PCSFCSDCSPLC区别

1、PCS FCS DCS PLC 的区别关键词： FCS （现场总线控制系统） DCS （集散控制系统 /分布式控 制系统 /distributed control system ）PCS （过程控制系统） PLC （可编 程逻辑控制器）1. 概述PLC、 DCS 、FCS 是工业控制过程中的三大控制系统。1.1 DCS由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获 取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统 。分布式控制系统采用 微处理机分别控制各个回路， 而用中小型工业控制计算机或高性能的微 处理机实施上一级的控制 。各回路之间和上下级之间通过高速数据通 道交换信息。分布式控制系统

2、具有数据获取、直接数字控制、人机交互 以及监控和管理等功能。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直 接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的， 是生产过 程的一种比较完善的控制与管理系统。在分布式控制系统中，按地区把 微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近， 将控制功能尽可能分散， 管理功能相对集中 。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不 会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时 也不致影响全局。与计算机多级控制系统相比 ，分布式控制系统在结 构上更加灵活、布局更为合理和成本更低。分散型控

3、制系统（ DCS ）是以微处理机为基础，以危险分散控制， 操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、通讯技术、 CRT 技术 和控制技术即 4C 技术于一体的新型控制系统。随着现代计算机和通讯 网络技术的高速发展， DCS 正向着多元化、网络化、开放化、集成管 理方向发展，使得不同型号的 DCS 可以互连，进行数据交换，并可通 过以太网将 DCS 系统和工厂管理网相连，实现实时数据上网，成为过 程工业自动控制的主流。DCS 的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、 工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服 务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。现场控制站主

4、要由机箱（柜）、电源、PC总线工业控制机、通信控 制单元、手动、自动显示操作单元等构成。其功能主要有 6 种，即数据 采集功能、 DDC 控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打印报表 功能、数据通信功能。集中操作监控级（面向操作员和系统工程师）功能主要是以操作监 视为主要任务，兼有部分管理功能。 配备计算机及外设， 以及相应软件， 对生产过程实行高级控制策略、故障诊断、质量评估。其组成如下： 监控计算机工程师显示操作站操作员显示操作站显示工作站主要由键盘、 CRT 显示器和打印机构成，是实现和 操作员以及工程师有关的系统的功能： 操作员在运转整个系统时必要的 操作功能，工程师为了进行系统的生

5、成和维护时必要的工程师功能。综合信息管理级的功能是实现整个企业的综合信息管理（主要包括 生产管理和经营管理） ，主要由管理计算机、办公自动化系统、工厂自 动化服务系统组成，应用了 MIS 系统。DCS 是一种层次结构形式，一般分为：工厂总体管理级，过程管理 级，过程控制级，现场控制级。工厂的 DCS 实际组成及功能主要是： 现场仪表通常由传感器和调节阀组成，传感器将信号送到控制室（操作 员站），送到 DCS 机柜（包含电源，卡件，紧急停车系统，安全栅） ， 卡件中含有控制算法，然后输出信号去控制现场的调节阀。像过程管理 级是起监控作用，工厂总体管理级是对整个工厂的生产，销售等信息进 行总体分析

6、，然后制定生产计划的。现场仪表（传感器、变送器） 电缆控制系统（你看到的机 柜） 电缆阀等执行机构。 控制系统分 DCS 或 PLC 等，指机 柜中的模块。模块中有一块控制模块，是控制系统的大脑，相当于一个微处理器。操作站电脑与之相连，与控制系统进行信息交换，电脑中有 一台叫做服务器的也会承担一部分处理功能。不同品牌的控制系统区别于不同的控制模块和电脑中装的软件DCS有很多厂家在做：国外著名的DCS厂家主要有：Yokogawa（日本横河）、Emerson （艾默生）、Honeywell （霍尼韦尔）；国内的有： 浙大中自、威盛。其中现场控制站有在不同的地方有多个，比如在电厂，煤、水现场控制分开

