DCS与PLC控制系统的特点分析(论文资料).doc

DCS与PLC控制系统的特点分析DCS与PLC都是应用于自控领域的控制系统随着工 业生产的快速发展，工业自动化程度越来越高，对自动控制 系统的可*性、可操作性的要求越来越高有许多人在选 择控制系统时对选择DCS还是PLC，哪一种更适合自己的 需求很难决定文章针对这种情况，对DCS与PLC系统的 发展、基本结构、配置、应用等进行比较和分析，希望对广大 读者有所帮助1 起源集散控制系统 DCS (Distributed Control System)是基 于"4C"技术(Computer Control Communication CRT)在 20 世纪 70年代中期岀现的新型工业控制系统采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系统可*性它 将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解,再通过 总线或通讯网络将它们连接为有机整体1975年Honey2 well公司推出了第一套DCS控制系统，首先被应用于石油 化工彳丁业可编程控制器 PLC( Programmable Logic Controller)是 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下使用而设计的工业生产过程中，大量的开关量的顺序控制，按照 逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动 作的控制，及大量离散量的数据采集，这些功能传统上是通 过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM(通用 汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年，美国 数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置， 首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可 编程序控制器，称 Programmable Controller (PC)2 结构及特点(1) DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结 合的产物从结构上划分,DCS包括过程级、操作级和管理 级过程级主要由过程控制站、1/ 0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包括:操作员站 和工程师站，完成系统的操作和组态管理级主要是指工 厂管理信息系统(MIS系统)，作为DCS更高层次的应用，目 前国内应用这一系统的行业较少DCS的关键技术在于网络，从上到下是树状拓扑和并 行连续的链路结构，中间站联接计算机、现场仪器仪表和控 制装置PLC从结构上分为固定式和组合式(模块式)2种固 定式PLC包括CPU板、1/ 0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、1/ 0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的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图 语言的程序及辅助通讯程序，梯形图语言的解释程序的效 率决定了 PLC的性能，通讯程序决定了 PLC与外界交换信 息的难易。

对于简单的应用,通常以独立控制器的方式运 作,不需与外界交换信息，只需内部固化有能解释梯形图语 言的程序即可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，采用国际标准协议TCP/ IP„它是 安全可*双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性 更好而PLC因为基木上都为个体工作，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3) DCS整体考虑方案操作员站都具备工程师站的 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、任何被控装置之间都是相互连 锁控制，协调控制的DCS可以控制和监视工艺全过程， 对自身进行诊断、维护和组态但是，由于自身的致命弱 点，其1/ 0信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在 DCS工程师站上对现场仪表(比如变送器、执行器等)进行 远方诊断、维护和组态当采用现场总线仪表时才能通过 现场测控站对现场仪表进行诊断和维护S6、S7原来单用PLC互相连接构成的系统，其站与站(PLC与 PLC)之间的联系是一种松散的连接方式，做不出协调控制 的功能。

现在的PLC可以采用共同的上位机，使用PLC网 络(till Siemens 公司的 SINEC - LI、SINEC - Hl、S4、S5、 等,GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC - NET、MELSEC -NET/MINI等)来协调控制4) DCS在整个设计上留有大量的可扩展性接口，外 接系统或扩展系统都「分方便,缺点是成本高，各公司产品 不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的.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) 在安全性上,DCS系统为保证控制设备的安全可 *,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动的切换为工作单元， 保证整个系统的安全可*PLC所搭接的系统基本没有冗 余的概念，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系统安全可*性更高6) 系统软件，对各种工艺控制方案进行更新是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 案运彳丁对于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PLCo在系统调试期间， 调试时间长和调试成本高,而且极其不利于日后的维护，在 控制精度上相差甚远因此在大中型控制项目中(500点 以上)，基本不采用全部山PLC所连接而成的系统7) 模块DCS系统所有1/ 0模块都带有CPU，可以实 现对采集及输出信号品质的判断与标量变换，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，发生故障后相应单元全部瘫痪PLC响应速度快;DCS响应速度慢DCS要作复杂的运算，内存较大;PLC —般不做复杂 运算，内存小DCS的数据库统一，可以应用工位号管理;PLC的数 据库不统一，必须以地址为基础管理冗余功能,DCS更容易实现8) DCS与PLC的系统内核的实现形式不同因为 DCS的控制程序编译以后的代码是采用程序调用运行的， 而PLC的程序是采用编译后对语句代码的顺序扫描实现 的这就是为什么PLC至今对模拟量的处理不如DCS功 能强大，而DCS对开关量的处理不如PLC快速的原因。

