探究工业三大控制系统本质上的区别

随着工业技术的快速发展,相继出现了集散控制系统和现场总线控制系统, 一些行业当中有的人认为FCS 是由PLC发展而来的;另一些行业的人认为FCS又是由DCS发展而来的。FCS与 PLC及DCS之间既有密不可分的关联, 又存在着本质的区别。

DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系统，又称分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。

FCS（FieldBus Contorl Syestem），现场总线控制系统。它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，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修费用。

PLC（Program Logic Control ）,可编程逻辑控制器。

FCS和DCS的详细对比

FCS是由DCS与PLC发展而来，不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。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PLC，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。也可以说数据总线是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据总线自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据总线的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。通过数据总线的设计参数，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总线。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。

图  传统方式：现场级设备与控制器之间连接采用一对一I/O连线方式

图  现场总线技术：使用一根电缆连接所有现场设备

性能	FCS	DCS
结构	一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。	一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。
可靠性	可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，精度高。	可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。
失控状态	操作员在控制室既可以了解现场设备过现场仪表的工作情况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中。	操作员在控制室既不了解模拟仪表的工作情况，也不能对其进行参数调整，更不能预测故障，导致操作员对仪表处于“失控”状态。
控制	控制功能分散在各个智能仪器中。	所有的控制功能集中在控制站中。
互换性	用户可以自由选择不同制造商提供的性能价格比最优的现场设备和仪表，并将不同品牌的仪表互连，实现“即插即用”。	尽管模拟仪表统一了信号标准（4~20mA DC），可是大部分技术参数仍由制造厂自定，致使不同品牌的仪表互换性差。
仪表	智能仪表除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外，还具有数字通信能力，并且具有控制和运算能力。	模拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能。
通信方式	采用双数字化、双向传输的通信方式。从最底层的传感器、变送器和执行器就采用现场总线网络，逐层向上直到最高层均为通信网络互联。多条分支通信线延伸到生产现场，用来连接现场数字仪表，采用一对N连接。	采用层次化的体系结构，通信网络分布于各层并采用数字通信方式，唯有生产现场层的常规模拟仪表仍然是一对一模拟信号（如4~20mA DC）传输方式，是一个“半数字信号”系统。
分散控制	废弃了DCS的输入/输出单元，由现场仪表取而代之，即把DCS控制站的功能化整为零，功能块分散地分配给现场总线上的数字仪表，实现彻底的分散控制。	生产现场的模拟仪表集中接于输入/输出单元，而与控制有关的输入、输出、控制、运算等功能块都集中于DCS的控制站内。DCS只是一个“半分散”系统。
互操作性	现场设备只要采用同一总线标准，不同厂商的产品既可互联也可互换，并可以统一组态，从而彻底改变传统DCS控制层的封闭性和专用性，具有很好的可集成性。	现场级设备都是各制造商自行研制开发的，不同厂商的产品由于通信协议的专有与不兼容，彼此难以互联、互操作。

PLC和DCS

PLC：

从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的连续PID控制等多功能，PID在中断站中。

可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。

也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。

PLC网格既可作为独立DCS，也可作为DCS的子系统。

PLC主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。

DCS：

分散控制系统DCS集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术。

从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。

PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。

模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。

一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。

DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。用于大规模的连续过程控制，如石化等。

业内人士细说PLC与DCS区别

PLC与DCS无法比较，PLC是控制器，是孤立的产品，而DCS是系统。但PLC可以与DCS的控制站比较，PLC的循环周期在10毫秒左右，而DCS控制站在500毫秒左右，PLC的开放性更好，作为产品其独立工作的能力更强。                              

—— OMRON公司

DCS是一个系统包括上位软件、网络与控制器，而PLC只是一个控制器，要构成系统还需要上位SCADA系统和与之相连的网络。

对PID回路控制，现在三菱的过程控制器也可以实现象SAMA组态一样的FBD编程；DCS系统更大，控制的回路数目更多，有比较多的控制和算法，可以完成比较复杂的回路间的控制。硬件可靠性差不多。DCS可以做到I/O的冗余，PLC则不可以。相对而言，PLC构成的系统成本更低。　　   

—— 三菱电机自动化精密控制部经理

DCS是一种“分散式控制系统”，硬件上包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系他们的网络系统；DCS软件上是一个整体方案，解决的是一个系统的所有技术问题，系统各部分之间结合严密。

PLC是一个装置，硬件上等同于DCS中的现场控制器；软件上是一个局部方案，站与站之间组织松散。　　  

—— 贝加莱负责APROL产品应用开发的技术经理

分析DCS与PLC的区别，最关键的是两点，一是DCS是分布式控制，拥有全局数据库；二是PLC是顺序扫描机制，DCS是以时间为基准的控制。我们的系统符合第一点，例如一个I/O标签的修改，在HMI也可以同步体现。　　      

——罗克韦尔自动化过程市场产品经理