自动化控制系统的比较分析

自动化控制系统的比较分析

【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，LONworks，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.

作者：吴岫岩 单位：唐山开滦电力工程有限责任公司