从DCS、PLC与FCS的产生背景对三者进行比较

从DCS、PLC与FCS的产生背景对三者进行比较PLC于20世纪60年代末期在美国首先出现，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，建立柔性程序控制系统。

1976年正式命名，并给予定义：PLC （Programmable logic Controller）是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。

经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并具有强大的运算、处理和数据传输功能。

并定义为可编程控制器（Programmable Controller PLC）。

PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。

PLC作为一个站挂在高速总线上。

充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。

另外，电厂辅助车间，例如水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。

PLC对于顺序控制有其独特的优势。

辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS 进行通讯交换信息的PLC为优选对象。

DCS和PLC在连续生产工厂的应用比较分散控制系统（DCS）和可编程序控制器（PLC）都是配制了微处理芯片（CPU）的自动化控制设备。

那么，它们彼此之间究竟有什么技术性能上的差异呢？它们各自在技术性能上又有哪些重大的判别呢？这是每一个用户在进行DCS选型分析时必然会考虑的问题。

通过下面简明扼要的技术问答，也许在一定程度上可以给选型人员提供一些参考和启示。

1、分散控制系统（DCS）是如何诞生的？其主要用途是什么？在60年代，曾经有人设想，用1-2台计算机直接实现一个工厂的全面控制。

1962年，以美国小鸭尔电厂，有人计划用2台互为冗余计算机直接把全厂上千个模拟量、开关量顺序量控制起来，但最终失败了。

其原因是“危险集中”。

美国霍尼韦尔公司总结了计算机直接控制失败的教训，提出了“集中管理，分散控制”的思想；并于1975年在世界上第一个推出基于“集中管理，分散控制”的DCS—TDS2000，它的主要特征是：大规模采用微处理器技术，在控制领域中实现了彻底的“分散控制”；而在人机接口界面，采用了“集中管理”模式，仅用了几台CRT就取代了大量的常规仪表盘；坐在一个控制室内用几台CRT就可以对全厂生产过程了如指掌。

这是一次划时代的革命，从此分散控制逐渐深入人心。

分散控制是指系统中的控制部分表现为若干个分散的，有一定相对独立性的子控制机构，这些机构在各自的范围内各司其责，各行其是，互不干涉，各自完成自己的目标。

当然这些目标是整个系统目标中的分目标。

那么，DCS的主要用途是什么呢？DCS主要用于连续生产的工厂后起的过程控制。

如石油、化工、钢铁、电站、造纸、水泥和玻璃行业等等。

这些行业的共同特征是生产过程的连续的，一般轻易不能中断。

它们主要的监测量为连续的模拟量，如温度、压力、差压、流量和液位等，它们的主要任务是实现重要的模拟量回路（如温度、压力、差压、流量和液位等）的回路控制；使这些模拟量满足设定值的要求，同时，它们还可实现各重要设备相互之间的连锁保护；还可以实现连锁生产过程中泵、风机、电动门的状态监控和显示。

总而言之，用DCS可以方便地对连续生产过程实现模拟量控制（MCS）开关量的顺序控制（SCS）和全厂数据采集功能（DAS）。

特别需要强调指出的是：DCS具有良好的网络互联和通信功能；具有良好的流程图画面显示功能；模拟量的实时显示、趋势显示、历史数据显示功能；具有良好的各种报表记录打印功能；具有良好的生产过程性能计算功能，这些往往都是PLC难于实现的功能。

2、编程序控制器（PLC）是如何诞生的？其主要用途是什么？PLC的产生和发展，与继电器控制系统有密切关系。

在70年代以前，为了实现泵、风机、马达、电磁阀和电动门的控制，往往采用“弱电控制强电”的办法。

即通过24VAC或220VAC的继电器弱电控制回路，在其常开触点或常闭触点上实现了380VAC甚至更高电压等级（6KV或10KV）的马达启停控制要求。

此外还有大量的开关量逻辑控制回路，如数据机床、塑料加工设备、罐头仪器生产线、输煤集中控制、汽车制造流水生产线、码头仓库储运生产线等也广泛采用了继电器控制系统。

它们这些生产过程的共同特点是基本上只有开关量控制；即只有“启”“停”或“开”“关”两个状态，所以用继电器控制十分合适。

进入70年代，人们认为继电器控制系统的美中不足是用“硬接线”连接，改变一个顺序或逻辑相当复杂和麻烦，接线往往会接错位臵，造成重大的事故。

因此PLC就应运而生了。

PLC从其诞生之日起。

就是以“取代继电器控制”为己任。

PLC比继电器明显优越之处就在于。

（1）用“软连接”代替了“硬连接”，逻辑程序修改靠编程实现而不必变动外部硬件接线；（2）体积小，可靠性高，性能优于继电器控制系统；（3）可采用RS-485或RS-232串行通讯方法把数据送入上位机。

综上所述，PLC主要用于取代继电器控制系统，实现开关量的逻辑控制。

3、PLC能代替DCS吗？进入90年代以后，很多PLC制造商增加了PLC的各种模拟量输入模块，从而纷纷宣种，自己的PLC也具有DCS的功能，也可以用于连续生产行业的过程控制。

