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調節閥的控制系統之DCS、PLC、組態軟件的區別與聯系

調節閥是自動化控制系統的執行元件，邏輯執行的過程是靠DCS、PLC或者組態軟件來實現的，本文介紹的是DCS、PLC、組態軟件的區別與聯系，上海川滬閥門流體控制專家！

DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系統，又稱分布式控制系統。
PLC（Program Logic Control ）,可編程邏輯控制器。
FCS（FieldBus Contorl Syestem），現場總線控制系統 。

一、DCS和PLC 之間的不同

1、發展的方面

? ? ?DCS從傳統的儀表盤監控系統發展而來。因此，DCS從先天性來說較為側重儀表的控制，比如使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系統甚至沒有PID數量的限制（PID，比例微分積分算法，是調節閥、變頻器閉環控制的標準算法，通常PID的數量決定了可以使用的調節閥數量）。
? ? ?PLC從傳統的繼電器回路發展而來，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、系統的可擴展性和兼容性

? ? 對于PLC系統來說，一般沒有或很少有擴展的需求，因為PLC系統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絡結構。?
? ? ? DCS在發展的過程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS系統，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說系統內部（過程級）的通訊協議不盡相同，但操作級的網絡平臺不約而同的選擇了以太網絡，采用標準或變形的TCP/IP協議。這樣就提供了很方便的可擴展能力。在這種網絡中，控制器、計算機均作為一個節點存在，只要網絡到達的地方，就可以隨意增減節點數量和布置節點位置。另外，基于windows系統的OPC、DDE等開放協議，各系統也可很方便的通訊，以實現資源共享。

3、數據庫

? ? DCS一般都提供統一的數據庫。換句話說，在DCS系統中一旦一個數據存在于數據庫中，就可在任何情況下引用，比如在組態軟件中，在監控軟件中，在趨勢圖中，在報表中……。
? ? 而PLC系統的數據庫通常都不是統一的，組態軟件和監控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數據庫。為什么常說西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS？因為西門子的PCS7系統才使用統一的數據庫，而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號。

4、時間調度

? ? PLC的程序一般不能按事先設定的循環周期運行。PLC程序是從頭到尾執行一次后又從頭開始執行。?
? ?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、網絡結構

? ? ?一般來講，DCS慣常使用兩層網絡結構，一層為過程級網絡，大部分DCS使用自己的總線協議，比如橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等，這些協議均建立在標準串口傳輸協議RS232或RS485協議的基礎上。現場IO模塊，特別是模擬量的采樣數據（機器代碼，213/掃描周期）十分龐大，同時現場干擾因素較多，因此應該采用數據吞吐量大、抗干擾能力強的網絡標準。基于RS485串口異步通訊方式的總線結構，符合現場通訊的要求。?
? ? IO的采樣數據經CPU轉換后變為整形數據或實形數據，在操作級網絡（第二層網絡）上傳輸。因此操作級網絡可以采用數據吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網絡標準，同時因操作級網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是佳選擇。TCP/IP協議是一種標準以太網協議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。
? ? ? PLC系統的工作任務相對簡單，因此需要傳輸的數據量一般不會太大，所以常見的PLC系統為一層網絡結構。過程級網絡和操作級網絡要么合并在一起，要不過程級網絡簡化成模件之間的內部連接。PLC不會或很少使用以太網。

6、應用對象的規模

? ? ?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點的系統稱為DCS，小于這個規模叫做PLC。?


? ?二、DCS和PLC?相同（似）之處?

1、功能

? ? PLC已經具備了模擬量的控制功能，有的PLC系統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。而DCS也具備相當強勁的邏輯處理能力，比如我們在CS3000上實現了一切我們可能使用的工藝聯鎖和設備的聯動啟停。

2、系統結構

? ? PLC與DCS的基本結構是一樣的。PLC發展到今天，已經全面移植到計算機系統控制上了，傳統的編程器早就被淘汰。小型應用的PLC一般使用觸摸屏，大規模應用的PLC全面使用計算機系統。和DCS一樣，控制器與IO站使用現場總線（一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協議的總線方式），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，系統結構就會和DCS一樣，上位機平臺使用以太網結構。這是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。

3、PLC和DCS的發展方向:

? ? 小型化的PLC將向更專業化的使用角度發展，比如功能更加有針對性、對應用的環境更有針對性等等。大型的PLC與DCS的界線逐步淡化，直至完全融和。
? ? DCS將向FCS的方向繼續發展。FCS的核心除了控制系統更加分散化以外，特別重要的是儀表。FCS在國外的應用已經發展到儀表級。控制系統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場儀表，儀表與控制系統之間無需傳統電纜連接，使用現場總線連接整個儀表系統。(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，具備世界先進的控制水準)。


三、DCS控制系統與PLC控制區別

1.、DCS是一種“分散式控制系統”，而PLC只是一種(可編程控制器)控制“裝置”，兩者是“系統”與“裝置”的區別。系統可以實現任何裝置的功 ? ? ? 能與協調,PLC裝置只實現本單元所具備的功能.

2.、在網絡方面,DCS網絡是整個系統的中樞神經，和利時公司的MACS系統中的系統網采用的是雙冗余的100Mbps的工業以太網，采用的國際標準協議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網絡，系統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，所采用的網絡形式基本都是單網結構。

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， 協調控制。
? ? ? 而單用PLC互相連接構成的系統，其站與站（PLC與PLC）之間的聯系則是一種松散連接方式。

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

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，保證整個系統的安全可靠。
? ? ? PLC所搭接的系統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單元發生故障時，不得不將整個系統停下來，才能進行更換維護并需重新編程。所以DCS系統要比其安全可靠性上高一個等級。

6.、系統軟件，對各種工藝控制方案更新是DCS的一項基本的功能，當某個方案發生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過的方 ? ? ? 案編譯后，執行下裝命令就可以了，下裝過程是由系統自動完成的，不影響原控制方案運行。系統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，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所連接而成的系統的原因。

7、 模塊：DCS系統所有I/O模塊都帶有CPU，可以實現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。?

? ???四、DCS和PLC控制方式的不同

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。

2、DCS強調連續過程控制的精度，可實現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，并針對不同行開發了專家軟件（化工工藝參數配置和控制算法），比PLC應用方便。

? ? 需要說的是，現代PLC已經能夠完成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關鍵看面向的對象是什么。經濟、可靠、便捷才是重要的。


? ? 五、 組態軟件（組態監控軟件系統軟件）

? ? ? ?譯自英文SCADA，即 Supervisory Control and Data Acquisition（數據采集與監視控制）。是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。?其預設置的各種軟件模塊，可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產品，與高可靠的工控計算機和網絡系統結合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統集成。

 

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