PLC控制系統(tǒng)與DCS的前景

　　（1）DCS系統(tǒng)是個(gè)大系統(tǒng)，其控制器功能強(qiáng)而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴(kuò)容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對(duì)減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點(diǎn)低，可以邊用、邊擴(kuò)、邊投運(yùn)。

　?。?）DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場(chǎng)總線，達(dá)到佳的系統(tǒng)集成。

　?。?）DCS系統(tǒng)的信息全都是二進(jìn)制或模擬信號(hào)形成的，必須有D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)字化，就免去了D/A與A/D變換，高集成化高性能，使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。

　?。?）FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)行器中，縮短了控制周期，目前可以從DCS的每秒2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，從而改善調(diào)節(jié)性能。

　?。?）DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于自身的致命弱點(diǎn)，其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無法在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表（含變送器、執(zhí)行器等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)送多變量信息，而不僅僅是單變量信息，并且還具備檢測(cè)信息差錯(cuò)的功能。FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制。因此，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置（含變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS的這點(diǎn)優(yōu)越性是DCS無法比擬的。

　?。?）FCS由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，與DCS相比可以省去相當(dāng)數(shù)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(shí)也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。有專家認(rèn)為可以省去60%。

　?。?）與（6）同樣理由，F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時(shí)也節(jié)省了設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)費(fèi)用。有專家認(rèn)為可以節(jié)省66%。

　　對(duì)于（6）、（7）兩點(diǎn)應(yīng)補(bǔ)充說明的是，采用FCS系統(tǒng)，節(jié)省投資的效果是不用懷疑的，但是否如有的專家所說達(dá)60~66%。這些數(shù)字在多篇文章中出現(xiàn)，編者認(rèn)為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果，目前還未找到這些數(shù)字的原始出處，因此，讀者在引用這些數(shù)字時(shí)要慎重。

　?。?）FCS相對(duì)于DCS組態(tài)簡單，由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，便于安裝、運(yùn)行、維護(hù)。

　?。?）用于過程控制的FCS設(shè)計(jì)開發(fā)要點(diǎn)。這一點(diǎn)并不作為與DCS的比較，只是說明用于過程控制或者說用于模擬連續(xù)過程類的FCS在設(shè)計(jì)開發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題。1）要求總線本安防爆功能，而且是頭等重要的。

　　2）基本監(jiān)控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的，而且還有滯后效應(yīng)，因此，節(jié)點(diǎn)監(jiān)控并不需要快電子學(xué)的響應(yīng)時(shí)間，但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主一從之間的集中輪詢制，這在技術(shù)上是合理的，在經(jīng)濟(jì)上是有利的。

　　3）流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測(cè)量，其物理原理是古典的，但傳感器、變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展。

　　4）作為針對(duì)連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS，應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計(jì)完善。

　　4．PLC控制系統(tǒng)與DCS的前景

　　我們已經(jīng)知道有的FCS是由PLC控制系統(tǒng)發(fā)展而來，而有的FCS是由DCS發(fā)展而來，那么，今天FCS已走向?qū)嵱没?，PLC與DCS前景又將如何。

　　PLC于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名，并給予定義：PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機(jī)械或工作程序。經(jīng)過30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。PLC在FCS系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無多少爭論。參見圖3：IEC推薦的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。PLC作為一個(gè)站掛在高速總線上。充分發(fā)揮PLC在處理開關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì)。另外，火力發(fā)電廠輔助車間，例如補(bǔ)給水處理車間、循環(huán)水車間、除灰除渣車間、輸煤車間等，在這些車間的工藝過程多以順序控制為主。PLC對(duì)于順序控制有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。編者以為，輔助車間的控制系統(tǒng)應(yīng)以遵循現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議的PLC或能與FCS進(jìn)行通訊交換信息的PLC為優(yōu)選對(duì)象。

