PLC、DCS、FCS三大类型控制系统的基本特点

丁善达赵景萍黄龙尹宏

（1.山东泰安昆仑能源有限公司，山东泰安 271000；2.昆仑能源投资（山东）有限公司，山东青岛 266500）

PLC、DCS、FCS三大类型控制系统的基本特点

丁善达1赵景萍2黄龙1尹宏1

（1.山东泰安昆仑能源有限公司，山东泰安 271000；2.昆仑能源投资（山东）有限公司，山东青岛 266500）

在自动控制发展的过程中，出现了PLC、DCS、FCS三种控制方式，这三种控制方式有各自的特点。FCS是由PLC发展而来的，而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文概述了PLC控制系统、DCS控制系统、FCS控制系统、三大控制系统的基本特点。

自动控制 可编程控制器PLC集散控制系统DCS 现场总线控制系统FCS

1 PLC控制系统的特点

PLC可编程控制器是20世纪60年代发展起来的一种新型自动化控制装置，最早是用于代替传统的继电器控制装置，功能上只有逻辑计算、计时、计数以及顺序控制等，而且只能进行开关量控制，因此其英文原名为“Programmable Logic Controller”，简称PLC，中文称“可编程逻辑控制器”。可编程控制器与传统的继电器控制线路相比，具有很多优点。

1.1 应用灵活

PLC为标准的积木式硬件结构，现场安装十分简便。各种控制功能通过软件编程完成，因而能适应各种复杂情况下的控制要求，也便于控制系统的改进和修正，特别适合工艺流程变更较多的场合。

1.2 功能完善

PLC既有开关量输入/输出，也有模拟量输入/输出，还具有逻辑运算、算术运算、定时、计数、顺序控制、PID调节、自诊断、记录等功能。除了适用于离散型开关量控制系统外，也用于连续的流程控制系统。

1.3 操作方便，维修简单

PLC采用工程人员习惯的梯形图形式编程，易懂易学，编程和修改程序方便。PLC还具有完善的显示和诊断功能，故障和异常状态均有显示，便于操作人员、维修人员及时了解出现的故障。出现故障后可通过更换模块或插件迅速排除故障。

1.4 节点利用率高，成本低

传统继电器控制电路中一个继电器只能提供几个节点用于连锁，在可编程控制器中，一个输入中的开关量或程序中的一个“线圈”可提供用户所需用的任意的连锁节点，即节点在程序中可不受限制的使用。PLC提供的继电器节点、计时器、计数器、顺控器的数量与实际数量的继电器、计时器、计数器、顺控器相比要便宜得多。

1.5 安全可靠

PLC是适应于工业环境下应用的数字电路产品，制造时已从线路及电源等诸多方面严格把关，使之具有很强的抗干扰能力，PLC产品一般平均无故障时间可达几万小时。

2 DCS控制系统的特点

分散控制系统DCS又名集中分散控制系统，简称集散控制系统，是集计算机技术、控制技术、通讯技术和CRT技术为一体的综合性高技术产品。DCS通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制，既不同于常规仪表控制系统，又不同于集中式的计算机控制系统，而是集中了两者的优点，克服了它们各自的不足。DCS是一个以微机为基础的标准产品的分级系列，这些产品可以根据控制对象任意组合，为连续或间歇过程提供任意程度的分散控制。DCS具有如下特点。

2.1 控制功能多样化

DCS的最低级为现场控制站或现场控制单元，一般都具有几十种运算控制算法或其他数学和逻辑功能，如四则运算、逻辑运算、前馈、超前控制、PID控制等等。根据控制对象的不同要求，把这些功能有机地组合起来，能方便地满足系统的要求。

2.2 操作简单

DCS各级都配备了灵活的人机接口。操作员通过CRT可以对控制对象进行集中监视，可通过各种功能键实现各种操作功能。

2.3 系统便于扩展

DCS的设计是根据不同规模的工程对象进行的。其设计采用积木式的结构，以模板、模板箱及控制柜和站为单位，逐步增加。用户通过通讯可以方便地从单台数字调节器或过程控制站扩展成小系统，或将小规模系统扩展成中规模或大规模系统。DCS设置有工程师站或工程师键盘，系统工程师根据控制对象可以生成需要的自动化控制系统。

