DCS、FCS、PLC、GDS、SIS系统介绍及区别.docx

DCS、FCS、PLC、GDS、SIS、ITCC 系统介绍及区别DCS (Distributed Contorl System)，集散控制系统，又称分布 式控制系统，它是在仪表控制系统的基础上发展、演变而来的。PLC (Program Logic Control )，可编程逻辑控制器，是从传统 的继电器逻辑控制回路发展而来。FCS (FieldBus Contorl Syestem),现场总线控制系统，是由 PLC 或DCS发展而来的。GDS (Gas Detection System),可燃气体和有毒气体检测报警系 统，是一套可以检测可燃性气体和有毒有害气体的报警系统。为了更 好地规范GDS气体检测报警系统，在2020年实施的GBT50493标准 中，明确了 GDS系统独立的要求，既不属于SIS系统(不再需要SIL 认证)，也不属于DCS系统，而是一套单独的系统。SIS (Safety Instrumented System),安全仪表系统，又称为安全 联锁系统。主要为工厂控制系统中报警和联锁部分，对控制系统中检 测的结果实施报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的 重要组成部分。ITCC (Integrated Turbine Compressor Control Technique), 透平压缩机综合控制系统。ITCC应用于透平驱动压缩机的控制系统， 透平压缩机，是指具有高速旋转叶轮的动力式压缩机。能互换，板卡价格较高。DCS更像是一个封装好的系统，使用相应 的模块可以方便的进行系统的组态，DCS从方便性和安全性都做的 非常好。FCS系统简介现场总线系统FCS是第五代过程控制系统，它是21世纪自动化 控制系统的方向。是3c技术（通讯、计算机、控制）的融合。FCS 系统是在DCS系统和PLC系统的基础上演变而来的。FCS系统结构特点控制器控制器控制器FCS系统结构如下图所示:车间级监控网现场总线 现场总线1、全数字化、智能、多功能仪表取代模拟式单功能仪器、仪 表。FCS系统现场采用数字化传感器，每台传感器有一个设备地 址，通过地址寻址方式与控制器进行通讯。2、用两根线联接分散的现场仪表、控制装置，取代每台仪表的 两根线。“现场控制”取代“分散控制”；数据的传输采用“总 线”方式；3、把微机处理器转入现场自控设备，使设备具有数字计算和数 字通信能力，信号传输精度高，远程传输。实现信号传输全数字 化、控制功能分散、标准统一全开放。4、采用双绞线、光缆或无线电方式传输数字信号，减少大量导 线，提高了可靠性和抗干扰能力。FCS从传感器、变送器到调节器 一直是数字信号，这就使我们很容易地处理更复杂、更精确的信 号，同时数字通信的差错功能可检出传输中的误码。5、FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备(Field Device) 中。基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操 作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一的420mA 模拟信号线，给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的 变化。FCS系统与传统DCS系统比较口现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比FCS与DCS结构比较性能FCSDCS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，精度题可靠性差：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(420mA 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 层并米用数字通信方式，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 420mA 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/输出单兀，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 作性现场设备只要米用同一总线标准，不同J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。