7、，但是在工程师操作站或者操作员操作站集中操作监控。1.2 FCSFCS的关键要点有三点（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准 前面的章节已经叙述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相 关的关键技术与有关的设备也就被确定。 就其总线协议的基本原理而言， 各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通讯传输为基本依据。 但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。 为了使现场总线满足可互操作性要求，使其成为真正的开放系统，在 IEC 国际标准，现场总线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层 具有装置描述功能。为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述 DD 来描述。 DD 能够

8、认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参 数描述和主站所需的操作步骤。 由于 DD 包括描述装置通信所需的所有 信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。 实际情况是否如上述一致，回答是否定的。目前通过的现场总线国际标 准含 8 种类型，而原 IEO 国际标准只是 8 种类型之一，与其它 7 种类 型总线的地位是平等的。其它 7 种总线，不论其市场占有率有多少，每 个总线协议都有一套软件、 硬件的支撑。它们能够形成系统， 形成产品， 而原 IEC 现场总线国际标准， 是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架 子。所以，要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几 乎是不

9、可能的。通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场总线控制系统 的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总 线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。换句话说，不论 什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵循该总线 的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网(2) FCS 系统的基础是数字智能现场装置 数字智能现场装置是 FCS 系统的硬件支撑， 是基础，道理很简单， FCS 系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线 信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议，即相关的通讯规约，不 具备数字通信功能，那么所谓

10、双向数字通信只是一句空话，也不能称之 为现场总线控制系统。再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场一 级控制功能。如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线控 制系统的特点也就不存在了，所谓简化系统、方便设计、利于维护等优 越性也是虚的。(3) FCS 系统的本质是信息处理现场化 对于一个控制系统，无论是采用 DCS 还是采用现场总线，系统需要处 理的信息量至少是一样多的。实际上，采用现场总线后，可以从现场得 到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输 信息的线缆却大大减少了。 这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的 能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少

11、现场与控制机 房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。 减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。 减少信息往返常 常可带来改善系统响应时间的好处。因此，网络设计时应优先将相互间 信息交换量大的节点，放在同一条支路里。 减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。 这时仍应以节省投资 为原则来做选择。如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆 的方案。如所选系统的响应时间比较紧张，稍微减少一点信息的传输就 够用了，那就应选减少信息传输的方案。现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块， 虽然不同产品同 种功能块在性能上会稍有差别， 但一个网络支路上有许多功能雷

12、同功能 块的情况是客观存在的。选用哪一个现场仪表上的功能块，是系统组态 要解决的问题。考虑这个问题的原则是：尽量减少总线上的信息往返。一般可以选择与 该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特 点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的 DCS 与新型的 PLC ， 都有向对方靠拢的趋势。新型的 DCS 已有很强的顺序控制功能；而新 型的 P LC ，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络， DCS 与 PLC 的适用范围，已有很大的交叉。 DCS 系统的关键是通信。 也可以说数据公路是分散控制系统 DCS 的脊

13、柱。由于它的任务是为系 统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总 体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或 光纤电缆。通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定 DCS 系统的相对优点与弱点。为保证通信的完整，大部分 DCS 厂家都能提 供冗余数据公路。为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检 错技术。所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收， 并且被理解得和发送的数据一样。目前在 DCS 系统中一般使用两类通 信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。FCS 的关

14、键要点有三点：1 、FCS 系统的核心是总线协议，即总线标准2 、FCS 系统的基础是数字智能现场装置3 、FCS 系统的本质是信息处理现场化通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表 可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现 场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过 程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线， 以 传送 420mA 信号，现场总线系统中， 每个现场装置到接线盒的双绞线 仍然可以使用， 但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数 字通信。通过采用现场总线控制系统， 到底能节省多少电缆， 编者尚未

15、做此计算。 但是，我们不可以采用 DCS 系统的电厂中与自动控制系统有关的所用 电缆公里数看出，电缆在基建投资中所占份额。1.3 PLCDCS PLC 区别 在火电厂热工自动化领域， DCS 和 PLC 是两个完全不同而又有着千丝 万缕联系的概念。 DCS 和 PLC 都是计算机技术与工业控制技术相结合 的产物，火电厂主机控制系统用的是 DCS ，而 PLC 主要应用在电厂辅 助车间。 DCS 和 PLC 都有操作员站提供人机交互的手段、都依靠基于 计算机技术的控制器完成控制运算、都通过 I/O 卡件完成与一次元件和 执行装置的数据交换、都具备称之为网络的通信系统。 DCS 和 PLC 如 此

