三大控制系統之間的差異

　　1. 差異

　　1.1 DCS或PLC

　　PLC系統與DCS系統的結構差異不大，只是在功能的著重點上的不同，DCS著重于閉環控制及數據處理。PLC著重于邏輯控制及開關量的控制，也可實現模擬量控制。

　　DCS或PLC系統的關鍵是通信。也可以說數據公路是分散控制系統DCS及PLC的脊柱。由于它的任務是為系統所有部件之間提供通信網絡，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、同軸電纜或光纖電纜。

　　DCS的特點是：(1)控制功能強。可實現復雜的控制規律，如串級、前饋、解耦、自適應、最優和非線性控制等。也可實現順序控制。(2)系統可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人機界面。(4)軟硬件采用模塊化積木式結構。(5)系統容易開發。(6)用組態軟件，編程簡單，操作方便。(7)有良好的性價比。

　　通過數據公路的設計參數，基本上可以了解一個特定DCS或PLC系統的相對優點與弱點。

　　(1)系統能處理多少I/O信息。

　　(2)系統能處理多少與控制有關的控制回路的信息。

　　(3)能適應多少用戶和裝置(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生產的硬件(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或PLC廠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。所謂通信規約就是一組規則，用以保證所傳輸的數據接收與發送。

　　目前在DCS和PLC系統中一般使用兩類通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個時鐘信號來調節數據的傳輸和接收，異步網絡采用沒有時鐘的報告系統。

　　1.2 FCS

　　FCS具有(1)很好的開放性、互操作性和互換性。(2)全數字通信。(3)智能化與功能自治性。(4)高度分散性。(5)很強的適用性。

　　FCS的關鍵要點有三點：

　　(1)FCS系統的核心是總線協議，即總線標準。

　　采用雙絞線、光纜或無線電方式傳輸數字信號，減少大量導線，提高了可靠性和抗干擾能力。FCS從傳感器、變送器到調節器一直是數字信號，這就使我們很容易地處理更復雜、更精確的信號，同時數字通信的差錯功能可檢出傳輸中的誤碼。

　　FCS可以將PID控制徹底分散到現場設備(Field Device)中。基于現場總線的FCS又是全分散、全數字化、全開放和可互操作的新一代生產過程自動化系統，它將取代現場一對一的4～20mA模擬信號線，給傳統的工業自動化控制系統體系結構帶來革命性的變化。

　　根據IEC61158的定義，現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。現場總線使測控設備具備了數字計算和數字通信能力，提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統與設備的功能、性能。IEC/TC65的SC65C/WG6工作組于1984年開始致力于推出世界上單一的現場總線標準工作，走過了16年的艱難歷程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的標準制定就陷于混亂。2000年初公布的IEC61158現場總線國際標準子集有八種，分別為：

　　①類型1 IEC技術報告(FFH1);②類型2 Control-NET(美國Rockwell公司支持);③類型3 Profibus(德國Siemens公司支持);④類型4 P-NET(丹麥Process Data公司支持);⑤類型5 FFHSE(原FFH2)高速以太網(美國Fisher Rosemount公司支持);⑥類型6 Swift-Net(美國波音公司支持);⑦類型7 WORLDFIP(法國Alsto公司支持);⑧類型8 Interbus(美國Phoenix Contact公司支持)。

　　除了IEC61158的8種現場總線外，IEC TC17B通過了三種總線標準：SDS(Smart Distributed System);ASI(Actuator Sensor Interface);Device NET。另外，ISO公布了ISO 11898 CAN標準。其中Device NET于2002年10月8日被中國批準為國家標準，并于2003年4月1日開始實施。

　　所以，要實現這些總線類型的相互兼容和互操作，就目前狀態而言，幾乎是不可能的。開放的現場總線控制系統的互操作性，就一個特定類型的現場總線而言，只要遵循同一類型現場總線的總線協議，對其產品是開放的，并具有互操作性。換句話說，不論什么廠家的產品，也不一家是該現場總線公司的產品，只要遵循同一類型總線的總線協議，產品之間是開放的，并具有互操作性，就可以組成總線網絡。

