有关DCS和PLC的问题

时间：2016-03-08

	DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系统，又称分布式控制系统。
PLC（Program Logic Control ）,可编程逻辑控制器。
FCS（FieldBus Contorl Syestem），现场总线控制系统


	
DCS和PLC 之间有什么区别？
     
    1、从发展的方面来说：
    
    DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此，DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制，比如我们使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系统甚至没有PID数量的限制（PID,比例微分积分算法，是调节阀、变频器闭环控制的标准算法，通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量）。
    PLC从传统的继电器回路发展而来，较初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，因此，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。
    
    2、从系统的可扩展性和兼容性的方面来说：
    
    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**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。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。
    
    3、从数据库来说：
    
    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。
    
    4、从时间调度上来说：
     
    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，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。
    
    5、从网络结构发面来说：
    
    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Profibus、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IO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RS485串口异步通讯方式的总线结构，符合现场通讯的要求。


	                
    IO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（*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较佳选择。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。
    
    6、从应用对象的规模上来说：
    
    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PLC。
    
    说了这么多PLC与DCS的区别，但我们应该认识到，PLC与DCS发展到今天，事实上都在向彼此靠拢，严格的说，现在的PLC与DCS已经不能一刀切开，很多时候之间的概念已经模糊了。现在，我们来讨论一下彼此的相同（似）之处。


	DCS和PLC 之间有什么相同（似）之处
    
    1、从功能来说：
    
    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，比如横河FA-MA3、西门子的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，比如我们在CS3000上实现了一切我们可能使用的工艺联锁和设备的联动启停。
    
    2、从系统结构来说:
    
    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IO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，也会使用这个总线通讯。但如果有不止一台的计算机使用，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。
    
    3、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的界线逐步淡化，直至完全融和。


	
    DCS将向FCS的方向继续发展。FCS的核心除了控制系统更加分散化以外，特别重要的是仪表。FCS在国外的应用已经发展到仪表级。控制系统需要处理的只是信号采集和提供人机界面以及逻辑控制，整个模拟量的控制分散到现场仪表，仪表与控制系统之间*传统电缆连接，使用现场总线连接整个仪表系统。(目前国内有横河在中海壳牌石化项目中用到了FCS,仪表级采用的是智能化仪表例如:EJX等，具备世界较先进的控制水准)。
     
如何正确对待PLC和DCS？
    
    我个人从不强调PLC和DCS之间孰优孰劣，我把它们使用了一个新名词“控制类产品”。我们提供给用户的是较适合用户的控制系统。绝大多数用户不会因为想使用一套DCS而去使用DCS，控制类产品必须定位在满足用户的工艺要求的基础之上。其实提出使用DCS还是PLC的用户大抵是从没接触过自控产品或有某种特殊需求的。过分强调这个东东只会陷入口舌之争。



	
    从PLC与DCS之间的区别和共同之处我们了解了控制类产品的大抵情况。注意，作为专业人士，我们自己不要为产品下PLC还是DCS的定义，自己的心理上更不能把产品这样来区别对待。
     
几点补充：


	 


	    从概念上讲，PLC、DCS本来就不是一个逻辑层次上的概念，从名称上就能看出：PLC是以功能命名，DCS是以体系结构命名。PLC就可以组成DCS嘛！当然性能差异还是现实的存在，但要具体看产品和需要。从应用角度来说，简单地以PLC、DCS来区分，往往走入误区。 
     
    DCS控制系统与PLC控制区别
    
    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**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的一项较基本的功能，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，工作量较其庞大，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**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，而且较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。 
     
    我们不得不从PLC和DCS的起源谈起：PLC的发展基于制造业的现场控制需求，DCS大发展基于化工行业的连续过程控制和监控。从控制需求分类看，控制系统可分成：顺序控制（PLC的基本功能）、过程控制（DCS）、位置控制（CNC）、传动控制（调速或同步），但从发展的角度来看，这几部分控制方式在渐渐融合。如果非要说出不同来，我认为有如下几点：
    
    1、面向对象不同：PLC面向一般工控制领域，通用性强。DCS偏重过程控制，用于化工行业。
    
    2、DCS强调连续过程控制的精度，可实现PID、前馈、串级、多级、模糊、自适应等复杂控制，一般PLC仅具有PID功能，控制精度不如DCS高。
    
    3、DCS系统具有功能强大的SCAND软件包，具有配方功能，并针对不**开发了*软件（化工工艺参数配置和控制算法），比PLC应用方便。
    
    最后需要说的，现代PLC已经能够完成DCS的绝大部分功能，并能做冗余或热备，模块也可以带电插拔。选用PLC还是DCS关键看你面向的对象是什么。经济、可靠、便捷才是较重要的。

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