16、相似，为什么会有完全不同的概念，我们在工程实践中如何进行选择？ 本文从历史沿革、技术特点、发展方向等几个方面作一综述，希望能够 对热工专业人员有所借鉴。其中的 DCS 的情况以 NETWORK6000+ 为 例，力求例举详实阐述清晰。1、 DCS 和 PLC 的历史沿革及核心概念DCS 为分散控制系统的英文( TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM )简称。指的是危险分散、 数据集中。 70 年代中期进入市场， 完 DCS 是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都 设计成功能块。70年代中期的DCS只有模拟量控制。 成模拟量控制，代替以

17、PID 运算为主的模拟控制仪表。首先提出 DCS 这样一种思想的是仪表制造厂商，当时主要应用于化工行业。而 PLC 于 60 年 代 末 研 制 成 功 ， 称 作 逻 辑 运 算 的 可 编 程 序 控 制 器 ( Programmable Logic Controller )，简称 PLC 。主要应用于汽车制造 业。DCS 和 PLC 的设计原理区别较大， PLC 是从摸仿原继电器控制原 理发展起来的， 70 年代的 PLC 只有开关量逻辑控制。它以存储执行逻 辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入 和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了 生

18、产过程的工艺要求。将其存入 PLC 的用户程序存储器，运行时按存 储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。DCS 和 PLC 控制器的主要差别是在开关量和模拟量的运算上，即使 后来两者相互有些渗透，但是仍然有区别。 80 年代以后， PLC 除逻辑 运算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些复杂运算还是比较 困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观， 编程比较 麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点。而 DCS 使用功能块封 装模拟运算和逻辑运算， 无论是逻辑运算还是复杂模拟运算的表达形式 都非常清晰，但相对 PLC 来说逻辑运算的表达效率较低。DCS 和 PLC

19、在历史沿革上的差异是明显的，对它们后续的发展产 生了重大影响。然而，对后续发展影响最大的，并不是起源技术上的差 别，而是其起源概念的差别。 DCS 的核心概念是危险分散，数据集中 的计算机控制系统，因此 DCS 的发展过程，就是在不断的运用计算机 技术、通讯技术和控制技术的最新成果，来构建一个完整的集散控制体 系， DCS 给用户提供的是一个完整的面向工业控制的安全可靠高效灵 活的解决方案。而 PLC 的核心概念是可编程序控制器，目的是用来取 代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制 装置。所以， PLC 不断发展的主线是在不断地提高各项能力指标， 给用 户提供一个完善的

20、功能灵活的控制装置。DCS 是一个体系， PLC 是一个装置，这是两者在概念上的根本区别。 这个区别的影响是深刻，它渗透到了技术经济的每一个方面。2、DCS 和 PLC 的技术特点与相互渗透不同的概念基础、不同的发展道路使得 DCS 和 PLC 有着各自不同 的技术特点，而技术的发展也不是封闭的，相互学习相互渗透也始终贯 穿在发展过程之中。21、控制处理能力我们知道，一个 PLC 的控制器，往往能够处理几千个 I/O 点（最多 可达8000多个I/O）。而DCS的控制器，一般只能处理几百个 I/O点 （不超过500个I/O）。难道是DCS开发人员技术水平太差了吗？恐怕不是。从集散体系的要求来说

21、，不允许有控制集中的情况出现，太多 点数的控制器在实际应用中是毫无用处的， DCS 开发人员根本就没有 开发带很多 I/O 点数控制器的需要驱动，他们的主要精力在于提供体系 的可靠性和灵活性。而 PLC 不一样，作为一个独立的柔性控制装置， 带点能力越强当然也就代表其技术水平越高了， 至于整个控制体系的应 用水平呢，这主要是工程商和用户的事情，而不是 PLC 制造商的核心 目标。控制处理能力的另一个指标， 运算速度， 在人们印象当中 PLC 也比 DCS 要快很多。从某一个角度来看，情况也的确如此， PLC 执行逻辑 运算的效率很高，执行1K逻辑程序不到1毫秒，其控制周期（以DI输 入直接送

