仪表控制IPCPLCDCSFCS控制系统的特点及应用综述

1、论文题目：仪表控制、IPC、PLC、DCS、FCS控制系统的特点及应用综述 学院：自动化与电气工程学院专业班级：自动化071姓名：赵常博学号：107031012指导教师：马连伟2010年10月17日仪表控制、IPC、PLC、DCS、FCS控制系统的特点及应用综述1.引言自动控制技术应用系统是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它一般由控制装置和被控对象构成。控制装置可以由各种嵌入式控制器、可编程序控制器、工业控制计算机、分布式控制系统、回路调节器、变频器以及其它技术(如现场总线技术、无线通信技术等)构成；控制对象包括各种电动机、生产单元、生产过程等；过程通道完成控制装置与控制对象之间

2、的信号匹配。控制装置选用不同的技术，就组成了不同的自动控制系统，就出现了如仪表控制系统，PLC控制系统，集散控制系统，现场总线控制系统等主要形式。由于近几十年来在冶金、石化、纺织、电力、汽车制造等诸多领域的迅速发展，出现了各种不同优势的自动控制系统，而对这些控制系统的研究也层出不穷，虽然其理论基础已比较坚实，但是自动控制系统的研究仍然处于开拓阶段，各种控制系统仍有一定的局限性。所以有必要对各种控制系统模型与特点做一个综述性的分析和讨论。以便学者能更清楚各种控制技术的应用场合。本文主要介绍近几十年中处于主导地位的自动控制技术。第2部分介绍仪表控制系统与计算机作控制器的IPC模型与特点，第3部分介

3、绍了PLC的系统模型与特点，第4部分介绍了DCS的系统模型与特点，第5部分讨论了FCS在控制系统中重要作用，第6部分给出了控制技术的应用前景，第7部分对本文做了总结。2.仪表控制系统仪表控制系统指由模拟式仪表组成的闭环控制系统， 控制的作用是保证被控对象的一个最基本的运行单元能够按照预定的参数正常运行。如图 1所示， 控制器的输入有两个：设定值和测量值；控制器的输出是对被控过程的控制。被控过程的输出作为控制系统的被控变量，即控制目标，检测元件得到过程的输出值，并作为控制器的测量值送给控制器用以产生控制量。这样以控制器的输出作为被控过程的输入。而被控过程的输出作为控制器的输入，形成一个闭环。 在

4、这个闭环系统中。控制器将根据控制算法处理测量值和设定值的偏差，控制过程减小此偏差，这就是仪表控制的基本功能。仪表控制系统的特点是各部分的仪表分布于工业现场，系统按预先设定好的控制规律进行工作，控制比较单一。图 1中用计算机作为控制系统的控制器，则控制系统就是计算机控制系统。此时的计算机称为工业控制计算机，简称工控机(IPC)。计算机用到工业控制中， 这时候计算机主要完成两个功能。一个是计算机作为控制器，计算机参与控制同时可以控制几十甚至几百个回路，弥补了仪表控制的分散和控制功能单一，很容易实现复杂的控制。另一个是计算机安装组态软件实现监控功能。该系统的严重缺点是：危险的高度集中，成本高，为了提

5、高计算机的可靠性，一般都采用双机、双工运行或者常规仪表备用，这样成本将成倍增加。3.PLC控制系统PLC控制系统中一个被控变量为PLC一个输入量，对应一个输出量，作为执行器的输入信号控制阀的开关。一对输入输出量对应仪表控制系统一个单回路，对应PLC中一个PID模块。PLC设备本身没有人机界面，只有指示灯或小尺寸液晶屏、以进行状态显示或简单运行参数显示。PLC执行直接控制功能，运行期间无需人工干预，因此，在以PLC构成的控制系统中可不配人机界面设备。PLC控制系统也可以配上人机界面系统，形成监督控制系统。加上人机界面后的系统结构如图2所示。有许多供应商提供用于PLC的人机界面软件，如 iFiX，

