上次有一個(gè)人發(fā)了一貼，說(shuō)是DCS高手：
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控制類(lèi)產(chǎn)品名目繁多，各家叫法不一。通常使用的控制類(lèi)產(chǎn)品包括DCS、PLC兩大類(lèi)。我們又將DCS的概念拓展到FCS。
DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系統(tǒng)，又稱(chēng)分布式控制系統(tǒng)。
PLC（Program Logic Control ）,可編程邏輯控制器。
FCS（FieldBus Contorl Syestem），現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)
○發(fā)展到現(xiàn)在，DCS和PLC之間沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的界線，在大多數(shù)人看來(lái)，大的系統(tǒng)就是DCS，小的系統(tǒng)就叫PLC。當(dāng)然，這么說(shuō)也不是不可以，但是還不對(duì)。現(xiàn)在我們來(lái)重新建立這個(gè)觀念。
○首先，DCS和PLC 之間有什么不同？
1、從發(fā)展的方面來(lái)說(shuō)：
DCS從傳統(tǒng)的儀表盤(pán)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。因此，DCS從先天性來(lái)說(shuō)較為側(cè)重儀表的控制，比如我們使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系統(tǒng)甚至沒(méi)有PID數(shù)量的限制（PID,比例微分積分算法，是調(diào)節(jié)閥、變頻器閉環(huán)控制的標(biāo)準(zhǔn)算法，通常PID的數(shù)量決定了可以使用的調(diào)節(jié)閥數(shù)量）。
PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來(lái)，最初的PLC甚至沒(méi)有模擬量的處理能力，因此，PLC從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能力。
2、從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性的方面來(lái)說(shuō)：
市場(chǎng)上控制類(lèi)產(chǎn)品繁多，無(wú)論DCS還是PLC，均有很多廠商在生產(chǎn)和銷(xiāo)售。對(duì)于PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般沒(méi)有或很少有擴(kuò)展的需求，因?yàn)镻LC系統(tǒng)一般針對(duì)于設(shè)備來(lái)使用。一般來(lái)講，PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個(gè)或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對(duì)PLC來(lái)講也是很困難的事。而且PLC一般都采用專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比如西門(mén)子的MPI總線性網(wǎng)絡(luò)，甚至增加一臺(tái)操作員站都不容易或成本很高。
DCS在發(fā)展的過(guò)程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS系統(tǒng)，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說(shuō)系統(tǒng)內(nèi)部（過(guò)程級(jí)）的通訊協(xié)議不盡相同，但操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò)，采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。在這種網(wǎng)絡(luò)中，控制器、計(jì)算機(jī)均作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在，只要網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的地方，就可以隨意增減節(jié)點(diǎn)數(shù)量和布置節(jié)點(diǎn)位置。另外，基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開(kāi)放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實(shí)現(xiàn)資源共享。
3、從數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō)：
DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。換句話說(shuō)，在DCS系統(tǒng)中一旦一個(gè)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中，就可在任何情況下引用，比如在組態(tài)軟件中，在監(jiān)控軟件中，在趨勢(shì)圖中，在報(bào)表中……而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)通常都不是統(tǒng)一的，組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。為什么常說(shuō)西門(mén)子的S7 400要到了414以上才稱(chēng)為DCS？因?yàn)槲鏖T(mén)子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號(hào)。
4、從時(shí)間調(diào)度上來(lái)說(shuō)：
PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開(kāi)始執(zhí)行。（現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn)，不過(guò)對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制）而DCS可以設(shè)定任務(wù)周期。比如，快速任務(wù)等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時(shí)間很短，我們可以用200ms的任務(wù)周期采樣，而溫度傳感器的滯后時(shí)間很大，我們可以用2s的任務(wù)周期采樣。這樣，DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。
5、從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)面來(lái)說(shuō)：
一般來(lái)講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一層為過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)，大部分DCS使用自己的總線協(xié)議，比如橫河的Modbus、西門(mén)子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等，這些協(xié)議均建立在標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎(chǔ)上。現(xiàn)場(chǎng)IO模塊，特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)（機(jī)器代碼，213/掃描周期）十分龐大，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)干擾因素較多，因此應(yīng)該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。基于RS485串口異步通訊方式的總線結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)場(chǎng)通訊的要求。
IO的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)CPU轉(zhuǎn)換后變?yōu)檎螖?shù)據(jù)或?qū)嵭螖?shù)據(jù)，在操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)（第二層網(wǎng)絡(luò)）上傳輸。因此操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)因操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般布置在控制室內(nèi)，對(duì)抗干擾的要求相對(duì)較低。因此采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是最佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。
