PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異

本文對(duì)PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異進(jìn)行了分析，指出了三種控制系統(tǒng)之間的淵源及發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：可編程序控制器（PLC） 分散控制系統(tǒng)（DCS） 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（FCS）

1.前言

上世紀(jì)九十年代走向?qū)嵱没默F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，正以迅猛的勢(shì)頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)是目前自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)，正受到國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶(hù)越來(lái)越強(qiáng)烈的關(guān)注。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)又一次革命，其深度和廣度將超過(guò)歷史的任何一次，從而開(kāi)創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元。

在有些行業(yè)，F(xiàn)CS是由PLC發(fā)展而來(lái)的；而在另一些行業(yè)，F(xiàn)CS又是由DCS發(fā)展而來(lái)的，所以FCS與PLC及DCS之間有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，又存在著本質(zhì)的差異。本文試就PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異作一分析，指出它們之間的淵源及發(fā)展方向。

2．PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動(dòng)控制（PA）或習(xí)慣稱(chēng)之謂工業(yè)過(guò)程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即PLC、DCS和FCS。它們各自的基本特點(diǎn)如下：

2．1 PLC

（1）從開(kāi)關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)送處理，是從下往上的。
（2）連續(xù)PID控制等多功能，PID在中斷站中。
（3）可用一臺(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型PLC為從站。
（4）也可一臺(tái)PLC為主站，多臺(tái)同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站方便之處是：有用戶(hù)編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說(shuō)明書(shū)格式寫(xiě)就行。
（5）PLC網(wǎng)格既可作為獨(dú)立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。
（6）大系統(tǒng)同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
（7）PLC網(wǎng)絡(luò)如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。
（8）主要用于工業(yè)過(guò)程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。
（9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。

2．2 DCS或TDCS

（1）分散控制系統(tǒng)DCS與集散控制系統(tǒng)TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。
（2）從上到下的樹(shù)狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（Communication）是關(guān)鍵。
（3）PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置。
（4）是樹(shù)狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。
（5）模擬信號(hào)，A/D—D/A、帶微處理器的混合。
（6）一臺(tái)儀表一對(duì)線(xiàn)接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN。
（7）DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。
（8）缺點(diǎn)是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作，大DCS系統(tǒng)是各家不同的。
（9）用于大規(guī)模的連續(xù)過(guò)程控制，如石化等。
（10）制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB（瑞士）、Hartmann & Braun（德）、Yokogawa（日）、Honewell（美國(guó)）、Taylor（美）等。

2．3 FCS

（1）基本任務(wù)是：本質(zhì)（本征）安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過(guò)程、難于對(duì)付的非常環(huán)境。
（2）全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。
（3）用兩根線(xiàn)聯(lián)接分散的現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制裝置、PID與控制中心，取代每臺(tái)儀器兩根線(xiàn)。
（4）在總線(xiàn)上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。
（5）多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng)。
（6）是互聯(lián)的、雙向的、開(kāi)放的取代單向的、封閉的。
（7）用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。
（8）由現(xiàn)場(chǎng)電腦操縱，還可掛到上位機(jī)，接同一總線(xiàn)的上一級(jí)計(jì)算機(jī)。
（9）局域網(wǎng)，再可與internet相通。
（10）改變傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng)。
（11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、歐 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
（12）3類(lèi)FCS的典型

1）連續(xù)的工藝過(guò)程自動(dòng)控制如石油化工，其中“本安防爆”技術(shù)是絕對(duì)重要的，典型產(chǎn)品是FF、World FIP、Profibus—PA；
2）分立的工藝動(dòng)作自動(dòng)控制如汽車(chē)制造機(jī)器人、汽車(chē)，典型產(chǎn)品是Profibus—DP、CANbus；
3）多點(diǎn)控制如樓宇自動(dòng)化，典型產(chǎn)品是LON Work、Profibus—FMS。

