DCS控制系统与PLC控制区别

1、DCS控制系统与PLC控制区别时间:2014-03-26来源:电气自动化技术网编辑:小博点击:7826次字体设置:大中小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PL

2、C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。

3、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。系统各

4、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，大量增加调试时间和调试成本，而且极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

5、片，故障后相应单元全部瘫痪。8现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多，DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能，同时对运算 和模拟量的处量比较拿手。PLC还分大、中、小、微PLC，其中微型的只卖几百块到2000块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与DCS差不多，但对多机联网功能较弱。 现在两个技术平台都差不多，只是重点不一样。P.S共同点均为计算机化的控制装置。不同的是:DCS和PLC这两个概念起源于不同的工业 领域且字面定义也不同。-DCS的字面定义是“分布式控制系统(distributed control system)堤从系统结构上定义的。 最早的概念来源于石油化工行

6、业的计算机控制(大)系统。连续过程控制能力很强。-PLC的字面定义是“可编程逻辑控制器(programable logic controller)堤从功能上定义的 概念。概念最早指机械加工行业的计算机化逻辑控制装置。开关量处理能力强。最早的PLC 系统较小。-现代的DCS和PLC的区别已越来越小。DCS处理连续量和开关量的能力都很强。PLC处 理连续量的能力也越来越大，大型PLC系统结构上也是分布式的。-顺便介绍一个SCADA系统，这个概念发源于电力行业，也是从系统功能上定义的概念。 也就是我国最早所说的”三遥系统(遥侧，遥信，遥控)“。最初的系统是晶体管的。现代的 SCADA系统则都是计算机

7、化的。用DCS或PLC也可以组成具有SCADA功能的系统。DCS的基本结构和PLC的区别DCS为分散控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60年代末有人研制了作逻辑运算 的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。主要应用于汽车制造业。 70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市场，代替以PID运算为主的模拟仪表控制。首 先提出DCS这样一种思想的是原制造仪表的厂商，当时主要应用于化工行业。后又有计算 机行业从事DCS的开发。70年代微机技术还不成熟，计算机技术

8、还不够发达。操作站、控 制器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的，也就是所有部件都是专用的。 70年代初，有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接 到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显 示设备(即人机界面)。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号，完成几百 个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟仪表连接的电缆一样多，并且一旦小型机坏 了，控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务，另一台计算机完成显示任务。另外，一个工艺过程作为

9、 被控对象可能需要显示和控制的点很多，其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算，工艺过程 作为被控对象的各个部分会有相对独立性，可以分成若干个独立的工序，再把在计算机控制 系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配到数台计算机中去，把原来由一 台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机(控制器)去完成。其中一台机器坏了不影 响全局。所谓狼群代替老虎”的战术，这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理 功能集中在一起，用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。危险究竟要分散到多少算合适呢？这与当时的计算机技术的发展水平有关。70年代中期，彻底分散就是

10、一个控制器完成一个回路的运算。当时由于人们对数字 技术不太熟息，习惯于模拟仪表，70年代末、80年代曾经风行回路控制器，把数字控制器 做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样，不改变操作习惯，内部把PID运算数字化。一 块仪表（一台计算机）完成一个回路的控制任务。其价格较为昂贵，但危险是分散了。然后 用通讯网络把各个控制器和以CRT为基础的人机界面连成一个系统。这时网络结构通常都 是星形结构。回路的控制器的制作成本太高，价格/性能比不好。后来为了减低成本，就有 两回路的、四回路的控制器，它的价格/性能比稍好一些。对于一个大中型系统来说，DCS 的价格/性能比比回路控制器组成的系统要好。有些特殊地

11、方还是要用到一些回路控制器。 如果所要完成的回路太多，如一个控制器采集几千点、完成几百个回路的运算，危险又太集 中。在这种情况下，危险必需分散。随着计算机技术的发展，计算机的运算能力、存储容量 和可靠性不断提高，一台计算机所完成的任务也可以增加。完成的任务也可集中一点。另外， 控制器、网络等冗余技术也得到了发展，控制运算也可集中一些。 从目前的DCS来看， 个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算，经现场使用，效 果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是比较远， 这就促进现场总线的发展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线，以及HA

12、RT协议接收 板等都用到DCS系统中ODCS分为三大部分，带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面（HMI）。 由I/O板通过端子板直接与生产过程相连，读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型， 每一种I/O板都有相应的端子板。丨模拟量输入，4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶 的毫伏信号板；4-16个通道不等；l模拟量输出，通常都是4-20毫安的标准信号，一般它 的通道比较少，4-8个个通道；l开关量输入；16-32个通道：丨开关量输出，开关量输入 和输出还分不同电压等级的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16个通 道不等；l脉冲量输入，用于采集速率的信号；4-

