DCS控制系统与PLC控制系统区别

别胡说了 · 发表于 2014-1-22 17:02:09

DCS控制系统与PLC控制系统区别

从 DCS的基本结构和PLC的区别来讲，DCS为分散控制系统的英文（TOTALDISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器（Programmable Logic Controller）。简称PLC。主要应用于汽车制造业。70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市场，代替以PID运算为主的模拟仪表控制。

首先提出DCS这样一种思想的是原制造仪表的厂商，当时主要应用于化工行业。后又有计算机行业从事DCS的开发。70年代微机技术还不成熟，计算机技术还不够发达。操作站、控制器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的，也就是所有部件都是专用的。70年代初，有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备（即人机界面）。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号，完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟仪表连接的电缆一样多，并且一旦小型机坏了，控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务，另一台计算机完成显示任务。另外，一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多，其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算，工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性，可以分成若干个独立的工序，再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配到数台计算机中去，把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机（控制器）去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术，这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理功能集中在一起，用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。

从目前的DCS来看，一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算，经现场使用，效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是比较远，这就促进现场总线的发展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线，以及HART协议接收板等都用到DCS系统中。 DCS分为三大部分，带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面（HMI）。由I/O板通过端子板直接与生产过程相连，读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型，每一种I/O板都有相应的端子板。模拟量输入，4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4-16个通道不等；模拟量输出，通常都是4-20毫安的标准信号，一般它的通道比较少，4-8个个通道；开关量输入；16-32个通道：开关量输出，开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16个通道不等；脉冲量输入，用于采集速率的信号；4-8通道不等；快速中断输入；HART协议输入板；现场总线I/O板；每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整，信号在进入I/O板以前信号要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。I/O总线和控制器相连。80年代的DCS由于控制器的运算能力不强，为了增加I/O点数，把控制器的任务分开，实际上是有三种类型的控制器。即：完成闭环运算的控制器、模拟量数据采集器和逻辑运算器。它们分别有自己的I/O总线，各种DCS的I/O总线各不相同。如果要求快速，最好采用并行总线。一般采用串行总线比较多。尤其是RS485总线较多，模拟量数据采集器和逻辑运算器的I/O点数可以多一些。

DCS和PLC的设计原理区别较大，PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作，这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。

DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块（有的DCS系统称为膨化块）。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统，一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。

DCS和PLC是不同行业中发展起来的两种计算机控制系统，DCS由过程控制仪表发展而来，而PLC则由流程工业逻辑控制发展而来，DCS强调的是“集中管理，分散控制”，是从大而小的设计思想；而PLC则主要着重于独立工段的控制，并可通过控制网组SCADA系统，这种情况下是从小而大的设计思想，实现较DCS更为灵活。 PLC现在发展迅速，原先只用于开关量控制，但现在也有了模拟量的卡件，但其核心还是逻辑运算单元，在模拟量处理方面还是有先天性不足；而DCS在模拟量处理方面大大优于PLC，但是在开关量比较多的场合实现要求较高的顺序控制、联锁控制，较PLC还是略弱。 SCADA系统组成结构和DCS形式已经非常相象了，但是在稳定性，特别是冗余，容错处理上，SCADA系统还远不如DCS。现在产品的开放性已经最主要的话题，PLC和DCS都提供了开放性通讯协议，使得产品相互兼容组成强大的控制系统，使得PLC和DCS能够相互取长补短，各自适合所用场合。

目前来讲，由于PLC与DCS起源不同，使得DCS在化工等行业里有一些独特的功能，比如DCS的PID模块功能全面，非常容易实现跟踪、切换、限步、等功能而PLC则没有，必须通过通用的功能块搭出。但是从处理能力看，和设计理念来看，现在两种产品已经趋于相同。但从目前看真正的DCS与PLC相比最大的不同在与冗余，高端PLC的双机热备还不能叫冗余。但是有很多DCS也是采用双机热备。

DCS是集散系统，是仪表厂家从模拟仪表基础上发展起来的，以模拟量为主，利用计算机技术的控制系统，控制算法控制功能强。PLC即可编程序控制器，是从电气继电器控制基础上发展起来的，以数字量为主，开关量处理速度快。经过10多年的发展，两者互相渗透互相借鉴，都在向网络化、大型化发展。选用DCS或PLC，要看你打算用它做什么，不同的控制要求是决定选用的主要因素。通常是模拟量多的使用DCS，数字量多的使用PLC。但目前PLC的发展越来越趋向于系统，尤以西门子的S7-400为代表，PCS7 的硬件实际就是S7-400的硬件，控制软件西门子的也非常强大。使得PLC和DCS完全融合了。说法上，我们习惯叫DCS控制系统，PLC可做系统中的一个控制设备，PLC控制设备集成起来，就是一个系统，不管有多少个离散量，还是开关量，PLC都可以完成控制要求。两者关键在于软件,PLC在模拟量调节系统采用逻辑图而DCS的控制算法的组态采用标准的SAMA图形式完成. 因此DCS控制系统更可靠,更稳定,更安全.

DCS控制系统与PLC控制系统主要区别在:

一、首先是系统和局部的区别;DCS从系统来考虑,有许多特殊特性,如信息的收集和分析;

二、网络连接的紧密程度;

三、冗余方面完整性.

因为目前基本上高级的PLC都支持现场总线和ETHERNET,所以不能说PLC的开放性比DCS差,而且PLC也有支持C语言的,包含大容量内存,因此实现复杂的算法也是可以的，具体表现在以下方面：

1. DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC只是一种(可编程控制器)控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能.

2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经，和利时公司的MACS系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网，采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余.

3. DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。

4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

5. DCS安全性：为保证DCS控制的设备的安全可靠，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。
6. 系统软件，对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

7. 模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。

总而言之，从电厂搞维护而言DCS和PLC是有严格的界限的。

锅炉、汽机、发电机三大主机的控制肯定用DCS控制，而PLC也只是应用于辅机如化学补给水系统、输煤系统、除灰渣系统及汽机保护（但不参与控制），还有一些厂家是自带的嵌入式PLC。

DCS是从仪器仪表发展起来的控制系统，PLC是从顺序控制发展起来的，尽管在功能上相互渗透，但在实际应用中一般是不会有什么改变的。

CHANGXINHAI1 · 发表于 2014-1-22 22:08:08

谢谢楼主分享

lzb8821 · 发表于 2014-2-12 10:00:37

学习了，谢谢分享。。。。

lymch · 发表于 2014-2-20 22:25:15

也不知道哪里转来的，没有自己的思考，所谓PLC只是一个控制器罢了，DCS是一套系统，不具备可比性；由PLC和软件组成的控制系统现在和DCS基本上没有太多功能性的差别，只是使用习惯和理念有些差异，但是殊途同归，双方实际都在相互靠拢，争夺各自的市场份额。

热火1112111 · 发表于 2020-3-24 12:48:02

学习！谢谢楼主分享

绿叶 · 发表于 2020-3-24 14:27:27

路过学习

w711751@126.com · 发表于 2020-5-16 11:42:33

DCS为分散控制系统的英文（TOTALDISTRIBUTED CONTROL SYSTEM

ahykgcs · 发表于 2020-5-28 10:13:13

下载太费币了，只能回复感谢

limuren111 · 发表于 2020-6-25 15:58:44

谢谢楼主的分享。支持一下

ahykgcs · 发表于 2020-7-13 15:18:45

热控更新太快，值得学习！

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