從上述基本要點(diǎn)的描述中，我們是否注意到一點(diǎn)，用于過(guò)程控制的三大系統(tǒng)，沒(méi)有一個(gè)是針對(duì)電站而開(kāi)發(fā)的，或者說(shuō)，在他們開(kāi)發(fā)的初期，都并非以電站做系統(tǒng)的首選控制對(duì)象。而在這些系統(tǒng)的使用說(shuō)明中也絕不把電站做為首選適用范圍，有的在適用范圍中根本就不提電站。現(xiàn)在奇怪的是，這三大控制系統(tǒng)，尤其是DCS、PLC，都在電站得到了廣泛應(yīng)用，而且效果也非常好。

3．三大控制系統(tǒng)之間的差異

我們已經(jīng)知道，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來(lái)，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢(shì)。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。下一節(jié)就僅以DCS與FCS進(jìn)行比較。在前面的章節(jié)中，實(shí)際上已涉及到DCS與FCS的差異，下面將就體系結(jié)構(gòu)、投資、設(shè)計(jì)、使用等方面進(jìn)行敘述。

3．1 差異要點(diǎn)

·DCS

DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵是通信。也可以說(shuō)數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全性。數(shù)據(jù)公路的媒體可以是：一對(duì)絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖電纜。

通過(guò)數(shù)據(jù)公路的設(shè)計(jì)參數(shù)，基本上可以了解一個(gè)特定DCS系統(tǒng)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)與弱點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)能處理多少I(mǎi)/O信息。
（2）系統(tǒng)能處理多少與控制有關(guān)的控制回路的信息。
（3）能適應(yīng)多少用戶(hù)和裝置（CRT、控制站等）。
（4）傳輸數(shù)據(jù)的完整性是怎樣徹底檢查的。
（5）數(shù)據(jù)公路的最大允許長(zhǎng)度是多少。
（6）數(shù)據(jù)公路能支持多少支路。
（7）數(shù)據(jù)公路是否能支持由其它制造廠(chǎng)生產(chǎn)的硬件（可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)記錄裝置等）。

為保證通信的完整，大部分DCS廠(chǎng)家都能提供冗余數(shù)據(jù)公路。

為了保證系統(tǒng)的安全性，使用了復(fù)雜的通信規(guī)約和檢錯(cuò)技術(shù)。所謂通信規(guī)約就是一組規(guī)則，用以保證所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被接收，并且被理解得和發(fā)送的數(shù)據(jù)一樣。

目前在DCS系統(tǒng)中一般使用兩類(lèi)通信手段，即同步的和異步的，同步通信依靠一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸和接收，異步網(wǎng)絡(luò)采用沒(méi)有時(shí)鐘的報(bào)告系統(tǒng)。

·FCS

FCS的關(guān)鍵要點(diǎn)有三點(diǎn)

（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線(xiàn)協(xié)議，即總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)

前面的章節(jié)已經(jīng)敘述，一種類(lèi)型的總線(xiàn)，只要其總線(xiàn)協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。就其總線(xiàn)協(xié)議的基本原理而言，各類(lèi)總線(xiàn)都是一樣的，都以解決雙向串行數(shù)字化通訊傳輸為基本依據(jù)。但由于各種原因，各類(lèi)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議存在很大的差異。

為了使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)滿(mǎn)足可互操作性要求，使其成為真正的開(kāi)放系統(tǒng)，在IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊協(xié)議模型的用戶(hù)層中，就明確規(guī)定用戶(hù)層具有裝置描述功能。為了實(shí)現(xiàn)互操作，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)裝置都用裝置描述DD來(lái)描述。DD能夠認(rèn)為是裝置的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，它包括所有必要的參數(shù)描述和主站所需的操作步驟。由于DD包括描述裝置通信所需的所有信息，并且與主站無(wú)關(guān)，所以可以使現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作性。

實(shí)際情況是否如上述一致，回答是否定的。目前通過(guò)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)含8種類(lèi)型，而原IEO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)只是8種類(lèi)型之一，與其它7種類(lèi)型總線(xiàn)的地位是平等的。其它7種總線(xiàn)，不論其市場(chǎng)占有率有多少，每個(gè)總線(xiàn)協(xié)議都有一套軟件、硬件的支撐。它們能夠形成系統(tǒng)，形成產(chǎn)品，而原IEC現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是一個(gè)既無(wú)軟件支撐也無(wú)硬件支撐的空架子。所以，要實(shí)現(xiàn)這些總線(xiàn)的相互兼容和互操作，就目前狀態(tài)而言，幾乎是不可能的。