2.4 维护方便

DCS的设计是按照标准化、积木化、系列化进行的。积木式的模板功能单一，便于装配和维修更换，系统配有智能的自动故障检查诊断程序和再启动等功能，维修非常方便。

2.5 可靠性高

DCS是监视集中而控制分散，故障影响面小，并且在设计时已考虑到有连锁保护功能、自诊断功能、冗余措施、系统故障人工手动控制操作措施等，使系统可靠性大大提高。

3 FCS控制系统的特点

现场总线组成的网络集成式全分布控制系统，称为现场总线控制系统FCS。这是继基地式仪表控制系统、单元组合式模拟仪表控制系统、数字仪表控制系统、集散控制系统后的新一代控制系统。现场总线系统突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案。即可以把来自不用厂商而遵守同一协议规范的自动化设备通过现场总线网络联成系统，实现综合自动化的各种功能。同时把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可以实现基本控制功能。

3.1 现场总线实现了彻底的分散控制

传统的模拟控制系统采用了一对一的设备链接，按控制回路、检测回路，分别进行连接。也就是说，位于现场的各类变送器、检测仪表、各类执行机构、调节阀、开关、电机等，和位于控制室内的盘装仪表或DCS系统中监控站内的输入输出接口之间，均为一对一的物理连接。现场总线系统采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块，各类输入输出模块置入现场设备，再加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送器仪表可以与调节阀等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表而直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。

3.2 现场总线简化了系统结构

这是一场死亡的舞会。凡是参加了这个舞会的鬼子，都是在赴一场死亡之舞，非死即伤。鬼子被炸懵了，再也顾不得武士道精神，掉转屁股赶紧往山下撤。

由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号。现场总线同时又为多个设备提供电源，现场设备不再需要A/D、D/A转换部件，简化了系统结构，节省连接电缆和安装费用。

3.3 现场总线实现了系统的开放性

现场总线建立统一的工厂底层网络开放系统。用户可以按自己的需要和考虑，不限定厂家、机型，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，实现自动化领域的开放互连系统。

3.4 现场总线系统的互可操作性和互用性

互可操作性是指实现互联设备间、系统间的信息传送与沟通，而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备，可实现互相替换。

3.5 现场总线系统采用数字传输方式，提高传输精度

模拟通信方式是用4—20mA直流模拟信号传送信息拓扑一对一方式，即一对线只能接一台现场仪表，传送方向具有单向性，因此，接收现场设备信息的配线和发给现场设备控制信号的配线是分开的。混合通信方式是在4—20mA模拟信号上，把现场仪表信息作为数字信号重叠的通信方式，加上模拟通信方式的功能，可以进行现场仪表量程的设定和零点调整的远程设定。

3.6 现场总线节省硬件数量与投资，节省安装费用

现场总线接线十分简单，一对双绞线或一条电缆通常可挂接多个设备，因而电缆、接线端子、槽合、槽架的用量大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增加新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装给用60%以上。

4 结语

虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，但FCS发展还有很多工作要做，如统一标准、仪表智能化等。另外，传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个漫长的过程，同时DCS本身也在不断的发展与完善。可以肯定的是，结合DCS、工业以太网、先进控制等新技术的FCS将具有强大的生命力。

［1］汤媛PLC、DCS、与现场总线控制系统的关系［J］.石油化工建设，2005（8）∶58-60.

［2］阳宪惠.现场总线技术及其应用［M］.北京∶清华大学出版社，2003.

［3］何衍庆.集散控制系统原理及应用［M］.北京∶化学工业出版社，2002.

［4］PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异分析［J］.自动化信息，2006（6）∶41-43.

丁善达（1988—），男，黑龙江肇东人，本科，初级工程师，研究方向：自动化控制。