　　另外，FCS還可以通過網關和企業的上級管理網絡相連，以便管理者掌握第一手資料，為決策提供依據。所以現場總線具有開放性、互操作性、系統結構的高度分散性、靈活的網絡拓撲結構、現場設備的高度智能化、對環境的高度適應性等諸多突出特點。

　　(2)FCS系統的基礎是數字智能現場裝置

　　控制功能下放到現場儀表中，控制室內儀表裝置主要完成數據處理、監督控制、優化控制、協調控制和管理自動化等功能。

　　數字智能現場裝置是FCS系統的硬件支撐，是基礎;道理很簡單，FCS系統執行的是自動控制裝置與現場裝置之間的雙向數字通信現場總線信號制。現場裝置必須遵循統一的總線協議，即相關的通訊規約，具備數字通信功能，能實現雙向數字通。再一點，現場總線的一大特點就是要增加現場一級控制功能。

　　(3)FCS系統的本質是信息處理現場化

　　對于一個控制系統，無論是采用DCS還是采用現場總線，系統需要處理的信息量至少是一樣多的。實際上，采用現場總線后，可以從現場得到更多的信息。現場總線系統的信息量沒有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現場就地完成處理，減少現場與控制機房之間的信息往返。可以說現場總線的本質就是信息處理的現場化。

　　由現場智能儀表完成數據采集、數據處理、控制運算和數據輸出等功能。現場儀表的數據(包括采集的數據和診斷數據)通過現場總線傳送到控制室的控制設備上，控制室的控制設備用來監視各個現場儀表的運行狀態，保存智能儀表上傳的數據，同時完成少量現場儀表無法完成的高級控制功能。

　　2. 典型系統比較

　　通過使用現場總線，用戶可以大量減少現場接線，用單個現場儀表可實現多變量通信，不同制造廠生產的裝置間可以完全互操作，增加現場一級的控制功能，系統集成大大簡化，并且維護十分簡便。典型的現場總線系統框圖示于圖1。

　　傳統的過程控制儀表系統每個現場裝置到控制室都需使用一對專用的電纜或雙絞線，以傳送4mA~20mA信號。現場總線系統中，每個現場裝置到接線盒的雙絞線仍然可以使用，但是從現場接線盒到中央控制室僅用一根雙絞線完成數字通信。

　　通過采用現場總線控制系統，到底能節省多少電纜，編者就不作詳細的計算。

　　3.應用差異

　　上述的比較是偏重于純技術性的比較，下面就DCS與FCS系統在具體應用方面進行比較。前題是DCS系統與典型的、理想的FCS系統進行比較。

　　具體比較：

　　(1)DCS系統是個大系統，其控制器的功能強而且在系統中的作用十分重要，數據公路更是系統的關鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現場化，數字智能現場裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，FCS系統投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

　　(2)DCS系統是封閉式系統，各公司產品基本不兼容。而FCS系統是開放式系統，不同廠商、不同品牌的各種產品基本能同時連入同一現場總線，達到最佳的系統集成。

　　(3)DCS系統的信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須通過D/A與A/D轉換。而FCS系統將D/A與A/D轉換在現場一次表完成，實現全數字化通信，使精度得到大的提高，可提高到0.1%。并且FCS系統可以將PID閉環控制功能裝入現場設備中，縮短了控制周期，提高運算速度，從而改善調節性能。

　　(4)DCS它可以控制和監視工藝全過程，對自身進行診斷、維護和組態。但是，由于自身的致命弱點，其I/O信號采用傳統的模擬量信號，因此，它無法在DCS工程師站上對現場儀表(含變送器、執行器等)進行遠方診斷、維護和組態。FCS采用全數字化技術，數字智能現場裝置發送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS采用的是雙向數字通信現場總線信號制。因此，它可以對現場裝置(含變送器、執行機構等)進行遠方診斷、維護和組態。

　　(5)FCS由于信息處理現場化，與DCS相比可以省去相當數量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。同時，FCS可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等，同時也節省了設計、安裝和維護費用。

　　(6)FCS相對于DCS組態簡單，由于結構、性能標準化，便于安裝、運行、維護。