DCS與PLC的區(qū)別和共通

控制類產品名目繁多，各家叫法不一。通常使用的控制類產品包括DCS、PLC兩大類。我們又將DCS的概念拓展到FCS。

DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)。

PLC（Program Logic Control ）,可編程邏輯控制器。

FCS（FieldBus Contorl Syestem），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

發(fā)展到現(xiàn)在，DCS和PLC之間沒有一個嚴格的界線，在大多數(shù)人看來，大的系統(tǒng)就是DCS，小的系統(tǒng)就叫PLC。當然，這么說也不是不可以，但是還不對?，F(xiàn)在我們來重新建立這個觀念。

○首先，DCS和PLC 之間有什么不同？

1、從發(fā)展的方面來說：

      DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來。因此，DCS從先天性來說較為側重儀表的控制，比如我們使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系統(tǒng)甚至沒有PID數(shù)量的限制（PID,比例微分積分算法，是調節(jié)閥、變頻器閉環(huán)控制的標準算法，通常PID的數(shù)量決定了可以使用的調節(jié)閥數(shù)量。PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來，最初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力，因此，PLC從開始就強調的是邏輯運算能力。

 2、從系統(tǒng)的可擴展性和兼容性的方面來說：

      市場上控制類產品繁多，無論DCS還是PLC，均有很多廠商在生產和銷售。對于PLC系統(tǒng)來說，一般沒有或很少有擴展的需求，因為PLC系統(tǒng)一般針對于設備來使用。一般來講，PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對PLC來講也是很困難的事。而且PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡結構，比如西門子的MPI總線性網(wǎng)絡，甚至增加一臺操作員站都不容易或成本很高。DCS在發(fā)展的過程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS系統(tǒng)，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說系統(tǒng)內部（過程級）的通訊協(xié)議不盡相同，但操作級的網(wǎng)絡平臺不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡，采用標準或變形的TCP/IP協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴展能力。在這種網(wǎng)絡中，控制器、計算機均作為一個節(jié)點存在，只要網(wǎng)絡到達的地方，就可以隨意增減節(jié)點數(shù)量和布置節(jié)點位置。另外，基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實現(xiàn)資源共享。

 3、從數(shù)據(jù)庫來說：

     DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。換句話說，在DCS系統(tǒng)中一旦一個數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中，就可在任何情況下引用，比如在組態(tài)軟件中，在監(jiān)控軟件中，在趨勢圖中，在報表中……而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常都不是統(tǒng)一的，組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫。為什么常說西門子的S7400要到了414以上才稱為DCS？因為西門子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號。

 4、從時間調度上來說：

    PLC的程序一般不能按事先設定的循環(huán)周期運行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。（現(xiàn)在一些新型PLC有所改進，不過對任務周期的數(shù)量還是有限制）而DCS可以設定任務周期。比如，快速任務等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時間很短，我們可以用200ms的任務周期采樣，而溫度傳感器的滯后時間很大，我們可以用2s的任務周期采樣。這樣，DCS可以合理的調度控制器的資源。

5、從網(wǎng)絡結構發(fā)面來說：

    一般來講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡結構，一層為過程級網(wǎng)絡，大部分DCS使用自己的總線協(xié)議，比如橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的   CAN bus等，這些協(xié)議均建立在標準串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎上。現(xiàn)場IO模塊，特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)（機器代碼，213/掃描周期）十分龐大，同時現(xiàn)場干擾因素較多，因此應該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強的網(wǎng)絡標準。基于RS485串口異步通訊方式的總線結構，符合現(xiàn)場通訊的要求。                IO的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)CPU轉換后變?yōu)檎螖?shù)據(jù)或實形數(shù)據(jù)，在操作級網(wǎng)絡（第二層網(wǎng)絡）上傳輸。因此操作級網(wǎng)絡可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡標準，同時因操作級網(wǎng)絡一般布置在控制室內，對抗干擾的要求相對較低。因此采用標準以太網(wǎng)是最佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標準以太網(wǎng)協(xié)議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。

