如何抉擇PLC和DCS系統(tǒng)

【一】PLC和DCS

PLC

從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)送處理，是從下往上的連續(xù)PID控制等多功能，PID在中斷站中。

可用一臺(tái)PC機(jī)為主站，多臺(tái)同型PLC為從站。

也可一臺(tái)PLC為主站，多臺(tái)同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機(jī)作主站方便之處是：有用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行。

PLC網(wǎng)格既作為獨(dú)立DCS，也可作為DCS的子系統(tǒng)。

PLC主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。

DCS

分散式控制系統(tǒng)DCS集：4C（Communication、Computer、Control、CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。

從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信是關(guān)鍵。

PID在中斷站中，中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中斷站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。

模擬信號(hào)、A/D---D/A、帶微處理器的混合。

一臺(tái)儀表一對(duì)線接到I/O，由控制站掛到局域網(wǎng)LAN。

DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的3級(jí)結(jié)構(gòu)。用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，如石化等。

【二】如何抉擇PLC和DCS系統(tǒng) ? ?

在可編程邏輯控制器（PLC）和分散式控制系統(tǒng)（DCS）之間如何抉擇，要具體情況具體分析，因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)合不同，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也各不相同。

控制系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)滿足優(yōu)化生產(chǎn)、維持可用性和獲取數(shù)據(jù)等需求的方式，會(huì)有一定的影響。在選擇控制系統(tǒng)方面缺乏遠(yuǎn)見，也可能會(huì)影響未來的擴(kuò)展、流程優(yōu)化、用戶滿意度和公司利潤(rùn)。除了一些基本準(zhǔn)則之外（比如如何控制過程），設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還必須考慮安裝、可擴(kuò)展性、維護(hù)、保養(yǎng)等方面的各種因素。 ? 目前，雖然對(duì)小設(shè)備來講，PLC系統(tǒng)可能是最劃算的，但DCS系統(tǒng)則提供了更具經(jīng)濟(jì)性的可擴(kuò)展能力，更可能獲得較高的初始投資回報(bào)。 ? PLC是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，用于控制生產(chǎn)制造過程，如機(jī)器人、高速包裝、裝瓶和運(yùn)動(dòng)控制等。在過去20年里，PLC增添了更多的功能，為小型工廠和裝置創(chuàng)造了更多的效益。 ? PLC通常是單機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，但也可以與其它系統(tǒng)集成，經(jīng)由通信來實(shí)現(xiàn)彼此之間的連接。由于每個(gè)PLC都有自己的數(shù)據(jù)庫，因此集成需要控制器之間某種程度的映射。這使PLC特別適用于那些對(duì)擴(kuò)展沒有太大需求的小型應(yīng)用程序。 ? DCS系統(tǒng)則將控制器分散在自動(dòng)化系統(tǒng)中，并提供通用的接口、先進(jìn)的控制、系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)庫以及易于共享的信息。傳統(tǒng)上，DCS主要應(yīng)用于過程工藝和比較大的工廠，在整個(gè)工廠的生命周期中，大型系統(tǒng)應(yīng)用程序更容易維護(hù)。 ?

PLC是由繼電器控制原理發(fā)展起來的，它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。 【三】PLC和DCS工程性分析比較 ? ?

PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為end指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。

PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計(jì)數(shù)器這樣的循環(huán)操作，這是DCS所沒有的。這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。

DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的函數(shù)和過程變量之間的關(guān)系都做成功能塊（有的DCS系統(tǒng)稱為膨化塊）。DCS和PLC的表現(xiàn)的主要差別是在開關(guān)量的邏輯解算和模擬量的運(yùn)算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是還是有區(qū)別。

80年代以后，PLC除邏輯運(yùn)算外，控制回路用的算法功能已經(jīng)大大加強(qiáng)，但PLC用梯形圖編程，模擬量的運(yùn)算在編程時(shí)不太直觀，編程比較麻煩。但在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1k邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。

而DCS把所有輸入都當(dāng)成模擬量，1位就是開關(guān)量。解算一個(gè)邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級(jí)。對(duì)于PLC解算一個(gè)pid運(yùn)算在幾十毫秒，這與DCS的運(yùn)算時(shí)間不相上下。

在接地電阻方面，對(duì)PLC也許要求不高，但對(duì)DCS一定要在幾歐姆以下（通常在4歐姆以下）。模擬量隔離也是非常重要的。

相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路相對(duì)很少，采用PLC較為合適。

如果主要是模擬量控制、并且函數(shù)運(yùn)算很多，最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通訊網(wǎng)絡(luò)等的冗余方面，一些高級(jí)運(yùn)算、行業(yè)的特殊要求方面都要比PLC好得多。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。

