浅谈国内外控制系统现状及发展趋势

李斌　程志超　聂鹏飞　高军伟

摘 要 工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

关键词 控制系统 PLC 现状 发展趋势

中图分类号：TP27 文献标识码：A

目前，我国相关行业自动控制系统多采用DCS（集散控制系统）、FCS（现场总线控制系统）以及PLC（可编程控制器控制系统）三大控制系统。

PLC是二十世纪六十年代发展起来的一种自动控制装置，是一种嵌入式的工控机，它以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能，既能进行开关量控制，还具有通信功能。随着自动控制技术、计算机技术和微电子技术的迅猛发展，PLC的发展十分迅速，一方面继续开发简易、价格低廉、超小型产品，另一方面转向大型、多功能、系列化、标准化、智能化产品的研制。在单台设备的自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化方面，PLC在其中充当着重要作用。一般具有以下特点：（1）编程简单，它是面向用户的设备；（2）控制系统构成简单，通用性强；（3）抗干扰能力强，可靠性高；（4）体积小，维护方便；（5）缩短了设计、施工、投产调试的周期；（6）功能齐全；（7）具有良好的性价比。

比起以往使用的标准自动化元件，PLC采用安全继电器的方法，这种方法在功能上具有一定的灵活性，也是低成本的方案。

为了满足闭环控制、位置及运动控制应用的要求，需要准确和可重复的循环时间。现在的PLC系统允许采集、处理和输出信号与数据传输速率同步。现代的PLC特征在于大型、技术的可升级性，如计算、测量、位置、闭环控制等。

计算机和信息技术的飞速发展，不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格，使可编程控制器（PLC）、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步，为工业自动化控制注入前所未有的生机和活力，也使利用PLC及网络技术来开发集成DCS成为可能。现在 PLC的发展己发生根本的变化，其主要在以下方面有了很大的进展：

（1）人机界面更加友好。PLC制造商大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC+网络+IPC+CRT的模式被广泛应用。

（2）网络通讯能力大大加强，安全性能不断提高。PLC厂家在原来CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。

（3）今开放性和互操作性大大发展。基于国际标准的开放设计，允许与第三方软硬件的技术融合，PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。

向高功能、高速度和大容量发展，形成可与DCS媲美的大型系统，PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域PLC均有成功应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）+DCS（过程控制）的模式变成PLC+IPC模式。工业以太网的发展对PLC有重要影响，以太网应用非常广泛，与其它工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于：（1）硬件上如何适应工业恶劣环境；（2）通讯机制如何提高其可靠。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各 PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。

目前，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，新型PLC系统在稳定可靠及低故障率基础上，增强了计算速度、通讯性能和安全冗余技术。PLC技术的发展将能更加满足工业自动化的需要，能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案。

DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。DCS是一种比较成熟的控制技术，目前DCS控制系统多用于大规模的连续过程控制，如石化等。

FCS控制系统是一个由现场总线、现场智能仪表和PLC， IPC组成的系统。现场智能仪表、PLC和监控机之间通过一种全数字化、双向、多站的通信网络连接成FCS控制系统。

现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，代表了工业控制领域今后的一种发展方向，具有开放性、互操作性、分散性，在现场总线级实现了数字量输，信号传送精度高，现场控制的灵活性强，易于维护，是今后自动控制系统采的趋势。正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。随着电子技术网络技术以及软件技术的发展，PLC， DCS及FCS控制系统之间的界限已经越来模糊，都致力于为各种工业控制应用提供集成的、新一代控制平台.在此平台上用户只需通过模块化、系列化的软件和硬件产品组合，即可 “量身定制”其控系统。

尽管随着工业控制技术的不断发展深入，最终走上融合，不同的控制系统正逐步趋于一致，但各种控制系统都有自己的应用特点和适用范围，用户都是针对不同的控制环境和技术要求而选定不同的控制系统

参考文献

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