DCS 与PLC 控制系统的特点分析 点击：3771 | 回复：22
发表于：2007-03-17 23:13:00
楼主
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
系统的可靠性、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
①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 年代中期出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,提高系统可靠性。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
化工行业。
②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、I/ O 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、I/ O 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、I/ O 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,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I/ O 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。
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(如Siemens 公司的SINEC - L1、SINEC - H1、S4、S5、S6、S7
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十分方便,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
靠,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靠。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 系统安全可靠性更高。
(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
案运行。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,
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) ,基本不采用全部由PLC 所连接而成的系统。
(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。
①PLC 响应速度快;DCS 响应速度慢。
②DCS 要作复杂的运算,内存较大;PLC 一般不做复杂
运算,内存小。
③DCS 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。
④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
业生产的快速发展,工业自动化程度越来越高,对自动控制
系统的可靠性、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
①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 年代中期出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,提高系统可靠性。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
化工行业。
②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、I/ O 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、I/ O 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、I/ O 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,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I/ O 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。
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(如Siemens 公司的SINEC - L1、SINEC - H1、S4、S5、S6、S7
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十分方便,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
靠,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靠。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 系统安全可靠性更高。
(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
案运行。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,
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) ,基本不采用全部由PLC 所连接而成的系统。
(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。
①PLC 响应速度快;DCS 响应速度慢。
②DCS 要作复杂的运算,内存较大;PLC 一般不做复杂
运算,内存小。
③DCS 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。
④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
发表于：2007-03-18 00:35:00
2楼
读完此文后,我有几个疑问想与大家探讨:
1、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。
疑问:不一定吧,PLC也可以实现的啊
2、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
安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性
更好
疑问:PLC仍可以实现的啊!我曾做过一个SIEMENS 315-2DP的工程,也用到了双冗余的100Mbps 的工业以太网
3、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。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
疑问:我用过MOORE的DCS,离线更改的程序下装时,系统会重起的.这与PLC有什么不同呢?
4、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
疑问:DCS的数据库指的是什么呢?我一直没有搞明白.在有的资料中还提到DCS的分布式实时数据库存.我实在无法将这个概念与实际联系起来,请大家指点啊.
6、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。
疑问:这句话不理解,请大家指点!
1、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。
疑问:不一定吧,PLC也可以实现的啊
2、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
安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性
更好
疑问:PLC仍可以实现的啊!我曾做过一个SIEMENS 315-2DP的工程,也用到了双冗余的100Mbps 的工业以太网
3、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。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
疑问:我用过MOORE的DCS,离线更改的程序下装时,系统会重起的.这与PLC有什么不同呢?
4、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
疑问:DCS的数据库指的是什么呢?我一直没有搞明白.在有的资料中还提到DCS的分布式实时数据库存.我实在无法将这个概念与实际联系起来,请大家指点啊.
6、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。
疑问:这句话不理解,请大家指点!
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