应当如何分析这个问题呢？可编程序控制器主要是由专业的电气控制制造商研制出来的，从其诞生之日起就是为取代继电器控制系统而设计的。

所以用于开关量逻辑控制是强项，而用于模拟量控制是扩大了应用范围。

所以对一些简单的模拟量控制，可以满足要求。

但是对较大规模的连续生产控制，PLC就难于胜任了。

4、PLC在较大规模的连续生产控制领域中的局限性是什么？由于多数PLC是由电气控制制造商提供的，他们对连续生产过程控制客观上不如专业的DCS制造商熟悉和经验丰富。

因此，他们只能提供简单的PID调节模块，对较大规模连续化生产需要的下述控制功能模块，大多数PLC难以提供：<1>PID参数自整定优化功能：目前多数DCS的控制器均能实现PID参数自整定优化，从而大大缩短现场调试时间；而绝大多数PLC无此功能。

<2>串级控制功能：许多重要回路需要采用串级控制功能，如床温控制、热水炉的出水温度控制、蒸汽锅炉的主汽压力控制、主汽温度控制、汽包水位三冲量控制等。

而PLC难于实现串级控制。

<3>超前—滞后动态补偿功能：对于滞后环节。

要在模拟量控制回路中往往要增加不少“超前—滞后”动态补偿模块。

而绝大多数的PLC基本上都不具有超前—滞后动态补偿模块。

一方面是电器制造商缺乏过程控制经验；另一方面是PLC的CPU芯片容量太小，难于实现这些复杂的控制功能。

<4>“函数发生器”功能：在连续化生产中有许多非线性输入信号，还有许多执行器也存在非线性。

这些均需要“函数发生器”模块加以线性化校正。

绝大多数DCS均有“函数发生器”模块，而绝大多数PLC由于CPU芯片容量的局限，无此功能模块。

总之，PLC与DCS相比，在模拟量控制功能方面，还有许多控制功能难以实现，如跟踪保持功能、变化速率限制功能、前馈控制功能、偏差报警功能、高低限幅等功能PLC是难以实现的。

而这此问题归根结底是由于PLC是为取代继电器而发展起来的。

在模拟量控制领域中，PLC不具备DCS的优势和经验；难于实现复杂的控制功能。

简言之，PLC应用于简单的少量的控制是可以的；应用于复杂的较大规模的连续化生产控制时将会暴露出大量的局限性。

所以，PLC无法取代DCS。

5、PLC把复杂的模拟量控制功能放在上位机中不就和DCS一样了吗？有的PLC制造商承认PLC本身在具备DCS特有的复杂的模拟量控制功能；但是他们强调说：“我们已经把复杂的模拟量控制功能放在上位机里执行，和DCS不就一样了吗？”一个有经验的用户或选型人员立即会问：这和工控机有什么两样？工控机不就是上位机来进行各种模拟量和开关量算法控制的吗？这种模式80年代就流行，即PLC+工控机：由PLC 处理开关量，由工控机处理模拟量。

这样档次的产品又如何面向21世纪？必须明确指出，工控机和DCS绝不是同一档次的产品。

如果工控机能取代DCS，那么为什么全世界有那么多用户在实现大规模连续生产控制项目时，坚决选择DCS而不选择工控机呢？一个重要的原因是用要控机直接控制现场设备实际上就是计算机直接控制模式DDC，导致的结果是“危险集中”。

而DCS与工控机最大区别是实现了“分散控制”把危险分散到每个控制器。

形成鲜明的对比是：工控机比较容易死机，平均无事故运行时间远远低于DCS 的控制器。

工控机一旦死机整个模拟量控制全部瘫痪，这就叫“危险集中”。

而一般来说，DCS的控制器平均无事故运行时间都在10万小时以上，即使网络平台的监控计算机出现这样或那样的问题甚至死机，DCS的控制器照样按照预先储存在自己（控制器）内存中的指令控制现场设备正常运行。

这就是DCS和工控机+PLC的重大区别。

总而言之，DCS和工控机+PLC绝不是同一档次的产品。

就好比奔驰轿车和夏利轿车，尽管都是汽车，但档次绝不相同。

有经验的选型人员自然清楚知道，对于复杂的较大规模的连续化生产控制项目，如果不是由于投资原因，首选的控制设备当然是DCS。

下面就DCS与FCS系统在具体应用方面进行比较。

先说一下现场总线控制系统（FCS）的产生背景集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。

其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。

因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。

在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技术的发展和应用，遗憾的是，不同的DCS厂家为达到垄断经营的目的而对其控制通讯网络采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此集散控制系统从该角度而言实质是一种封闭专用的、不具可互操作性的分布式控制系统且DCS造价昂贵。

在这种情况下，用户对网络控制系统提出了开放化和降低成本的迫切要求。

FCS正是顺应以上潮流而诞生，它用现场总线这一开放的，具有可互操作的网络将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。

因此，FCS实质是一种开放的、具可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。

现场总线的概念现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议。