工业生产PLC与DCS的区别.docx

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1、PLC与DCS的区别我们首先可以明确的是：DCS是历史悠久的典型控制系统形态。控制系统分上下 位机，上位机组态偏重GUI （图形用户界面），下位机组态偏重算法。有朋友可能会问什么是组态？其实组态就是搭建系统软件和硬件环境，再简单地说，组态就是用已有的简单功 能组合出更复杂的功能。那上下位机又是什么呢？举个例子:设想自己开发一个控制系统。首先要做的是告诉计算机自己想干什么, 然后由计算机通知控制器，最后控制器再告诉执行器具体该怎么做。这里面我其 实只跟计算机发生对话，这里的计算机就是上位机，接受计算机指令的控制器就 是下位机。其实计算机和控制器本质上说都是计算机，只是外在表现形式，应用环境和编程

2、 方式的差异，导致我们必须采取一些便于理解的命名方式。上位机要跟人互动, 所以偏重GUI,有显示器或触摸屏、鼠标和键盘灯外设等人机交互设备。下位机 要跟执行机构互动，所以偏重算法，人们要把需求编写成可执行的程序下载到下 位机，上位机给出的指令触发下位机程序执行，下位机更像是一个黑盒子，执行 过程中人们无法直观的看到每一个过程和步骤，只能对结果进行分析，对不对？ 准不准？好不好？那组态和上下位机跟DCS有什么关系呢？Distributed Control SystemDCS （分布式控制系统），因为DCS也是控制系 统，遵循控制系统的基本形态，也有上下位机，也要进行软件和硬件组态。Distrib

3、uted分布式是讲DCS这个控制系统的特点和差异化。因此我们要搞明白 什么是DCS就要从分布式这个特点开始。1、DCS的进化史人们普遍认为任何事物要分析他们的特点和差异化，就要回答两个哲学问题：1) 从哪里来？到哪里去？同理，我们想知道什么是DCS,什么是分布式，就离不开DCS的进化史和发展方 向。接下来我们从四次工业革命对过程工业控制系统的影响来聊一聊DCS的进化和 发展。帮助大家更深刻的理解DCS。第一次工业革命，蒸汽时代，自动控制只能完成很简单的功能。按物理点位计算， 只是现在的DI和DO,能实现的功能是：开和关，也就是一台机车的启停而已。 最多就是在一些外设机械设备参与下实现正反转和简

4、单的速度控制。家喻户晓的 瓦特公认为是蒸汽机的发明者，但其实蒸汽机的出现比瓦特出生还要早许多，而 最初期的DCS还跟蒸汽机有密切的关系。第二次工业革命，电气化时代，诸如继电器等电子设备普及，人们开始在现场就 地控制一些大型设备。和之前对比改善在于，比如一个设备特别大，我用了就地 控制就不用爬上设备去做启停操作了。再后来，人们还觉得麻烦，因为从这个设 备跑到那个设备进行操作也很麻烦。所以，就把这些需要控制的按钮都放在一个 屋子里，再装上简单的指示灯，操作员盯着显示屏上一大堆指示灯，随时准备按 下操作台上一排排的启停按钮。第三次工业革命，信息时代，随着电子计算机技术的发展，控制系统一直发展, 形成

5、了成熟的集中控制系统，到现在CCR (Central Control Room)也可以叫做集控中心。为什么后来又分散了？因为人们发现集中控制会出现很多问题，当点 位过于集中，控制规模过大的时候，如果某一个关键路径（模块）出现问题，可 能导致很大一片控制区域瘫痪。这是中央集权制度的通病，一倒一大片。所以, 人们考虑把硬件做的分散一些，并且分散到控制区域附近，增加操作员站，并且 保留CCR。其中操作员站处理现场具体事务，CCR监管整个控制区域的衔接、协 调事务。人们依然在控制室里面，但整个系统运行却更稳定了。除此之外，为了提高通信效率，通过完善，又进化出了新种族FCS （Fildebus Cont

6、rol System,现场总线控制系统）意思是说原来你为了通信要为每一种甚至 每一个控制组建配备一名类似通讯员一样的角色，可机构太臃肿、队伍太庞大导 致效率低下，所以取消一对一的通信，大家都通过指定机构完成所有通信工作, 这个指定机构就是现场总线（Fildebus）。第四次工业革命，物联网时代，人们做了很多完善工作，让控制系统看上去更高 大上一些，更多决策辅助，更多数据统计和分析。于是分支出或添加了许多功能 比如 OEE、MES、ERP-随着物联网时代的到来，最近又出来个新控制系统：ICS,大致思路是系统功能 化、硬件模块化、组织机构扁平化2、DCS的系统构成以上说了 DCS的进化史，有点务虚