22、DO 输出为例 ）可以控制在 50ms 以内；而 DCS 在处理逻辑运 算和模拟运算时采用相同的方式，其控制周期往往在 100ms 以上。我 们用PID算法来比较时，可以发现PLC执行一个PID运算在几个毫秒， 而 NETWORK6000+DCS 的 T2550 控制器解算一个 PID 也需要 1 个毫 秒，这说明 PLC 和 DCS 和实际运算能力是相当的 ,某此型号的 DCS 控 制器甚至更强。而控制周期上的差异主要与控制器的调度设计有关。大 型 PLC 往往使用副 CPU 来完成模拟量的运算，主 CPU 高速地完成开 关量运算，所以即使模拟运算速度一般，在开关量控制方面的速度表现 还是非

23、常优秀的。而 DCS 以同样的速度来处理开关量和模拟量运算， 控制周期的指标确实不理想。 新型的 DCS 控制器学习了大型 PLC 的设 计，在控制周期方面的表现获得了大幅度的提高。以 NETWORK6000+DCS 的 T2550 控制器为例。控制器可以设置四个不 同优先级的任务，最小运算周期可以设为 10ms ，配合高速 I/O 卡件， 控制周期能够达到 1520ms 。而模拟量运算设置在其它周期较长的任 务中。2 2 数据通讯交换 数据通讯交换主要是指控制系统网络及其数据交换形式。在这个方 面 DCS 有着先天的优势。集散系统的“分散”主要体现在独立的控制 器上，“集中”主要体现在具有完

24、整数据的人机交互装置上，而将分散 和集中连接成集散系统的正是网络。因此，从 DCS 发展的早期，网络 就成为了 DCS 生产厂家的核心技术方向，冗余技术、窄带传输技术都 是 DCS 厂家最早研发或应用成功的。 PLC 主要是按照独立装置来设计 的，其 “网络”实际上是串行通讯。工业以太网技术的发展和广泛应用，从形式上拉平了 DCS 和 PLC 网络方面的差距。从表面上看很多 DCS 和 PLC 都应用了工业以太网，但是其实质上的差距却依然存在。以很多 PLC 采用的 MODBUS-TCP以例。 MODBUS 是串行通讯协议，不是网络，大家都没有疑问； MODBUS-TCP 是 网络 吗 ？很

25、多 人 就 有 疑问 了 。 仔 细 分析 ， MODBUS-TCP 是将 MODBUS 通讯协议加载到以太网的 TCP 协议之 上的一种通讯方式，它虽然具有了网络的外形，但依然是一主多从的管 理方式，数据表的传输结构。而 DCS 呢，以网络 6000+DCS 的 ELIN 网为例，虽然也是基于工业以太网的，但其应用层协议是欧陆公司积累 了近 30 年的无主令牌 LIN 网协议，在 1M 的 OLIN ，2.5M 和 20M 的 ARCNET 上都有长期成功的应用。 ELIN 网上，各站平等，不存在主要 管理站。而且数据通讯是以模块为单位的结构化数据，数据管理能力非 数据表方式可比。以 PID

26、 模块为例，其中的基本数据有 PV、SP 、OP ，采用数据表的 传输方式，你必须先定义 PV、SP 、OP 的数据地址为 01、02、03，其 它的站也以数据表的方式接收数据， 但是 01 是什么数据？ 02 是什么数 据？必须通过数据定义表才能还原。数据表的管理方式烦琐易错,一个大型系统的上万点数据采用这个方式 ,平铺在数据表中进行管理，是非 常可怕的。而 NETWORK6000+DCS 以模块为单位的结构化管理，将 一个 PID 作为一个模块进行处理，要访问其 PV 值，首先访问其模块， 以 PID.PV 的形式来管理。这就将所有平铺的数据，分类归属集中到一 个个小盒子中，按模块 .分量

