FCS\DCS\PLC系统的比较及其发展

摘要文章首先简单介绍FCS、DCS、PLC控制系统，然后分别对其在工业中的应用进行比较并发表个人观点，最后阐明了FCS处于控制系统中心地位，兼有DCS、PLC系统一种新型标准化、智能化、开放性、网络化、信息化控制系统是目前计算机控制系统在生产工业中应用的发展方向。从而进一步深刻认识到计算机控制在实践当中的重要性。

【关键词】FCS DCS PLC 计算机控制发展

1 现场总线控制系统

现场总线控制系统（FCS）是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而产生的。根据国际电工委员会标准和现场总线基金会的定义：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。现场总线是用于过程自动化和制造自动化最低层的现场仪表或现场设备互连的通信网络。它把通信线一直延伸到生产现场或生产设备，在生产现场直接构成现场通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

2 分布式控制系统

分布式控制系统(DCS)也称集散控制系统。DCS综合了计算机技术、控制技术、CRT显示技术、通信技术即4C技术，集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。DCS采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则。DCS的体系结构通常分为三级。第一级为分散过程控制级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。各级之间由通信网络连接，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。

3 PLC控制系统

可编程序控制器系统(PLC)是一种以逻辑控制为主、连续控制为辅的控制系统。它用可编程序的存储器来存储用户的指令，通过数字或模拟的输入输出完成确定的逻辑顺序、定时、计数和运算等功能 近年来PLC几乎都采用微处理器作为主控制器，且采用大规模集成电路作为存储器及I/O接口，因而其可靠性、功能、价格、体积等都比较成熟和完美。由于智能的I/O模块的成功开发，使PLC除了具有逻辑运算、逻辑判断等功能外，还具有数据处理、故障自诊断、PID运算及网络等功能，从而扩大了PLC应用范围。

4 FCS、DCS、PLC控制系统的比较：

FCS可以说是第五代过程控制系统，是由PLC（Programmable Controller）或DCS（Distributed Control System）发展而来的。FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。

4.1 FCS的核心是总线协议，基础是数字化智能现场设备，本质是信息处理现场话。FCS的要点

（1）它可以在本质安全、危险区域、易变过程等过程控制系统中使用，也可以用于机械制造业、楼宇控制系统中，应用非常广泛；（2）现场设备高度智能化；（3）一条总线连接所有设备；（4）系统通信是互联的、双向的、开放的，系统是多变量，多节点、串行的数字系统；（5）控制系统功能彻底分散。

4.2 DCS的核心是通信，即数据公路。DCS的基本要点

（1）从上到下的树状大系统，其中通信是关键；（2）控制站连接计算机与现场仪表、控制装置等设备；（3）整个系统为树状拓扑和并行连线的链路结构，从控制站到现场设备之间有大量的信号电缆；（4）信号系统为模拟信号、数字信号的混合；（5）设备信号到I/O板一对一物理连接，然后由控制站挂接到局域网LAN；（6）可以做成很完善的冗余系统；（7）DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的三级结构。

4.3 PLC最初是为了取代传统的继电器控制系统而开发的，所以最适合在以开关量为主的系统中使用

由于计算机技术和通信技术的飞速发展，使得大型PLC的功能极大地增强，以至于它后来能完成DCS的功能。且在价格上有优势。大型PLC构成的过程控制系统的要点是：（1）从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS，也可以作为DCS的子系统；（2）可实现连续PID控制等各种功能；（3）可用一台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC网络；也可用多台PLC为主站，多台同类型PLC为从站，构成PLC网络。

高端PLC无论从运算速度、网络兼容性还是从硬件的扩展性、系统可靠性、安全性等角度来说，PLC与DCS已经没有多大差别。从系统规模上PLC也可以输入输出上千点以上的能力。

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电缆或双绞线，以传送4mA~20mA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。与此同时，使用FCS会增加表的费用，所以是否应该采用FCS，应具体情况具体分析。通常来说，中小型项目上DCS就可以，但大型的项目，从节约投资成本来讲，还是FCS比较好，因为电缆钱的费用会省很多。

5 FCS、DCS、PLC控制系统发展

每种控制系统都有它的特色和长处，在一定时期内，它们互相融合的程度可能会大大超过互相排斥的程度。这三大控制系统也是这样，现在的DCS把现场总线技术包容了进来，对过去的DCS I/O控制站进行了彻底的改造，编程语言也采用了标准化的PLC编程语言。目前在中小型项目中使用的控制系统比较单一和明确，但在大型工程项目中，使用的多半是DCS、PLC和FCS的混合系统。

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，同时，工业控制软件也将向标准化、网络化、智能化、开放性发展。因此现场总线控制系统FCS的出现，数字式分散控制DCS及PLC并不会消亡，DCS及PLC系统会更加向智能化、开放性、网络化、信息化发展。或只是将过去处于控制系统中心地位的DCS移到现场总线的一个站点上去。这样说，DCS或PLC处于控制系统中心地位的局面从此将被打破。今后的控制系统将会是：FCS处于控制系统中心地位，兼有DCS、PLC系统一种新型标准化、智能化、开放性、网络化、信息化控制系统。

作者简介

付绍文（1993-），男，山东省昌邑县人。现为中南大学在校学生。主要研究方向为电气工程及其自动化。

作者单位

中南大学湖南省长沙市410000