13、8通道不等；丨快速中断输入；l HART协 议输入板；l现场总线I/O板；每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整，信号在进入I/O板以前信号要进行整修，如上下限的检查、温度补偿、滤波，这些工作 可以在端子板完成，也可以分开完成，完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板oI/O 总线和控制器相连。80年代的DCS由于控制器的运算能力不强，为了增加I/O点数，把控 制器的任务分开，实际上是 控制器是DCS的核心部件，它相当于一台PC机。有的DCS 的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片，还有两个接口， 个向下接收I/O总线来的信号，另一个接口是

14、向上把信号送到网络上与人机界面相连。 ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法（有的DCS称为功能块库）。在库中存功能块， 如控制算法PID、带死区PID，积分分离PID,算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函 数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后；比较先进的算法有史密斯预估，C语言接口、矩阵加、矩阵乘；逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通 常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来，还与人连系起来。功能块越多，用户编写应 用程序（即组态）越方便。组态按照工艺要求，把功能块连接起来形成控制方案。把控制方 案存在E2PR0M中。因为E2PR0M可以擦写，组态要随工艺

15、改变而改变，所以把组态存在 E2PR0M中。不同用户有不同组态。组态时，用户从功能块库中选择要的功能块，填上参数， 把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控制器在组态方式，投入运行后 就成为运行方式控制器中安装有操作系统，功能块组态软件和通讯软件。为了系统安全运行，闭环控制器一定是冗余运行的，一用一备，并且是热备。为了使冗余成功，应注意以 下几点：两个控制器的硬件、软件版本必需一致；检查发送-接收的芯片是否完好；冗余的 芯片是否完好。两个模件的设定是否一样、还要检查有没有带手操站等。通讯网络把过程站和人机界面连成一个系统。通讯网络有几种不同的结构行式。如总线式、环形和星形（见

16、图）。总线形在逻辑上也是环形的。星形的只适用于小系统。不论是环形还是总线形，一般 都采用广播式。其它一些协议方式已用的较少。通讯网络的速率在10M和100M左右。人机界面有4种不同形式的结点，它们是操作站、工程师工作站、历史趋势站和动态数据服务 器。u操作站安装有操作系统、监控软件和控制器的驱动软件。显示系统的标签、动态流程 图和报警信息。u工程师工作站给控制器组态（CAD），也可以给操作站组态（作动态流程 图）。如果监控软件作图能力很强，作图工作可以由监控软件独立完成。工程师站的另外一 个功能是读控制器的组态，用于控制器升级，查找故障。我们称之为逆向工程师站。u历史 趋势站用于存储历史数据，

17、一般用磁盘阵列（称为RAID技术）。u动态数据服务器是DCS 和MIS系统的接口，也是DCS和Web的隔离设备。DCS 和 PLC的设计原理区别较大，PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的 是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并 通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过 程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行， 以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序 运行过程中，每执行一步该计

18、数器自动加1,程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最 终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的 时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计 数器这样的循环操作，这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS 是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块（有的DCS系统称为膨化块）。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统， 个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的 表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和

19、模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成 些复杂运算还是比较困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比 较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫 秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。而DCS 把所有输入都当成模拟量，1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对 于PLC解算一个PID运算在几十毫秒，这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用另外 个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制

20、器。不同型号的DCS,解算PID 所需时间不同，但都在几十毫秒的量级。如早期的TDC2000系统，1秒钟内完成8个回路 的控制运算。随着芯片技术的发展，解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与 功能块的安排方式和组态方式有关。在接地电阻方面，对PLC也许要求不高，但对DCS定要在几欧姆以下（通常在4欧姆以下）。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的 地方，应配置本质安全栅。DCS和PLC之间有什么不同？ 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，比如我们使用的丫OKOGAWA CS3000 DCS系统甚至没有PID数量的

21、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,最初的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般都采用专用的网络结 构，比如西门子的MPI总线性网络，甚至

22、增加一台操作员站都不容易或成本很高o 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

23、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

24、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

25、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（第二层网络）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最佳选择o 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

26、模上来说：PLC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。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

27、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般使用触摸屏，大规模应用的PLC全面使用计 算机系统。和DCS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 台计算机的情况下，

28、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 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 无需传统电缆连接，使用现场总线连接

29、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，具备世界最先进的控制水准）。O 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最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

30、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。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网络是整个系统的中枢神经，和利时公

31、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,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