通過(guò)上述，我們是否可以得出這樣一種映象：開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的互操作性，就一個(gè)特定類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)而言，只要遵循該類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議，對(duì)其產(chǎn)品是開(kāi)放的，并具有互操作性。換句話(huà)說(shuō)，不論什么廠(chǎng)家的產(chǎn)品，也不一家是該現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)公司的產(chǎn)品，只要遵循該總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議，產(chǎn)品之間是開(kāi)放的，并具有互操作性，就可以組成總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。

(2)FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置

數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置是FCS系統(tǒng)的硬件支撐，是基礎(chǔ)，道理很簡(jiǎn)單，F(xiàn)CS系統(tǒng)執(zhí)行的是自動(dòng)控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)裝置之間的雙向數(shù)字通信現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信號(hào)制。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不遵循統(tǒng)一的總線(xiàn)協(xié)議，即相關(guān)的通訊規(guī)約，不具備數(shù)字通信功能，那么所謂雙向數(shù)字通信只是一句空話(huà)，也不能稱(chēng)之為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)。再一點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一大特點(diǎn)就是要增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)控制功能。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置不是多功能智能化的產(chǎn)品，那么現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)也就不存在了，所謂簡(jiǎn)化系統(tǒng)、方便設(shè)計(jì)、利于維護(hù)等優(yōu)越性也是虛的。

(3) FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化

對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，無(wú)論是采用DCS還是采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，系統(tǒng)需要處理的信息量至少是一樣多的。實(shí)際上，采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)后，可以從現(xiàn)場(chǎng)得到更多的信息。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的信息量沒(méi)有減少，甚至增加了，而傳輸信息的線(xiàn)纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線(xiàn)纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場(chǎng)就地完成處理，減少現(xiàn)場(chǎng)與控制機(jī)房之間的信息往返。可以說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的本質(zhì)就是信息處理的現(xiàn)場(chǎng)化。

減少信息往返是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)的一條重要原則。減少信息往返常常可帶來(lái)改善系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的好處。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先將相互間信息交換量大的節(jié)點(diǎn)，放在同一條支路里。

減少信息往返與減少系統(tǒng)的線(xiàn)纜有時(shí)會(huì)相互矛盾。這時(shí)仍應(yīng)以節(jié)省投資為原則來(lái)做選擇。如果所選擇系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間允許的話(huà)，應(yīng)選節(jié)省線(xiàn)纜的方案。如所選系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間比較緊張，稍微減少一點(diǎn)信息的傳輸就夠用了，那就應(yīng)選減少信息傳輸?shù)姆桨浮?

現(xiàn)在一些帶現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產(chǎn)品同種功能塊在性能上會(huì)稍有差別，但一個(gè)網(wǎng)絡(luò)支路上有許多功能雷同功能塊的情況是客觀(guān)存在的。選用哪一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問(wèn)題。

考慮這個(gè)問(wèn)題的原則是：盡量減少總線(xiàn)上的信息往返。一般可以選擇與該功能有關(guān)的信息輸出最多的那臺(tái)儀表上的功能塊。

3．2 典型系統(tǒng)比較

通過(guò)使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，用戶(hù)可以大量減少現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)，用單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信，不同制造廠(chǎng)生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡(jiǎn)化，并且維護(hù)十分簡(jiǎn)便。典型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)框圖示于圖1。從圖1中可以看出，傳統(tǒng)的過(guò)程控制儀表系統(tǒng)每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置到控制室都需使用一對(duì)專(zhuān)用的雙絞線(xiàn)，以傳送4~20mA信號(hào)，圖2所示現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置到接線(xiàn)盒的雙絞線(xiàn)仍然可以使用，但是從現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)盒到中央控制室僅用一根雙絞線(xiàn)完成數(shù)字通信。

圖1：傳統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)