PLC和DCS系統(tǒng)一般分別適用于離散和過程生產(chǎn)制造。使用PLC系統(tǒng)的離散生產(chǎn)制造設(shè)施，一般由單獨(dú)的生產(chǎn)裝置組成，主要用于完成部件的組裝，例如打標(biāo)簽、填充或研磨等。過程制造設(shè)施，通常使用自動(dòng)化系統(tǒng)，以連續(xù)和批處理的方式按照配方而不是按件生產(chǎn)。大型連續(xù)加工設(shè)備，如煉油廠和化工廠，都使用DCS自動(dòng)化系統(tǒng)?；旌蠎?yīng)用通常同時(shí)使用PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)。為某個(gè)應(yīng)用選擇控制器，需要考慮過程的規(guī)模、可擴(kuò)展性和未來的更新計(jì)劃、集成需求、功能、高可用性以及工廠設(shè)施整個(gè)生命周期的投資回報(bào)等等諸多因素。

【四】影響如何抉擇的相關(guān)要素 ? ? 過程規(guī)模：需要多少輸入/輸出（I/O）點(diǎn)？小系統(tǒng)（＜300個(gè)I/O點(diǎn)）可能預(yù)算較少，因此用PLC系統(tǒng)更適合。想要將DCS系統(tǒng)應(yīng)用到較小的項(xiàng)目上，其實(shí)并不容易，相反，它在大工廠應(yīng)用中更能發(fā)揮其功能。由于擁有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，DCS系統(tǒng)更易于管理和升級(jí)，任何變更都是全局性的。 升級(jí)計(jì)劃：規(guī)模較小的工業(yè)過程可以適用PLC系統(tǒng)，但如果該過程需要擴(kuò)展或升級(jí)，則需要增加更多的PLC硬件和數(shù)據(jù)庫，并且需要進(jìn)行單獨(dú)維護(hù)。這是一個(gè)耗時(shí)、費(fèi)力的過程，而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。DCS系統(tǒng)更容易升級(jí)，比如可以從中央集線器對(duì)用戶受信進(jìn)行管理，因此就更易于

保養(yǎng)和維護(hù)（參見圖1）。

圖1：具有單一數(shù)據(jù)庫的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使用戶可以從中央控制站維護(hù)和操作系統(tǒng)

集成需求：對(duì)于單機(jī)裝置，PLC系統(tǒng)是理想選擇。當(dāng)工廠配置多個(gè)PLC系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相互連接的要求。這一般很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橥ǔＰ枰猛ㄐ艆f(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行映射。集成當(dāng)然沒有問題，但當(dāng)有變更需求時(shí)，那用戶的麻煩就來了：一旦某個(gè)PLC系統(tǒng)做了變更，就可能會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)PLC不能正常通訊，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)映射受到影響的緣故。對(duì)DCS系統(tǒng)而言，則根本不需要映射，配置變更只是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程；控制器是系統(tǒng)自帶的。 高可用性：對(duì)可用性要求較高的過程，DCS系統(tǒng)可以提供冗余配置（見圖2）。效率和便于實(shí)現(xiàn)冗余，對(duì)將費(fèi)用維持在預(yù)算內(nèi)十分關(guān)鍵。 ? 功能需求：某些行業(yè)和設(shè)施需要?dú)v史數(shù)據(jù)庫、流線型的報(bào)警管理、以及配置通用用戶接口的中央控制室。有些則需要制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的集成、先進(jìn)的控制和資產(chǎn)管理。DCS系統(tǒng)內(nèi)置這些應(yīng)用（見圖3），使其很容易被添加到自動(dòng)化工程應(yīng)用中，而無需增加獨(dú)立的服務(wù)器，也不會(huì)增加集成成本。從這方面講，DCS系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性更高，而且可以提高生產(chǎn)力，降低風(fēng)險(xiǎn)。

圖3：每種系統(tǒng)平臺(tái)都具有獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫需求

生命周期投資回報(bào)率：設(shè)施的需求，因行業(yè)而異。對(duì)于規(guī)模較小的工藝工程，沒有擴(kuò)展需求，也不需要與其它工藝過程區(qū)域集成，因此PLC系統(tǒng)具有較好的投資回報(bào)率。DCS系統(tǒng)可能具有較高的安裝成本，但從全生命周期來看，DCS系統(tǒng)所帶來的產(chǎn)量增加和安全效益，會(huì)抵消一部分成本。平衡短期需求與長(zhǎng)期愿景,對(duì)操作確定性和改善工廠運(yùn)行、維護(hù)非常關(guān)鍵。

編輯：黃飛

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