投资 成本投资较大，数字式传感器价格较图投资相对较少FCS系统的现状和不足之处：综上所述，FCS相对DCS有这么多的好处，是否就可以从此取 代DCS 了呢？并非如此，现在我们就来谈谈FCS系统的现状和存在 的问题。1、 FCS系统理论上的开放性是要求所有的FCS系统都采用同 一种通信协议和网络结构来保证的，但现实情况是，自20世纪90 年代初,FCS的概念一经提出,各大厂家积极响应,都怕自己的产品落 后于世界潮流而被淘汰，而同时又没有一个权威性的国际组织来保证 大家采用同样的标准。结果，目前世界上已开发出有40多种现场总 线，如 Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet, P- Net、FIP、ISP等,其中最具影响力的有5种,分别是FF、 Profitbus、HART、CAN和LonWorks。由于市场竞争激烈，国际性的 标准化进程十分缓慢。鉴于目前现场总线的国际标准在短期内还难 于统一,而正在大量使用着的420mA模拟现场设备也不可能在短时 间内改造为适合于现场总线的现场设备，目前FCS系统理论上的开放 性还无法完全实现。现阶段,如在实际工程中冒然选用某种FCS系 统,如果将来该系统没有成为国际标准,就得面对被淘汰的尴尬局 面。2、 FCS系统采用采用全数字式的信号传输方式,这就意味必 须采用数字式仪表传感器而不是DCS系统采用的常规仪表。由于前 述总线标准不统一的原因,各个生产厂商也无所适从,无法投入大量 人力物力开发,造成目前市场上已有的数字式仪表的成本和价格很 高,维护和备品备件也无法完全保证。因此,如工程选用现有的FCS 系统,虽然节省了仪表系统的电缆配线、安装、操作和维修等方面的 费用，却增加了仪表采购的费用,还要承担将来可能没有备品备件的 危险。总体算来，成本，反而增加，可靠性反而降低。综上所述，FCS系统好不好?理论上很好。现阶段在实际工程 （特别是投资额较大的工程）中是否该选用FCS系统?还需要仔细研究 研究。相信经过一段时间（可能5-15年吧）的发展后,FCS的国际标 准会达成统一,届时配套的数字仪表的价格也会下降,FCS理论上的 优势就会真正体现出来。到那个时候，就是FCS取代DCS目前在过程 控制领域的统治地位的时候了。SIS系统简介安全仪表系统，Safety instrumentation System,简称 SIS；又称为安全联锁系统（Safety interlocking System）o主要 为工厂控制系统中报警和联锁部分，对控制系统中检测的结果实施 报警动作或调节或停机控制，是工厂企业自动控制中的重要组成部 分。国家条文中明确指出涉及“两重点一重大”的新建和在役化工 装置危险化学品储存设施，重点监管的危险化工工艺，危险化学品 重大危险源必须设立独立安全仪表SIS系统。SIS系统的基本功能和要求1、保证生产的正常运转、事故安全联锁（控制系统CPU扫描时间一定要达到ms毫秒等级）。2、安全联锁报警（对于一般的工艺操作参数都会有设定的报 警值和联锁值）。3、联锁动作和投运显示。4、安全联锁系统的附加功能有：安全联锁的预报警功能、安 全联锁延时、第一事故原因区别、安全联锁系统的投入和切换、分 级安全联锁、手动紧急停车、安全联锁复位。SIS系统特点：1、以IEC61508作为基础标准，符合国际安全协会规定的仪表 的安全标准规定。2、具有覆盖面广、安全性高、有自诊断功能，能够检测并预 防潜在的危险。3、容错性的多重冗余系统，SIS一般采用多重冗余结构以提 高系统的硬件故障裕度，单一故障不会导致SIS安全功能丧失。4、应用程序容易修改，可根据实际需要对软件进行修改。5、自诊断覆盖率大，工人维修时需要检查的点数比较少。6、响应速度快，从输入变化到输出变化的响应时间一般在 1050ms左右，一些小型SIS的响应时间更短。7、可实现从传感器到执行元件所组成的整个回路的安全性设 计，具有I/O短路、断线等监测功能。7、SIS系统不能与DCS系统共用仪表传感器，必须独立于DCS 系统，如检测液位，必须在测点安装两套液位传感器，一套用于 DCS系统，一套用于SIS系统。GDS系统简介GDS系统的全称是可燃气体和有毒气体检测报警系统，其英文 为：Gas Detection System。从字面意思可以得知，这是一套可以 检测可燃性气体和有毒有害气体的报警系统。