至 于Siemens等公司现在推出的PCS7等一体化系统都是在他 们的CPU模块中采用双CPU进行处理，分别完成模拟量和 开关量的处理，表面上看似一个系统，实际是双系统的整合3 主要制造商和产品(1) 自1975年以来，第四代DCS产品已推上市场，主 要生产厂家及产品有美国的HoneyWell公司(TDC2000, TDC3000、TPS、PKS)、Westinghous 公司(WDPF、Ovation)，日本 的横河公司、日立公司、山武霍尼威尔公司，德国SIEMENS公司、Hartmann &Braun公司、EURO公司，瑞士的ABB公司 (N90、INDUSTRIAL IT、INFI90):国内主要有北京安控科技发 展有限公司，北京和利时有限公司(MACS、FOCS)，浙大中自 (JX300X, JX500)，新华公司(XDPS - 400)等2) PLC在全世界有大约200家生产厂家，主要厂家及 产品有施耐德公司(Quantum、Premium> Momentum 等),A _ B 公司(SLC> MicroLogix、Control Logix 等)，西门子公司(SIMAT2 IC S7 - 400/ 300/ 200系列)，GE公司，H本欧姆龙、二菱、富 士、松下等；国内PLC生产厂约30家,但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装 或”贴牌”方式生产。

4 应用状况（1） 自1975年Honeywell公司推出第一套DCS以后，全 世界有60余家公司生产了 1500余种产品，目前约有10 000 套DCS在运彳丁我国DCS发展较晩,大约在20世纪80年 代末才开始逐渐普及目前还处在从大型工程逐步向中、小型工程，从主要应用领域（如石化、化工、电力、冶金等行 业）逐步向全工业范围（如市政、食品、建材、环保、交通等） 扩展阶段，市场远没有饱和特别在最近一段时期，将会有 大量的国内企业采用先进的DCS来改造传统产业,它们的 技术改造为DCS提供了十分巨大的市场空间目前，我国国民经济的主要领域使用DCS系统已经十 分普遍，不但大型、中型工程项目采用，不少小型项目也开 始采用DCS现在是流程工业自控系统最主要的产品石化是DCS使用比较早和普遍的领域,石化领域采购DCS的金额占设备采购总金额的13. 6 %该领域几乎全部 大型工程都是采用国外系统，其中Honeywell公司、日本横 河电机株式会社处于领先地位化工领域也是DCS的主要应用领域，大约占设备采购 总金额的20. 3 %0在化工领域国产DCS已经取得较大的 业绩，但该领域销售额最高的目前还是日本横河，其次是 Honey - well,浙大中自、Emerson以及北京和利时等公司。

火电站是DCS的大用户，每年占DCS市场总额的34. 9 %（含核电和热电系统）现在除60万千瓦机组和部分30万千瓦新建机组外,30万千瓦改造机组和30万千瓦以下的新建机组已经大量采用国产DCS„冶金领域随着技术的发展以及该行业自身对—的特殊要求,DCS的使用量正在逐步减小，被PLC系统所替代目前，DCS的金额大约占设备采购总金额的12 % ,ABB和Siemens在冶金领域名列前茅食品行业以酿酒行业使用最多，Siemens山于与丹麦一家啤酒厂合作开发了一套专用系统，在中国市场占有率最高，其次为Honeywello（2） PLC技术自二十世纪80年代走向成熟以来，产品 的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能 力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用 于过程控制方面目前世界上有200多个厂家生产300多种PLC产品，应用在汽车（23 %）、粮食加工（16. 4 %）、化学/ 制药（14. 6 %）、金属/矿山（H. 5 %）、纸浆/造纸（11. 3 %）等 行业5 发展前景随着DCS与PLC功能的不断发展和完善,新型的DCS 与新型的PLC，都有向对方*拢的趋势。

新型的DCS已有 很强的顺序控制功能;而新型的PLC ,在处理闭环控制方面 性能较好，而目.无论在控制器方面还是网络方面都能做到 冗余二者能组成大型网络，适用范围已有很大的交叉，技 术上相互融合，并在此基础上集成了全数字化的FCS （现场 总线控制系统）FCS系统在我国工控领域已得到广泛应 用，但还没成为主流控制,并且在我国还存在一些问题，有 待进一步完善所以用户对FCS的接受和认可还需要一个 过程6 结论随着计算机技术和微电了技术的快速发展,DCS与 PLC除各自保畀自身原有的特点外，又相互补充，形成新的 系统新型的DCS和PLC功能上已没有多大的差别如 果说它们有什么区别的话,就是设计原理不同PLC是基 于开关量控制而开发、发展起来的，而DCS起源于模拟量 控制系统PLC的优势是顺序控制,DCS的优势是模拟量 控制若控制回路较多、模拟量的采集量较大，尤其是在热 电阻、热电偶的采集量较多的情况下,应选用DCS。