通過(guò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，到底能節(jié)省多少電纜，編者尚未做此計(jì)算。但是，我們不可以采用DCS系統(tǒng)的電廠(chǎng)中與自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的所用電纜公里數(shù)看出，電纜在基建投資中所占份額。

某電廠(chǎng)，2×300MW燃煤機(jī)組。熱力系統(tǒng)為單元制。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一座集中控制樓，采用機(jī)、爐、電單元集中控制方式。單元控制室的標(biāo)高為12.6米，與運(yùn)行層標(biāo)高一致。DCS采用WDPF—Ⅱ，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)為4500點(diǎn)。

圖2：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)

電纜敷設(shè)采用EC軟件，8個(gè)人用1.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。

主廠(chǎng)房?jī)?nèi)每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜根數(shù)為4038根。
主廠(chǎng)房?jī)?nèi)每臺(tái)300MW機(jī)組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜長(zhǎng)度為350公里。

以上電纜的根數(shù)及長(zhǎng)度均不包括全廠(chǎng)火災(zāi)報(bào)警的廠(chǎng)供電纜和全廠(chǎng)各輔助生產(chǎn)車(chē)間的電纜。

電纜橋架的立柱、橋架及小槽盒全部選用鋼制鍍鋅，每臺(tái)機(jī)組約95噸。

其它電纜橋架包括直通、彎通、三通、四通、蓋板、終端封頭、調(diào)寬片、直接片等選用鋁合金材質(zhì)，每臺(tái)300MW機(jī)組約為55噸。附件隨橋架提供（如螺栓、螺母）。

某電廠(chǎng)，4×MW燃油燃?xì)怆娬尽崃ο到y(tǒng)為單元制。DCS采用TELEPERM-XP。每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)為5804點(diǎn)。
電纜敷設(shè)采用EC軟件，12個(gè)人用2.5個(gè)月時(shí)間完成電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)任務(wù)。

主廠(chǎng)房?jī)?nèi)每臺(tái)325MW機(jī)組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜根數(shù)為4413根。
主廠(chǎng)房?jī)?nèi)每臺(tái)235MW機(jī)組自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的電纜長(zhǎng)度為360公里。
每臺(tái)機(jī)組全部選用鋼制鍍鋅電纜橋架，其重量約為200噸。
電站的電纜可以分為六大類(lèi)：高壓電力電纜、低壓電力電纜、控制電纜、熱控電纜、弱電電纜（主要指計(jì)算機(jī)用電纜）、其它電纜。若兩臺(tái)300MW機(jī)組同時(shí)做電纜敷設(shè)，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)電纜的數(shù)量大約有8500根左右。其中熱控電纜和弱電電纜將大于5000根，即約占60%左右（以根數(shù)計(jì)量）。

3.3 設(shè)計(jì)、投資及使用

上述的比較是偏重于純技術(shù)性的比較，以下比較擬加入經(jīng)濟(jì)因素。

比較的前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進(jìn)行比較。為什么要做如此的假設(shè)。做為DCS系統(tǒng)發(fā)展到今天，開(kāi)發(fā)初期提出的技術(shù)要求卻已滿(mǎn)足并得到了完善，目前的狀況是進(jìn)一步提高，因此也就不存在典型、理想的說(shuō)法。而作為FCS系統(tǒng)，90年代剛進(jìn)入實(shí)用化，作為開(kāi)發(fā)初期的技術(shù)要求：兼容開(kāi)放，雙向數(shù)字通信、數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置、高速總線(xiàn)等，目前還不理想有待完善。這種狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定不能說(shuō)沒(méi)有關(guān)系。過(guò)去的十多年，各總線(xiàn)組織都忙于制定標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，占領(lǐng)更多的市場(chǎng)，目的就是要擠身于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，合法的占領(lǐng)更大的市場(chǎng)。現(xiàn)在有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)戰(zhàn)已告一段落，各大公司組織都已意識(shí)到，要真正占領(lǐng)市場(chǎng)，就得完善系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品。我們可以做這樣的預(yù)測(cè)，不久的將來(lái)，完善的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)及相關(guān)產(chǎn)品必須成為世界現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的主流。