为了更好地规范GDS 气体检测报警系统，在2020年实施的GBT50493标准中，明确了 GDS系统独立的要求，既不属于SIS系统（不再需要SIL认证），也 不属于DCS系统，而是一套单独的系统。一套完整的GDS系统，应该包括：气体探测器、GDS系统控制 柜、交换机、操作站（包含监控软件）等。GDS气体检测报警系统 主要可以实现以下几点功能：1、实时监测气体浓度值：该系统可以实时检测到现场环境的 气体浓度值数据，并进行显示和记录保存；2、声光报警提示：当检测到的气体浓度值超过预设报警值 时，自带声光报警信号就会开启，同时区域gds控制柜端会发出声 光报警信号；3、UPS电源可断电保护：系统配置UPS不间断电源，可提供 断电后系统运行时间不低于30分钟；4、历史数据存储与分析：可以定时存储所有数据，数据保存时间久，而且还可以自动生成历史曲线;5、安全管理功能：完善的用户和权限管理，可设定多级操作安全，签名审批，安全有关的信息会被记录且不可修改；6、灵活配置可定制：可以根据客户需求提供多种配置及定制开 发，满足不同工况需求。PLC系统简介PLC结构组成PLC内部主要由CPU、存储器、输入接口、输出接口、通信接口 和扩展接口等组成。从结构上分，PLC分为固定式和组合式(模块式) 两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等， 这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、 I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规 则组合配置。PLC具有的功能：(1)开关量的控制比如在PLC输入端接开关按钮，通过编写程序来控制指示灯等负 载。(2)运动控制PLC可以通过高速脉冲输出点发送高频脉冲，驱动步进、伺服驱 动器。(3)模拟量控制可以通过温度感应探头感应温度，再通过温度传感器把数据传送 到PLC中，在PLC做数据处理，从而来控制负载做对应的动作。还可 以做PID的控制，实现恒压供水等等。(4)数据处理PLC具有数学运算、转换、排序等功能，可以完成数据的采集、 分析和处理。比如设置动作流程循环次数。还可以编写程序实现餐厅、 银行叫号的功能等等。(5)通信在很多自动化设备上经常可以看见有触摸屏，可以在触摸屏设计 各种各样的元件和页面，通过通讯线连接PLC做通信。在触摸屏上做 按钮元件，来代替实物按钮。可以做一些数值元件来显示PLC中的数据，还可以做一些图像来表示各元器件的工作状态。DCS系统简介DCS概念DCS是分布式控制系统，在国内自控领域又称为集散控制系 统。DCS的主要特点归结为一句话就是“分散控制，集中管理”。 DCS通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控 制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。生产 控制操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数 据，传达操作指令。DCS结构组成1、大型完整的DCS如下图所示，结构包括过程级、操作级和 管理级。IlWtf刖务HIU*yTR mm!KBUHHtBU»nnuEM *办公筌以大脚传线现场仅寰»却0B « 跖 «.9力的到I娱：工除也用按到贴传的於里3Ug脩制附仪惠1 m家煤£陵仪表过程级：由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统 控制功能的主要实施部分。操作级：操作员站和工程师站，完成系统的操作监控和组态 维护。管理级：主要是指工厂管理信息系统（MIS或ERP系统）， 作为DCS更高层次的应用。II Illi传蝇SUWDCS的过程控制站：T完整的计算机 系统，主要由电源、高性能的中央处理器 (CPU )、网络接口组成。高性能的中央处理器是现场过程控制的 中心，存放并运行所有的过程控制程序以及现场仪表数据和控制数据。DCS的控制决策都是由它梆行的。过程控制站的网络接口是同上一级的操 作员站和工程师站的连接通道。操作员的 操作控制信息和工程师站的组态程序都是 通过这一通道发送到过程控制站，过程控 制站收集整理的现场数据也是通过这Ti道传递到操作员站上.曲同I/O模块之间通过内部总线连立以育rq/IP汇员站I柞赞站一台用于操作、监视、警、趋势显示、记录和打锦 表的P"L操作员站通常装有 操作软件以完成上述功能，并 且是通过以太网同过程控制站3 )工修脩砧台用于组态过、 程控制软件，诊断、 监视过程控制站运 行情况，供DCS工 程师开发、测试、 维护DCS系统使用7g计算机。