    PLC系統(tǒng)的工作任務相對簡單，因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會太大，所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡結構。過程級網(wǎng)絡和操作級網(wǎng)絡要么合并在一起，要不過程級網(wǎng)絡簡化成模件之間的內部連接。PLC不會或很少使用以太網(wǎng)。

6、從應用對象的規(guī)模上來說：

     PLC一般應用在小型自控場所，比如設備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應用一般都是DCS。當然，這個概念不太準確，但很直觀，習慣上我們把大于600點的系統(tǒng)稱為DCS，小于這個規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱為PLC。

○說了這么多PLC與DCS的區(qū)別，但我們應該認識到，PLC與DCS發(fā)展到今天，事實上都在向彼此靠攏，嚴格的說，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開，很多時候之間的概念已經(jīng)模糊了。現(xiàn)在，我們來討論一下彼此的相同（似）之處。

1、從功能來說：

     PLC已經(jīng)具備了模擬量的控制功能，有的PLC系統(tǒng)模擬量處理能力甚至還相當強大，比如橫河FA-MA3、西門子的S7 400、ABB 的Control Logix 和施耐德的Quantum系統(tǒng)。而DCS也具備相當強勁的邏輯處理能力，比如我們在CS3000上實現(xiàn)了一切我們可能使用的工藝聯(lián)鎖和設備的聯(lián)動啟停。

2、從系統(tǒng)結構來說:

    PLC與DCS的基本結構是一樣的。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計算機系統(tǒng)控制上了，傳統(tǒng)的編程器早就被淘汰。小型應用的PLC一般使用觸摸屏，大規(guī)模應用的PLC全面使用計算機系統(tǒng)。和DCS一樣，控制器與IO站使用現(xiàn)場總線（一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協(xié)議的總線方式），控制器與計算機之間如果沒有擴展的要求，也就是說只使用一臺計算機的情況下，也會使用這個總線通訊。但如果有不止一臺的計算機使用，系統(tǒng)結構就會和DCS一樣，上位機平臺使用以太網(wǎng)結構。這是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。 

3、PLC和DCS的發(fā)展方向:

    小型化的PLC將向更專業(yè)化的使用角度發(fā)展，比如功能更加有針對性、對應用的環(huán)境更有針對性等等。大型的PLC與DCS的界線逐步淡化，直至完全融和。DCS將向FCS的方向繼續(xù)發(fā)展。FCS的核心除了控制系統(tǒng)更加分散化以外，特別重要的是儀表。FCS在國外的應用已經(jīng)發(fā)展到儀表級?？刂葡到y(tǒng)需要處理的只是信號采集和提供人機界面以及邏輯控制，整個模擬量的控制分散到現(xiàn)場儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場總線連接整個儀

表系統(tǒng)。（目前國內有橫河在中海殼牌石化項目中用到了FCS,儀表級采用的是智能化儀表例如:EJX等，具備世界最先進的控制水準）。

○如何正確對待PLC和DCS？

    我個人從不強調PLC和DCS之間孰優(yōu)孰劣，我把它們使用了一個新名詞“控制類產品”。我們提供給用戶的是最適合用戶的控制系統(tǒng)。絕大多數(shù)用戶不會因為想使用一套DCS而去使用DCS，控制類產品必須定位在滿足用戶的工藝要求的基礎之上。其實提出使用DCS還是PLC的用戶大抵是從沒接觸過自控產品或有某種特殊需求的。過分強調這個東東只會陷入口舌之爭。

     從PLC與DCS之間的區(qū)別和共同之處我們了解了控制類產品的大抵情況。注意，作為專業(yè)人士，我們自己不要為產品下PLC還是DCS的定義，自己的心理上更不能把產品這樣來區(qū)別對待。

    從概念上講，PLC、DCS本來就不是一個邏輯層次上的概念，從名稱上就能看出：PLC是以功能命名，DCS是以體系結構命名。PLC就可以組成DCS嘛！當然性能差異還是現(xiàn)實的存在，但要具體看產品和需要。從應用角度來說，單地以PLC、DCS來區(qū)分，往往走入誤區(qū)。 

    DCS控制系統(tǒng)與PLC控制區(qū)別

    1. DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”，而PLC只是一種（可編程控制器）控制“裝置”，兩者是“系統(tǒng)”與“裝置”的區(qū)別。系統(tǒng)可以實現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調,PLC裝置只實現(xiàn)本單元所具備的功能.