27、的方式进行管理，管理的效率大大提高。 PLC 数据通讯交换的问题，主要源于 PLC 长期以来做为一个独立装置 在发展，没有系统概念；而且主要应用在小型控制系统中，问题暴露得 并不明显，所以发展较慢。目前也有一些大型 PLC 在这个方面有所提 高，但是要达到 DCS 的水平还需要一个相当长的过程。23、组态维护功能 组态维护功能包括逻辑组态、下载修改、运行调试、远程诊断等。 早期， PLC 以梯形图为主， DCS 以模块功能图为主。经过多年的发 展，国际电工委员会通过 IEC1131-3 标准规定了五种编程语言 ,目前主 流的 DCS 和 PLC 都表示符合这个标准， 支持其中的几种或全部编程语

28、 言。从开发效率和程序可读性来考虑，模块功能图和顺序功能图越来越 成为主要的编程方式， 梯形逻辑和结构化文本成为了自定义模块的开发 工具。大型 PLC 在组态方式上越来越像 DCS ，差距在逐渐缩小，而小 型 PLC 仍然以梯形图为主。DCS 经过多 年的发 展，积 累了大 量的高 级算法 模块。 例如 NETWORK6000+ 具有的设备级模块， 在一个模块中集中完成了面向设 备的基本控制和故障报警功能， 在网络通讯中也已此模块为单位进行传 递，大大提高了软件开发的效率。一个设备极模块相当于 0.5K 的梯形 图逻辑量， PLC 要完成同样的功能，就要烦琐得多了。在下载修改、运行调试、远程诊

29、断方面， PLC 缺乏解决方案。而 DCS 从一设计之初就是从系统需要的角度出发的，有着多年积累的完 善的解决方案。以 NETWORK6000+DCS 为例，系统既可以在线修改 控制策略，也可以在线下载控制策略，修改和下载过程中，对系统的正 常运行没有影响。 NETWORK6000+DCS 有完善的虚拟 DCS 功能，不 但可以用于组态逻辑的验证，而且能够构建成完整的虚拟 DCS 与模型 相连，完成系统的仿真调试。 NETWORK6000+DCS 具有完善的安全 措施，提供基于广域网的远程调试方案。24、硬件封装结构PLC 一般为大底版式机架，封闭式 I/O 模件，封闭式结构有利与提 高 I/

30、O 模件的可靠性，抗射频、抗静电、抗损伤。 PLC 模件的 I/O 点数 有 8 点、 16 点、 32 点。DCS大部分为19英寸标准机箱加插件式I/O模件，1/0模件为裸露 式结构。每个模件的I/O点数有8点和16点，很少使用32点模件。DCS 的这种结构源于其使用领域主要在大型控制对象， 19 英寸标 准机箱便于密集布置，较少的 I/O 点数则是由于对分散度的要求。 PLC 的大底版式机架，封闭式模件结构在管理和配置上更加灵活，单个设备 的可靠性更高。因此，不少 DCS 也吸收了 PLC 在结构上的优点，采用 了和 PLC 相似的封装结构，如 I/A 采用金属外壳， NETWORK-60

31、00+ 采用导电塑料外壳。25、人机交互装置在早期， DCS 作为一个系统，其人机交互装置是 DCS 厂家提供的 专用装置。而 PLC 厂家一般不提供人机交互装置，往往由工程商自主 采用通用的监控软件来完成 （如 ifix、 intouch 、组态王 ）。 DCS 集成的人 机交互装置往往有着功能较专业、稳定性较好的特点，但是其价格也很高。随着 PC 技术的快速发展，一些通用监控软件发展很快，功能和性 能逐渐超过了 DCS 厂家提供的专用装置。 因此不少 DCS 厂家逐步放弃 了专用的人机交互装置，转而和 PLC 一样也使用了通用的监控软件。 DCS 厂家使用通用监控软件并不是简单地拼装，而是在通用监控软件 的基础上，通过合作开发，将自已多年积累的网络通讯技术、系统自诊 断技术以专用软件包的形式保留和继承下来了。例如， NETWORK-6000+ 早期曾经使用过基于专用操作系统的 T1000 人机交互系统，而目前主要使用基于 FIX/IFIX 或 INTOUCH 的 T3500 人机交互系统。其中的 LINPOLL 网络通讯包是由欧陆公司开发 集成