2、简单基本的DCS系统如下图所示:只有操作级和过程级组成，我公司DCS系统就是这种结构。过程控制器与仪表（传感器）之间一对线一接线，现场传感器采 集数据为4-20Ma模拟信号，上传至过程控制站，由控制站通过工 业以太网上传至工程师站和操作员站。PLC与DCS系统的区别PLC与DCS是现场工业自动化控制的两大核心产品，发展到现 在，两者在选型和使用方面有着互融和交叉，各有其优势。PLC与DCS在功能上趋于一致，都具有下列特性：1、数据采集与处理。各类现场信号通过A/D转换模块，将各种 物理量，如温度、水位、流量、风速、压力等模拟量转换成与现场 仪表量程相同的值。都具有PID调节功能，适用于工业过程控制。2、设备的循序控制，依据相关数据，按照生产工艺预先规定的 顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在 生产过程中各个执行机构自动地有秩序地进行操作。3、从功能上来说，PLC已经具备了模拟量的控制功能，有的 PLC系统模拟量处理能力甚至还相当强大，比如西门子S7-400、ABB 的Control Logix和施耐德的Quantum系统。而DCS也具备相当强 劲的逻辑处理能力。4、从系统结构上来说，PLC与DCS的基本结构是一样的。PLC 发展到今天，已经全面移植到计算机系统控制上了，传统的编程器 早就被淘汰。小型应用的PLC一般使用触摸屏，大规模应用的PLC 全面使用计算机系统。和DCS一样，控制器与10站使用现场总线 （一般都是基于RS485或RS232异步串口通讯协议的总线方式），控 制器与计算机之间如果没有扩展的要求，也就是说只使用一台计算 机的情况下，也会受用这个总线通讯。但如果有不止一台计算机使 用，系统结构就会和DCS一样，上位机平台使用以太网结构。这是 PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。5、PLC和DCS的发展方向，小型化的PLC将向更专业化的使用 角度发展，比如功能更加有针对性、对应用的环境更有针对性等 等。大型的PLC与DCS的界限逐步淡化，直至完全融合。PLC和DCS还有区别的1、起源不一样。PLC是为离散的顺序控制而生。最初用继电器控制装置，后美 国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了 GM公司装配线 的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代 PLC产品。DCS是对连续的过程控制而生的,是以微机处理为基础， 以危险分散控制，操作和管理集中为特性，集先进的计算机技术、 通讯技术、CRT技术和控制技术即4C技术于一体的新型控制系统。 DCS系统的理念是“分散控制”，“集中管理”，尽量将控制所造 成的危险性分散，而将管理和显示功能集中的一种自动化控制系 统。2、应用注领域有区别PLC在过程控制方面主要用于航天航空、钢铁、烟草、制药、 食品、冶金、矿业、水处理、交通等领域，其中发电厂应用在大型 火电厂的辅助车间、水电主控等。DCS主要应用于过程控制，主要 应用在发电、石化、钢铁、石油化工、冶金等自动化领域，其中航 天航空、火电、核电、大型石化、钢铁的主控单元目前必须使用 DCS进行控制。3、PLC一般应用在点数少的和开关量多的环境，DCS应用在点 数多的大型连续控制环境。4、数据库和编程语言不同PLC有上位和下位2个数据库，主要是顺序控制，用逻辑量来 判断和输出。以梯形图下位编程，SCADA为上位数据采集与监视控 制系统控制界面。DCS上位和下位统一的数据库，（如在组态软件 中，在监控软件中，在趋势图中，在报表中），下位功能块为编成工 具，上位有自己独立的视控制系统控制界面。5、控制方式的不同。对10信号的处理上，PLC厂家总是习惯将所有信号都转为数字 量再处理，而有DCS血统的习惯将所有信号转成模拟量。6、冗余方式区别，PLC的硬件热备冗余方式是双机架、双电 源、双处理器、双网卡冗余方式，相当于2套硬件设备冗余，这样 成本没有优势，一般PLC很少使用冗余模式，DCS是两个集成的DPU 组成热备冗余架构7、PLC小型系统的成本优势，投资较低，在中小型的离散控制 工作中更有优势。在SIS或ESD中PLC有优势（如西门子S7-400） o DCS一般应用在大型系统中，初始投资成本高，由于各公司产品不