6、INTOUCH等，这些软件有组态功能，习惯也称之为组态软件。组态软件实现人参与系统控制，主要功能包含了测量值、参数的显示和设定，人工操作设备等。4.集散控制系统将人机界面部分用计算机，控制器部分用多个微处理器，并且计算机，微处理器都用网络连接在一起，这样就比集中控制计算机安全可靠。这样的系统就称为集散控制系统（DCS），结构如图3所示。操作员站：用来检测和操作。现场控制站：实现现场信号检测和控制：工程师站：主要用于编程组态和维护；管理计算机用于全系统的信息管理和优化控制； 通信部分主要由数据通道和各个站的通信模块组成。它连接系统的各个分布部分，完数据，指令及其它信息的传递，一般具有自诊断功能和

7、冗余功能，可以实现高可靠性的数据通信。集散控制系统用组态软件来生成满足用户需要的应用程序。集散控制系统在模拟量处理方面具有一定优势，发展初期主要侧重于回路调节功能。5.现场总线控制系统现场总线是连接智能现场设备和 自动化系统的数字式，双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线以开放的、独立的全数字化的双向多变量通信代替 010 mA或420 A现场电动仪表信号。现场总线I/0集检测、数据处理、通信为一体，可以代替变送器，调节器等模拟仪表，它不需要框架，机柜，可以直接安装在现场导轨槽上。现场总线I/O只要一根电缆，从主机开始，将数据链从一个现场总线I/O连接到下一个现场总线 I/O。现场总线控制系

8、统将DCS的控制站功能分散给现场控制设备，仅靠 现场总线设备就可以实现 自动控制的基本功能。使用现场总线后，操作员可以在中央控制室实现远程监控。对现场设备进行参数调整，还可以通过现场设备的自诊断功能预测故障和寻找故障点。PLC与现场总线相结合，可以组成价格便宜，功能强大的分布式控制系统。6.自动控制技术应用前景 (1)PLC被广泛地应用于以开关最控制为主的联锁控制系统中， 模拟呈控制则不是其强项，输入/输出模块过于集中，大规摸、安全要求高的控制系统一般不采用PLC系统。DCS系统它的输入/ 愉出模块分散，数据处理模块分散， 并且其功能模块(尤其是模拟处理、PID 等控制)完善，使其在较大及大规

9、模，安全要求高的控制系统上得以充分显示其优越性，但对开关量逻辑控制则处理速度偏慢。随着微电子及控制技术的发展,PLC系统和DCS系统在不断吸收彼此的特点， 逐步地走向同化。(2)FCS功能下故较彻底，信息处理现场化，教字智能现场装悦的广泛采用， 使得控制器功能与重要性相对减弱。因此FCS系统投资起点低。可以边用、边扩、边投运。但是，对于测试点、控制点相对集中且又不太多的系统，若选用现场总线控制系统发挥不出FCS分散控制的优越性。(3)FCS 统将D / A与A / D转换在现场一次性完成，实现全数字化通信，使精度得到大的提高，可提高到0.1%, FCS采用的是双向数字通信现场总线信号制， 因此

10、，它可以对现场装置(含变送器、执行机构等)进行远方诊断、维护和组态。但就目前而言FCS在开关量与模拟量的混合处理方面不如DCS那么灵活， 所以， 如果一个项目中，有密切联系的开关量控制和模拟且控制，则采用DCS比采用FCS方便一些。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统电动单元组合式模拟仪表控制系统，集中式数宇控制系统以及集控制系统(DCS)后，将朝着现场总线控制系统(FCS)的方向发展。在未来工业过程控制系统中，数字技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展。7.结论 本文是对自动控制技术应用系统的浅析，对于其系统模型虽各不相同，但总有类似之处，而控制器也是人们研究的热点问题。根据不同的场合设计不同的控制器和控制系统，设计者最关心的还是能达到控制目的，所以控制的基本要求是在能完成控制指标的前提下，尽可能的经济，安全，可靠。【参考文献】 1 廖常初PLC应用技术问答(M)，机械工业出版社，2006年8月 2 王常力分布式控制系统(DCS)设计与应用实例(M)，电子工业出