    2. 在網(wǎng)絡方面,DCS網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，和利時公司的MACS系統(tǒng)中的系統(tǒng)網(wǎng)采用的是雙冗余的100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)，采用的國際標準協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好.而PLC因為基本上都為個體工作，其在與別的PLC或上位機進行通訊時，所采用的網(wǎng)絡形式基本都是單網(wǎng)結構，網(wǎng)絡協(xié)議也經(jīng)常與國際標準不符。在網(wǎng)絡安全上，PLC沒有很好的保護措施。我們采用電源,CPU,網(wǎng)絡雙冗余.

    3. DCS整體考慮方案,操作員站都具備工程師站功能,站與站之間在運行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關系，任何站、任何功能、任何被控裝置間都是相互連鎖控制, 協(xié)調控制;而單用PLC互相連接構成的系統(tǒng)，其站與站（PLC與PLC）之間的聯(lián)系則是一種松散連接方式，是做不出協(xié)調控制的功能。

    4. DCS在整個設計上就留有大量的可擴展性接口，外接系統(tǒng)或擴展系統(tǒng)都十分方便，PLC所搭接的整個系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都是很難實現(xiàn)的。

    5. DCS安全性：為保證DCS控制的設備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當重要控制單元出現(xiàn)故障時，都會有相關的冗余單元實時無擾的切換為工作單元，保證整個系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。特別是當其某個PLC單元發(fā)生故障時，不得不將整個系統(tǒng)停下來，才能進行更換維護并需重新編程。所以DCS系統(tǒng)要比其安全可靠性上高一個等級。

    6. 系統(tǒng)軟件，對各種工藝控制方案更新是DCS的一項最基本的功能，當某個方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過程是由系統(tǒng)自動完成的，不影響原控制方案運行。系統(tǒng)各種控制軟件與算法可以將工藝要求控制對象控制精度提高。而對于PLC構成的系統(tǒng)來說，工作量極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個PLC，然后要用與之對應的編譯器進行程序編譯，最后再用專用的機器（讀寫器）專門一對一的將程序傳送給這個PLC，在系統(tǒng)調試期間，大量增加調試時間和調試成本，而且極其不利于日后的維護。在控制精度上相差甚遠。這就決定了為什么在大中型控制項目中（500點以上），基本不采用全部由PLC所連接而成的系統(tǒng)的原因。

    7. 模塊：DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU，可以實現(xiàn)對采集及輸出信號品質判斷與標量變換，故障帶電插拔，隨機更換。而PLC模塊只是簡單電氣轉換單元，沒有智能芯片，故障后相應單元全部癱瘓。 

    我們不得不從PLC和DCS的起源談起：PLC的發(fā)展基于制造業(yè)的現(xiàn)場控制需求，DCS大發(fā)展基于化工行業(yè)的連續(xù)過程控制和監(jiān)控。從控制需求分類看，控制系統(tǒng)可分成：順序控制（PLC的基本功能）、過程控制（DCS）、位置控制（CNC）、傳動控制（調速或同步），但從發(fā)展的角度來看，這幾部分控制方式在漸漸融合。如果非要說出不同來，我認為有如下幾點：

    1、面向對象不同：PLC面向一般工控制領域，通用性強。DCS偏重過程控制，用于化工行業(yè)。

    2、DCS強調連續(xù)過程控制的精度，可實現(xiàn)PID、前饋、串級、多級、模糊、自適應等復雜控制，一般PLC僅具有PID功能，控制精度不如DCS高。

    3、DCS系統(tǒng)具有功能強大的SCAND軟件包，具有配方功能，并針對不同行開發(fā)了專家軟件（化工工藝參數(shù)配置和控制算法），比PLC應用方便。

    最后需要說的，現(xiàn)代PLC已經(jīng)能夠完成DCS的絕大部分功能，并能做冗余或熱備，模塊也可以帶電插拔。選用PLC還是DCS關鍵看你面向的對象是什么。經(jīng)濟、可靠、便捷才是最重要的。