PLC、FCS、DCS三大控制系統區別

　　FCS是由DCS與PLC發(fā)展而來(lái)，FCS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，而且跨出了革命的一步，而目前，新型的DCS與新型的PLC都有向對方靠攏的趨勢，新型的DCS已有很強的順序控制功能;而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò )，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。

　　一、區別要點(diǎn)

　　1、DCS

　　DCS系統的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)數據公路是分散控制系統DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò )，因此，數據公路自身的設計就決定了總體的靈活性和安全性。數據公路的媒體可以是：一對絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖電纜。

　　通過(guò)數據公路的設計參數，基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統的相對優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。

　　(1)系統能處理多少I(mǎi)/O信息。

　　(2)系統能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。

　　(3)能適應多少用戶(hù)和裝置(CRT、控制站等)。

　　(4)傳輸數據的完整性是怎樣徹底檢查的。

　　(5)數據公路的最大允許長(cháng)度是多少。

　　(6)數據公路能支持多少支路。

　　(7)數據公路是否能支持由其它制造廠(chǎng)生產(chǎn)的硬件(可編程序控制器、計算機、數據記錄裝置等)。

　　為保證通信的完整，大部分DCS廠(chǎng)家都能提供冗余數據公路。

　　為了保證系統的安全性。使用了復雜的通信規約和檢錯技術(shù)，所謂通信規約就是一組規則，用以保證所傳輸的數據被接收，并且被理解的和發(fā)送的數據一樣。

　　目前在DCS系統中，一般使用兩類(lèi)通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘來(lái)調節數據的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò )采用沒(méi)有時(shí)鐘的報告系統。

　　2、FCS

　　FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有以下三點(diǎn)。

　　(1)FCS系統的核心是總線(xiàn)協(xié)議，即總線(xiàn)標準。

　　一種類(lèi)型的總線(xiàn)，只要其總線(xiàn)協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設備也就被確定，就其總線(xiàn)協(xié)議的基本原理而言，各類(lèi)總線(xiàn)都是一樣的，都以解決雙向串行數字化通信傳輸為基本依據。但是由于各種原因，各類(lèi)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議存在很大的差異。

　　為了使現場(chǎng)總線(xiàn)的滿(mǎn)足可互操作性要求，使其成為真正的開(kāi)放系統，原IEC國際標準，現場(chǎng)總線(xiàn)通信協(xié)議模擬的用戶(hù)層中，就明確規定用戶(hù)層具有裝置描述功能。為了實(shí)現互操作，每個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)裝置都用裝置描述DD來(lái)描述。DD能夠認為是裝置的一個(gè)驅動(dòng)器，它包括所有必要的參數描述和主站所需要的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需要的所有信息，并且與主站無(wú)關(guān)，所以可以使現場(chǎng)裝置實(shí)現真正的互操作性。

　　實(shí)際情況是否如上述一致，回答是否定的。目前通過(guò)的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準含8種類(lèi)型，而原IEC國際標準只是8種類(lèi)型之一，與其它7種類(lèi)型總線(xiàn)的地位是平等的。其它7種類(lèi)型總線(xiàn)，不論其市場(chǎng)占有率有多少，每個(gè)總線(xiàn)協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。他們能夠形成系統，形成產(chǎn)品。而原IEC現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準，是一個(gè)既無(wú)軟件支撐也無(wú)硬件支撐的空架子。要實(shí)現這些總線(xiàn)的相互兼容和互操作，就目前狀態(tài)而言，幾乎是不可能的。

　　通過(guò)上述，我們是否可以得出這樣一種映象：開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的互操作性，就一個(gè)特定類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)而言，只要遵循該類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議，對其產(chǎn)品是開(kāi)放的，并具有互操作性，換句話(huà)說(shuō)，不論什么廠(chǎng)家的產(chǎn)品，也不一定是該現場(chǎng)總線(xiàn)公司的產(chǎn)品，只要遵循該總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議，產(chǎn)品之間是開(kāi)放的，并具有互操作性，就可以組成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

　　(2)FCS系統的基礎是數字智能現場(chǎng)裝置。

　　數字智能現場(chǎng)裝置是FCS系統的硬件支撐，是基礎，道理很簡(jiǎn)單，FCS系統執行的是自動(dòng)控制裝置與現場(chǎng)裝置之間的雙向數字通信現場(chǎng)總線(xiàn)信號制。如果現場(chǎng)裝置不遵循統一的總線(xiàn)協(xié)議，即相關(guān)的通信規約，不具備數字通信功能，那么所謂雙向數字通信只是一句空話(huà)，也不能稱(chēng)之為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。再一點(diǎn)，現場(chǎng)總線(xiàn)的一大特點(diǎn)就是要增加現場(chǎng)一級控制功能。如果現場(chǎng)裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統的特點(diǎn)也就不存在了，所謂簡(jiǎn)化系統、方便設計、利于維護等優(yōu)越性也是虛的。

