新乡西门子PLC模块总代理授权一级代理商

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PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点

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。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。 
 
    摘 要：本文对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异进行了分析，指出了三种控制系统之间的渊源及发展方向。 
 
    关键词:可编程序控制器(PLC),分散控制系统(DCS),现场总线控制系统（FCS）
    前言 
     上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，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。现场总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。 
 
   在有些行业，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。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。
     PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点 
 
    目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下：
   1 PLC 
 
    （1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。
    （2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。
    （3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
    （4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。
    （5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。
    （6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
    （7）PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。
    （8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
    （9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。
    2 DCS或TDCS 
 
    （1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术。
    （2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。
    （3）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。
    （4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
    （5）模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。
    （6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。
    （7）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。
    （8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。
    （9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。
    （10）制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB   （瑞士）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、Honewell（美国）、Taylor（美）等。
    3 FCS 
 
    （1）基本任务是：本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。
    （2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。
    （3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心，取代每台仪器两根线。
    （4）在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。
    （5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。
    （6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。
    （7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。
    （8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。
    （9）局域网，再可与internet相通。
    （10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。
    （11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
    （12）3类FCS的典型
      1）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安防爆”技术是重要的，典型产品是FF、World FIP、Profibus—PA；
      2）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是Profibus—DP、CANbus；
      3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LON Work、Profibus—FMS。 
 
    从上述基本要点的描述中，我们是否注意到一点，用于过程控制的三大系统，没有一个是针对电站而开发的，或者说，在他们开发的初期，都并非以电站做系统的控制对象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为适用范围，有的在适用范围中根本就不提电站。现在奇怪的是，这三大控制系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广泛应用，而且效果也非常好。

1  滑差调节器的作用和工作原理

HL-2A托卡马克是我国的一个大型核聚变研究实验装置。该实验装置的供电系统是由电动机－飞轮－交流脉冲发电机组经过变压器和晶闸管变流器对负载线圈供电。对于这样的供电系统，若采用直接由电网供电的方式会对电网造成巨大的冲击和产生严重的电磁污染。因此，我们采用了国际上普遍的做法，利用装置的脉冲工作制，采取自电网取能经电动交流脉冲飞轮发电机组进行隔离、能量存储与转换、功率放大和释能的供电方式。也就是采用两套90MVA 交流飞轮发电机组（以下简称发电机组或机组）对该实验装置脉冲供电。整个机组由2500kW绕线式异步电动机、90吨飞轮、90MVA发电机组成。其工作原理是通过6000V电网供电给电动机，当电动机转动时带动飞轮和发电机运转并达到电动机的额定转速1477r.p.m，之后自由加速。这时在励磁机的作用下，发电机将储存于飞轮的机械能转变为电能供HL-2A装置放电使用。

实验装置中，液体转差率调节器（即滑差调节器）主要起两方面的作用。一、实现两套机组的起动过程。当机组经过盘车到转速12 r.p.m时，接入6000V电网的真空开关合闸，滑差调节器投入工作。随后通过调节滑差调节器中活动电极的高度使具有280t-m2飞轮矩的机组恒电流（I=230A）加速到额定转速1477r.p.m，然后自由加速。二、实现机组的调速。当脉冲发电机要给实验装置脉冲供电时，整个装置的实验放电对于2500kW的电动机而言是一个很大的脉冲负载，迫使机组的转速下降，机组释放出飞轮储存的机械能，帮助电动机克服尖峰负荷。为了保护电动机以及减少电动机脉冲工作时对电网的冲击，在装置的实验放电之前，必须在电动机转子回路串入一个适当的电阻，也就是将活动电极提高到合适的高度（如图1中KB所示）。当实验放电完成之后，通过调节活动电极的高度使机组电流（I=230A）恒定，再加速到额定转速1477r.p.m，然后自由加速。如此重复调速过程，直到实验结束。