7、了，朋友们会问，那现在DCS的基本形态和构 成是怎样的呢？举个例子：因为某个工艺需要，水箱液位需要保持在一定范围内，当水箱液位出 现较大波动且超出此范围后，可以选择去现场手动调节控制水位的阀门，也可以 通过DCS发出指令去调节。DCS相当于大脑，对眼睛看到的情况（即现场检测仪表传输过来的信号，如水位 降低）做出反应（即发出指令，如增大进水阀开度），现场执行设备接受到指令 做出相应的动作（如增大进水阀门开度，保持水位在一定范围）。举了的这些个例子，好像都是过程工业范畴的，那么例如汽车等离散制造业呢？ 在那里有另外一个明星产品PLCoPLC和DCS在工业自动化控制中占有举足轻重的地位，而工业自动化

8、控制是国家 工业发展战略的核心。PLC以及DCS在工业控制的各个环节中不断的升级、完善， 已经成为现代工业生产制造中不可或缺的工具。1、DCS和PLC的定义DCS控制系统，在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系 统，是相对于集中控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中控制系 统的基础上发展、演变而来的。DCS作为一个集过程控制和过程监控为一体的计算机综合系统，在通信网络的不 断带动下，DCS系统已经成为了一个综合计算机，通信、显示和控制等4C技术 的完整体系。其主要特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态 方便。现如今的DCS系统可以广泛地用于工业装置的生

9、产控制和经营管理，在化工、电 力、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。PLC,即逻辑可编程控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境 应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运 算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式 输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。2、DCS和PLC控制器的差别DCS和PLC控制器的主要差别是在开关量和模拟量的运算上，即使后来两者相互 有些渗透，但是仍然有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外，也增加了一些控 制回路算法，但要完成一些复杂运算还是比较困难，PLC用梯形图编程

10、，模拟量 的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优 点。而DCS使用功能块封装模拟运算和逻辑运算，无论是逻辑运算还是复杂模拟 运算的表达形式都非常清晰，但相对PLC来说逻辑运算的表达效率较低。3、DCS和PLC在火电厂的应用在火电厂热工自动化领域，DCS和PLC是两个完全不同而又有着千丝万缕联系的 概念。DCS和PLC都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物，火电厂主机控 制系统用的是DCS,而PLC主要应用在电厂辅助车间。DCS和PLC都有操作员站 提供人机交互的手段、都依靠基于计算机技术的控制器完成控制运算、都通过 I/O卡件完成与一次元件和执行装置的数据交换

11、、都具备称之为网络的通信系统。 随着国内电厂装机容量的不断扩大及电力系统改革的推进，对辅助车间控制的要 求也不断提高，在这个大环境，DCS系统进入辅助车间控制已成为趋势。 NT6000DCS因其综合的技术经济优势，已经并将继续在辅助车间控制方面发挥越 来越大的作用。在辅助车间应用广泛的PLC也并不会就此退出热工自动化的历史舞台，前所未有 的竞争压力，将会促使PLC厂商在技术上向DCS标准靠拢，在价格上作出更大的 努力。DCS和PLC市场竞争的结果，将会使用户获得更大的利益。4、DCS和PLC的控制处理能力一个PLC的控制器，往往能够处理几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。而DCS的控

12、制器，一般只能处理几百个I/O点（不超过500个I/O）。 从集散体系的要求来说，不允许有控制集中的情况出现，太多点数的控制器在实 际应用中是毫无用处的，DCS开发人员根本就没有开发带很多I/O点数控制器的 需要驱动，他们的主要精力在于提供体系的可靠性和灵活性。而PLC不一样，作为一个独立的柔性控制装置，带点能力越强当然也就代表其技 术水平越高了，至于整个控制体系的应用水平呢，这主要是工程商和用户的事情, 而不是PLC制造商的核心目标。控制处理能力的另一个指标，运算速度，在人们 印象当中PLC也比DCS要快很多。新型的DCS控制器学习了大型PLC的设计，在控制周期方面的表现获得了大幅度 的提高

13、。以NT6000DCS的T2550控制器为例。控制器可以设置四个不同优先级的 任务，最小运算周期可以设为10ms,配合高速I/O卡件，控制周期能够达到 1520ms。而模拟量运算设置在其它周期较长的任务中。5、PLC和DCS的系统可扩展性和兼容性市场上控制类产品繁多，无论DCS还是PLC,均有很多厂商在生产和销售。对于 PLC系统来说，一般没有或很少有扩展的需求，因为PLC系统一般针对于设备来 使用。一般来讲，PLC也很少有兼容性的要求，比如两个或以上的系统要求资源 共享，对PLC来讲也是很困难的事。而且PLC 一般都采用专用的网络结构，比如 西门子的MPI总线性网络，甚至增加一台操作员站都不

14、容易或成本很高。DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系，但大部分的DCS系统，比如横河 YOKOGAWA霍尼维尔、ABB等等，虽说系统内部（过程级）的通讯协议不尽相同， 但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络，采用标准或变形的TCP/IP协 议。diangon. com这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中，控制器、计算机均作为一个节点存在，只要网络到达的地方，就可以随意增减节点数量和 布置节点位置。另外，基于windows系统的OPC、DDE等开放协议，各系统也可 很方便的通讯，以实现资源共享。6、PLC和DCS的数据库DCS一般都提供统一的数据库。换句话说，在DCS系统中一旦一个