　　(3)FCS系統的本質(zhì)是信息處理現場(chǎng)化。

　　對于一個(gè)控制系統，無(wú)論是采用DCS還是采用現場(chǎng)總線(xiàn)，系統需要處理的信息量至少是一樣多的，實(shí)際上，采用現場(chǎng)總線(xiàn)后，可以從現場(chǎng)得到更多的信息?，F場(chǎng)總線(xiàn)系統的信息量沒(méi)有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線(xiàn)纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線(xiàn)纜傳輸信息的能力，另一方面讓大量信息在現場(chǎng)就地完成處理，減少現場(chǎng)與控制機房之間的信息往返?？梢哉f(shuō)現場(chǎng)總線(xiàn)的本質(zhì)就是信息處理的現場(chǎng)化。

　　減少信息往返是網(wǎng)絡(luò )設計和系統組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常?？蓭?lái)改善系統響應時(shí)間的好處。因此。網(wǎng)絡(luò )設計時(shí)應優(yōu)先將相互間信息交換量大的節點(diǎn)，放在同一條支路里。

　　減少信息往返與減少系統的線(xiàn)纜有時(shí)會(huì )相互矛盾。這時(shí)仍應以節省投資為原則來(lái)做為選擇。如果所選擇系統的響應時(shí)間允許的話(huà)，應選節省線(xiàn)纜的方案。如所選系統的響應時(shí)間比較緊張，稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了，那就應選減少信息傳輸的方案。

　　現在一些帶現場(chǎng)總線(xiàn)的現場(chǎng)儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì )稍有差別，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò )支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀(guān)存在。選用哪一個(gè)現場(chǎng)儀表上的功能，是系統組態(tài)要解決的問(wèn)題。

　　考慮這個(gè)問(wèn)題的原則是：盡量減少總線(xiàn)上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺儀表上的功能塊。

　　二、典型系統比較

　　通過(guò)使用現場(chǎng)總線(xiàn)，用戶(hù)可以大量減少現場(chǎng)接線(xiàn)，用單個(gè)現場(chǎng)儀表可以實(shí)現多變量通信，不同制造廠(chǎng)生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現場(chǎng)一級的控制功能，系統集成大大簡(jiǎn)化，并且維護十分簡(jiǎn)便。傳統的過(guò)程控制系統中，每個(gè)現場(chǎng)裝置到控制室都需使用一對專(zhuān)用的雙絞線(xiàn)，以傳送4-20mA信號，現場(chǎng)總線(xiàn)系統中，每個(gè)現場(chǎng)裝置到接線(xiàn)盒雙絞線(xiàn)仍然可以使用，但是從現場(chǎng)接線(xiàn)盒到中央控制室僅用一根雙絞線(xiàn)完成數字通信。

　　通過(guò)采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，到底能節省多少電纜，編者尚未做此計算。但是，我們可以采用DCS系統的電廠(chǎng)中與自動(dòng)控制系統有關(guān)的所用電纜公里數看出，電纜在基建投資中所占份額。

　　1、某電廠(chǎng)，2×300MW燃煤機組

　　熱力系統為單元制。每臺機組設置一座集中控制樓，采用機、爐、電單元集中控制方式。單元控制室的標高為12.6m，與運行層標高一致。DCS采用WDPF-Ⅱ，每臺機組設計的I/O點(diǎn)為4500點(diǎn)。

　　電纜敷設采用俄EC元件，8個(gè)人用1.5個(gè)月時(shí)間完成敷設的設計任務(wù)。

　　主廠(chǎng)房?jì)让颗_300MW機組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜根數為4038根。

　　主廠(chǎng)房?jì)让颗_300MW機組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)電纜長(cháng)度為350公里。

　　以上電纜的根數及長(cháng)度均不包括全廠(chǎng)火災報警的廠(chǎng)供電纜和全廠(chǎng)各輔助生產(chǎn)車(chē)間的電纜。

　　電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅，每臺機組約95t.

　　其他電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封頭、調寬片、直接片等選用鋁合金材質(zhì)，每臺300MW機組約為55t.

　　附件隨橋架提供(如螺栓，螺母)。

　　2、某電廠(chǎng)，4×325MW燃油燃氣電站

　　熱力系統為單元制。DCS采用TELEPERM——XP.每臺機組設計I/O點(diǎn)為5804點(diǎn)。

　　電纜敷設采用EC軟件，12個(gè)人用2.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設的設計任務(wù)。

　　主廠(chǎng)房?jì)让颗_325MW機組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜根數為4413根。

　　主廠(chǎng)房?jì)让颗_325MW機組自動(dòng)化裝業(yè)的電纜長(cháng)度為360km.

　　每臺機組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架，其質(zhì)量約為250t.

　　3、電站的電纜可以分為六大類(lèi)：高壓電力電纜、低壓電力電纜、控制電纜、熱控電纜、弱電電纜(主要指計算機用電纜)、其他電纜。若兩臺300MW機組同時(shí)做電纜敷設，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)電纜的數量大約有8500根左右。其中熱控電纜和弱電電纜將大于500根，及約占60%左右(以根數計量)。