　　自1973年提出第一臺(tái)以微處理器為基礎(chǔ)的控制器以來，它逐步完善，并終形成功能齊全、安全可靠的數(shù)字式分散控制系統(tǒng)DCS。它的性能大大優(yōu)于以住任何一種控制系統(tǒng)?？梢詽M足火電廠DAS、MCS、SCS和APS各系統(tǒng)的各種要求，目前還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)建立管理層網(wǎng)絡(luò)，以滿足火電廠呼聲越來越高的加強(qiáng)管理的要求?？梢赃@樣說，DCS系統(tǒng)的監(jiān)控可以復(fù)蓋大型火電機(jī)組的工藝全過程。

　　但是，自從有了FCS，并于90年代走向?qū)嵱没詠恚粩嘤腥缦抡擖c(diǎn)在公開刊物上發(fā)表，即：“從現(xiàn)在起，新的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS將逐步取代傳統(tǒng)的DCS”；“當(dāng)調(diào)節(jié)功能下放到現(xiàn)場(chǎng)去以后，傳統(tǒng)的DCS就沒有存在的必要而會(huì)自動(dòng)消失”；“今后十年，傳統(tǒng)的4~20mA模擬信號(hào)制將逐步被雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制所取代，模擬與數(shù)字的分散型控制系統(tǒng)DCS將更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS”……。這些論點(diǎn)歸納為一句話：FCS將取代DCS，DCS從此將消亡。

　　上述論點(diǎn)皆出自于權(quán)威專家之口，確實(shí)不無道理。數(shù)字通訊是一種趨勢(shì)，它代表了技術(shù)進(jìn)步，是任何人阻擋不了的。雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)制以及由它而產(chǎn)生的巨大的推動(dòng)力，加速現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制儀表的變革，開發(fā)出越來越多的功能完善的數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置。這些都是DCS系統(tǒng)所不具備的，而由此產(chǎn)生的優(yōu)越性以及給火電廠的設(shè)計(jì)、配置、組態(tài)、運(yùn)行、維護(hù)、管理等方面帶來的效益也是DCS系統(tǒng)所不及的。再則，F(xiàn)CS是由DCS以及PLC發(fā)展而來，它保留了DCS的特點(diǎn)，或者說FCS吸收了DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然也包括教訓(xùn)。由此而得出結(jié)論，“FCS將取代DCS”，似乎也是順理成章之事。

　　同時(shí)我們也應(yīng)看到，DCS系統(tǒng)發(fā)展也近30年，在火電廠的應(yīng)用如此廣泛。它的設(shè)計(jì)思想、組態(tài)配置、功能匹配等已達(dá)十分完善的程度（當(dāng)然，DCS也存在進(jìn)一步發(fā)展的需求，例如高級(jí)軟件開發(fā)，以滿足信息集成的要求），已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域，并且在FCS系統(tǒng)中也有些體現(xiàn)。從這個(gè)角度來看，DCS系統(tǒng)似乎不能說從此消亡。再則，從前面的章節(jié)敘述中已經(jīng)談到，對(duì)那些FCS系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其特點(diǎn)及優(yōu)越性的領(lǐng)域，DCS系統(tǒng)仍有用武之地。

　　我們似乎沒有必要在文字上做過多的爭論，一定要強(qiáng)調(diào)誰取代誰。正如目前的DCS與新型的PLC，由于多年的開發(fā)研究，在各自保留自身原有的特點(diǎn)外，又相互補(bǔ)充，形成新的系統(tǒng)，現(xiàn)在的DCS已不是當(dāng)初的DCS，同樣如此，新型的PLC也不是開發(fā)初期的PLC。我們能夠說是DCS取代了PLC或者說是PLC取代了DCS，顯然都是不合適的。

　　5．結(jié)論

　　從上述分析論述中，我們可以得出以下簡單的結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn)，數(shù)字式分散控制DCS并不會(huì)消亡，而只是將過去處于控制系統(tǒng)中心地位的DCS移到現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)站點(diǎn)上去。也可以這樣說，DCS處于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破。今后火電廠的控制系統(tǒng)將會(huì)是：FCS處于控制系統(tǒng)中心地位，兼有DCS系統(tǒng)哲學(xué)的一種新型控制系統(tǒng)。