15、数据存在于数 据库中，就可在任何情况下引用，比如在组态软件中，在监控软件中，在趋势图 中，在报表中而PLC系统的数据库通常都不是统一的，组态软件和监控软件 甚至归档软件都有自己的数据库。为什么常说西门子的S7 400要到了 414以上 才称为DCS?因为西门子的PCS7系统才使用统一的数据库，而PCS7要求控制器 起码到S7 414-3以上的型号。7、PLC和DCS的时间调度PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。PLC程序是从头到尾执行一次 后又从头开始执行。（现在一些新型PLC有所改进，不过对任务周期的数量还是 有限制）而DCS可以设定任务周期。比如，快速任务等。同样是传感器的采样,

16、 压力传感器的变化时间很短，我们可以用200ms的任务周期采样，而温度传感器 的滞后时间很大，我们可以用2s的任务周期采样。这样，DCS可以合理的调度 控制器的资源。8、PLC和DCS的网络结构一般来讲，DCS惯常使用两层网络结构，一层为过程级网络，大部分DCS使用自 己的总线协议，比如横河的Modbus西门子和ABB的Prof ibus ABB的CAN bus 等，这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。现场10 模块，特别是模拟量的采样数据（机器代码，213/扫描周期）十分庞大，同时现 场干扰因素较多，因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。基于 RS

17、485串口异步通讯方式的总线结构，符合现场通讯的要求。10的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据，在操作级网络（第二层 网络）上传输。因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方 便的网络标准，同时因操作级网络一般布置在控制室内，对抗干扰的要求相对较 低。因此采用标准以太网是最佳选择。TCP/IP协议是一种标准以太网协议，一般 我们采用100Mbit/s的通讯速度。PLC系统的工作任务相对简单，因此需要传输的数据量一般不会太大，所以常见 的PLC系统为一层网络结构。过程级网络和操作级网络要么合并在一起，要不过 程级网络简化成模件之间的内部连接。PLC不会或很少使用以太网。9

18、、PLC和DCS的应用对象规模PLC 一般应用在小型自控场所，比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁, 而大型的应用一般都是DCS。当然，这个概念不太准确，但很直观，习惯上我们 把大于600点的系统称为DCS,小于这个规模叫做PLC。我们的热泵及QCS、横 向产品配套的控制系统一般就是称为PLCo10、DCS和PLC的市场情况和发展方向在热工自动化领域，主厂房控制系统基本上毫无例外地使用DCS。而在辅助车间 才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系统非常昂贵，人们认为辅助车间的运行 可以间断，可靠性要求不是很高，且模拟量控制要求较少，从降低成本的角度出 发，往往选择PLC来构建控制系统。而锅

19、炉、汽机和发电机的控制系统，要求长 期稳定可靠地运行，信号中含有相当比例的模拟量，从系统的性能出发，人们不 得不选择了昂贵的DCS。另外，分析一下主厂房DCS和辅助车间控制系统的市场竞争情况，我们会发现一 个有趣的现象。主厂房DCS的竞争往往在不同品牌的供应商或代理商之间展开, 竞争激烈,DCS的价格不断下调。而辅助车间控制系统的竞争往往在同一品牌PLC 的各个工程商之间进行，门槛较低，竞争更加激烈，但是PLC的价格下调幅度却 并不如DCS明显。主要原因是DCS的生产商直接参与竞争，在巨大的市场压力 下，不断下调设备制造费用和工程实施费用。而PLC的生产商不直接参与竞争, 各个工程商只能下调自

20、身有限的工程费用，空间有限。从现在情况看来，DCS与 高档PLC的价格差距已不明显，辅助车间仍然较多地采用PLC,是市场的惯性使 然。PLC和DCS产品市场可谓风起云涌、竞争激烈。纵观PLC市场群星璀璨：世界上 有200多家公司生产400多个品种系列的PLC,应用于电力、石油石化、冶金、 材料、包装、造纸、汽车和市政各个行业。从行业角度来看，国外厂商占山为王， 有着属于各自的势力范围。DCS市场与PLC相差无几，基本由国外业内强者所把持，可喜的是一批本土厂商 如Hollysys、Supcon、Xinhua等企业逐渐发展壮大。由于DCS技术含量高，很 多对产品的需求都建立在项目的基础上，这样对DCS的需求也将是一个周期性较 长的过程，因此DCS市场格局短时间内难有较大改变。当然，由于行业发展速度 的不规律性，侧重行业不同的公司可能会因此而发生一些变化。在今后的控制系统的发展中，我们将会看到DCS和PLC技术逐渐融合的局面，这 对它们各自的发展以及各行各业的发展都有种促进的作用o