具體比較：

（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)。

（2）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(kāi)放式系統(tǒng)，用戶(hù)可以選擇不同廠(chǎng)商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成。

（3）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%。

（4）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。

（5）DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過(guò)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(wú)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(xiàn)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(wú)法比擬的。

（6）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(zhuān)家認(rèn)為可以省去60%。

（7）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(zhuān)家認(rèn)為可以節(jié)省66%。

對(duì)于（6）、（7）兩點(diǎn)應(yīng)補(bǔ)充說(shuō)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(zhuān)家所說(shuō)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。

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

（9）用于過(guò)程控制的FCS設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)要點(diǎn)。這一點(diǎn)并不作為與DCS的比較，只是說(shuō)明用于過(guò)程控制或者說(shuō)用于模擬連續(xù)過(guò)程類(lèi)的FCS在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

1）要求總線(xiàn)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(xún)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(guò)程類(lèi)及其儀器儀表而開(kāi)發(fā)的FCS，應(yīng)側(cè)重于低速總線(xiàn)H1的設(shè)計(jì)完善。

4．PLC與DCS的前景

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

PLC于60年代末期在美國(guó)首先出現(xiàn)，目的是用來(lái)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(zhuān)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(guò)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(guò)30多年的發(fā)展，PLC已十分成熟與完善，并開(kāi)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(wú)多少爭(zhēng)論。參見(jiàn)圖3：IEC推薦的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。PLC作為一個(gè)站掛在高速總線(xiàn)上。充分發(fā)揮PLC在處理開(kāi)關(guān)量方面的優(yōu)勢(shì)。另外，火力發(fā)電廠(chǎng)輔助車(chē)間，例如補(bǔ)給水處理車(chē)間、循環(huán)水車(chē)間、除灰除渣車(chē)間、輸煤車(chē)間等，在這些車(chē)間的工藝過(guò)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(chē)間的控制系統(tǒng)應(yīng)以遵循現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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。

圖3：IEC推薦的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

自1973年提出第一臺(tái)以微處理器為基礎(chǔ)的控制器以來(lái)，它逐步完善，并最終形成功能齊全、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)。可以滿(mǎn)足火電廠(chǎng)DAS、MCS、SCS和APS各系統(tǒng)的各種要求，目前還可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)建立管理層網(wǎng)絡(luò)，以滿(mǎn)足火電廠(chǎng)呼聲越來(lái)越高的加強(qiáng)管理的要求。可以這樣說(shuō)，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(guò)程。

但是，自從有了FCS，并于90年代走向?qū)嵱没詠?lái)，不斷有如下論點(diǎn)在公開(kāi)刊物上發(fā)表，即：“從現(xiàn)在起，新的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(méi)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(xiàn)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(xiàn)控制系統(tǒng)FCS”……。這些論點(diǎn)歸納為一句話(huà)：FCS將取代DCS，DCS從此將消亡。

上述論點(diǎn)皆出自于權(quán)威專(zhuān)家之口，確實(shí)不無(wú)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(xiàn)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(kāi)發(fā)出越來(lái)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(chǎng)的設(shè)計(jì)、配置、組態(tài)、運(yùn)行、維護(hù)、管理等方面帶來(lái)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(lái)，它保留了DCS的特點(diǎn)，或者說(shuō)FCS吸收了DCS多年開(kāi)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(chǎng)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(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足信息集成的要求），已滲透到火電廠(chǎng)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(lái)看，DCS系統(tǒng)似乎不能說(shuō)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(méi)有必要在文字上做過(guò)多的爭(zhēng)論，一定要強(qiáng)調(diào)誰(shuí)取代誰(shuí)。正如目前的DCS與新型的PLC，由于多年的開(kāi)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(kāi)發(fā)初期的PLC。我們能夠說(shuō)是DCS取代了PLC或者說(shuō)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(jiǎn)單的結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(guò)去處于控制系統(tǒng)中心地位的DCS移到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)站點(diǎn)上去。也可以這樣說(shuō)，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(chǎng)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)。