输出模块、电源模块等组成。但具体来说有以下几个方面不同:
  
  2.1 整体结构上的差异
  
  PLC通常由控制器, 电源模块, 通讯模块, 输入输出模块等构成。所占空间较小, 安装位置灵活。没有固定使用的上位机软件, 可随用户需要选择。DCS除了PLC具有的上述模块外, 一般有控制器、电源模块、通讯模块等冗余配置。上位机软件由厂商提供, 用户无法选择。有多台操作员站、工程师站, 全部集中在控制室。而FCS把绝大部分的控制功能全权交给现场总线仪表, 高级控制功能在控制室。FCS不像DCS那样有大量模拟数字输入输出模块, 比DCS结构更加简单, 反而现场仪表的任务加重了。
  
  2.2 功能上的不同
  
  PLC通常是单机运行, 功能相对单一, 适用于那些系统规模较小对扩展没有太大需求的小型工程。DCS通常将控制器分散在生产各个环节, 而且系统集成历史数据库、流线型的报警管理等功能, 并提供通用的接口, 易于信息共享。主要应用于生产过程连续和比较大的工厂。FCS与DCS在功能方面相比较, DCS更依赖于控制站, 不是完全分散控制, 而FCS的控制分散到了现场数字化仪表和智能设备, 因此在控制功能方面彻底分散。
  
  2.3 扩展方式的不同
  
  PLC进行扩展, 需要增加更多的输入输出模块, 甚至是增加控制器。过程比较耗时和费力, 而且容易出现错误。DCS扩展来说相对简单, 一般只需要增加输入输出模块, 扩展规模较大时需要增加扩展柜或者远程站, 由于系统集成了上位机组态软件, 配置过程相对容易。而FCS只需要把多台现场仪表都接在总线上, 比DCS用线更少, 安装简单, 费用也低, 配置更加方便。
  
  3 三种系统如何选择
  
  PLC、DCS、FCS各有各的特点, 在选择的时候还要具体问题具体分析。主要考虑系统规模大小, 功能需要, 前期建设成本和后期维护成本。
  
  如果系统较小, 输入输出点小于300点, 而且预算较少, 考虑PLC就比较适合。PLC的控制功能并不输于DCS, 而且并不需要专门的控制室, 与HMI人机接口搭配使用, 现场便能操作。PLC也可以用于大型系统中, 但随着PLC的增多, 后期集成维护也是一件麻烦事。
  
  想要将DCS系统应用到小规模系统上也并不容易, DCS的控制柜需要占用空间较大, 需要专门的控制室安置工程师站和操作员站, 相较于PLC前期投入成本也较高, 在小规模系统中并不具备性价比。相反, 在大系统应用中更能发挥其功能。DCS采取冗余设计, 可以在线进行模块更换, 而且控制功能分散, 不会因为系统的某一部分发生故障, 而引起整个系统的瘫痪, 有更高的安全性。由于集成了上位机软件, 在逻辑组态和画面组态上也更加方便, 易于变更维护。
  
  FCS的每个现场设备之间的联系均通过现场总线来实现, 比DCS在系统安装和扩展上更具优势。并且采用标准的通信协议, 在不同厂家设备之间的数据汇集和共享不存在障碍, 这是PLC和DCS无法比拟的。但FCS采用的都是现场总线仪表设备, 在国内市场并不多见, 可选择的余地少, 价格较高。由于采用了许多新的技术, 对后期运行维护人员也提出了很高的技术要求。前期投入和后期维护成本高, 给FCS的大规模应用带来了困难。FCS属于未来, 但现在还有很长的路要走。
  
  参考文献
  
  [1] 姜建芳。西门子S7-300/400PLC工程应用技术。机械工业出版社, 2012.  
  [2] 李占英。分散控制系统 (DCS) 和现场总线控制系统 (FCS) 及其工程设计[J].电子工业出版社, 2015.  
  [3] 高培林。程良鸿。FCS技术国内应用的现状及存在的问题[J].仪表技术, 2005 (4) :68-69.
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