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当前位置: 首页 > 新闻频道 > 专业论文 > 自动化控制系统的比较分析
自动化控制系统的比较分析
来源:作者:吴岫岩 单位:唐山开滦电力工程有限责任公司    发表时间:2021/1/8 15:30:00  浏览次数:
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【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.

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