PLC系統(tǒng)的工作任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會(huì)太大，所以常見(jiàn)的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)和操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起，要不過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會(huì)或很少使用以太網(wǎng)。
6、從應(yīng)用對(duì)象的規(guī)模上來(lái)說(shuō)：
PLC一般應(yīng)用在小型自控場(chǎng)所，比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應(yīng)用一般都是DCS。當(dāng)然，這個(gè)概念不太準(zhǔn)確，但很直觀，習(xí)慣上我們把大于600點(diǎn)的系統(tǒng)稱(chēng)為DCS，小于這個(gè)規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產(chǎn)品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱(chēng)為PLC。
○說(shuō)了這么多PLC與DCS的區(qū)別，但我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，PLC與DCS發(fā)展到今天，事實(shí)上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說(shuō)，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開(kāi)，很多時(shí)候之間的概念已經(jīng)模糊了。現(xiàn)在，我們來(lái)討論一下彼此的相同（似）之處。
1、從功能來(lái)說(shuō)：
PLC已經(jīng)具備了模擬量的控制功能，有的PLC系統(tǒng)模擬量處理能力甚至還相當(dāng)強(qiáng)大，比如橫河FA-MA3、西門(mén)子的S7 400、ABB 的Control Logix 和施耐德的Quantum系統(tǒng)。而DCS也具備相當(dāng)強(qiáng)勁的邏輯處理能力，比如我們?cè)贑S3000上實(shí)現(xiàn)了一切我們可能使用的工藝聯(lián)鎖和設(shè)備的聯(lián)動(dòng)啟停。
2、從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō):
PLC與DCS的基本結(jié)構(gòu)是一樣的。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制上了，傳統(tǒng)的編程器早就被淘汰。小型應(yīng)用的PLC一般使用觸摸屏，大規(guī)模應(yīng)用的PLC全面使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。和DCS一樣，控制器與IO站使用現(xiàn)場(chǎng)總線（一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協(xié)議的總線方式），控制器與計(jì)算機(jī)之間如果沒(méi)有擴(kuò)展的要求，也就是說(shuō)只使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的情況下，也會(huì)使用這個(gè)總線通訊。但如果有不止一臺(tái)的計(jì)算機(jī)使用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會(huì)和DCS一樣，上位機(jī)平臺(tái)使用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。
3、PLC和DCS的發(fā)展方向:
小型化的PLC將向更專(zhuān)業(yè)化的使用角度發(fā)展，比如功能更加有針對(duì)性、對(duì)應(yīng)用的環(huán)境更有針對(duì)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(xù)發(fā)展。FCS的核心除了控制系統(tǒng)更加分散化以外，特別重要的是儀表。FCS在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到儀表級(jí)。控制系統(tǒng)需要處理的只是信號(hào)采集和提供人機(jī)界面以及邏輯控制，整個(gè)模擬量的控制分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無(wú)需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場(chǎng)總線連接整個(gè)儀表系統(tǒng)。(目前國(guó)內(nèi)有橫河在中海殼牌石化項(xiàng)目中用到了FCS,儀表級(jí)采用的是智能化儀表例如:EJX等，具備世界最先進(jìn)的控制水準(zhǔn))。
○如何正確對(duì)待PLC和DCS？
我個(gè)人從不強(qiáng)調(diào)PLC和DCS之間孰優(yōu)孰劣，我把它們使用了一個(gè)新名詞“控制類(lèi)產(chǎn)品”。我們提供給用戶(hù)的是最適合用戶(hù)的控制系統(tǒng)。絕大多數(shù)用戶(hù)不會(huì)因?yàn)橄胧褂靡惶譊CS而去使用DCS，控制類(lèi)產(chǎn)品必須定位在滿足用戶(hù)的工藝要求的基礎(chǔ)之上。其實(shí)提出使用DCS還是PLC的用戶(hù)大抵是從沒(méi)接觸過(guò)自控產(chǎn)品或有某種特殊需求的。過(guò)分強(qiáng)調(diào)這個(gè)東東只會(huì)陷入口舌之爭(zhēng)。
從PLC與DCS之間的區(qū)別和共同之處我們了解了控制類(lèi)產(chǎn)品的大抵情況。注意，作為專(zhuān)業(yè)人士，我們自己不要為產(chǎn)品下PLC還是DCS的定義，自己的心理上更不能把產(chǎn)品這樣來(lái)區(qū)別對(duì)待。
幾點(diǎn)補(bǔ)充和雜音
從概念上講，PLC、DCS本來(lái)就不是一個(gè)邏輯層次上的概念，從名稱(chēng)上就能看出：PLC是以功能命名，DCS是以體系結(jié)構(gòu)命名。PLC就可以組成DCS嘛！當(dāng)然性能差異還是現(xiàn)實(shí)的存在，但要具體看產(chǎn)品和需要。從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單地以PLC、DCS來(lái)區(qū)分，往往走入誤區(qū)。
DCS控制系統(tǒng)與PLC控制區(qū)別
1. DCS是一種“分散式控制系統(tǒng)”，而PLC只是一種(可編程控制器)控制“裝置”，兩者是“系統(tǒng)”與“裝置”的區(qū)別。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)任何裝置的功能與協(xié)調(diào),PLC裝置只實(shí)現(xiàn)本單元所具備的功能.
2. 在網(wǎng)絡(luò)方面,DCS網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，和利時(shí)公司的MACS系統(tǒng)中的系統(tǒng)網(wǎng)采用的是雙冗余的100Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)，采用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開(kāi)放性更好.而PLC因?yàn)榛旧隙紴閭�(gè)體工作，其在與別的PLC或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不符。在網(wǎng)絡(luò)安全上，PLC沒(méi)有很好的保護(hù)措施。我們采用電源,CPU,網(wǎng)絡(luò)雙冗余.
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(yùn)行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置間都是相互連鎖控制, 協(xié)調(diào)控制;而單用PLC互相連接構(gòu)成的系統(tǒng)，其站與站（PLC與PLC）之間的聯(lián)系則是一種松散連接方式，是做不出協(xié)調(diào)控制的功能。
4. DCS在整個(gè)設(shè)計(jì)上就留有大量的可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便，PLC所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都是很難實(shí)現(xiàn)的。
5. DCS安全性：為保證DCS控制的設(shè)備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當(dāng)重要控制單元出現(xiàn)故障時(shí)，都會(huì)有相關(guān)的冗余單元實(shí)時(shí)無(wú)擾的切換為工作單元，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠。PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒(méi)有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。特別是當(dāng)其某個(gè)PLC單元發(fā)生故障時(shí)，不得不將整個(gè)系統(tǒng)停下來(lái)，才能進(jìn)行更換維護(hù)并需重新編程。所以DCS系統(tǒng)要比其安全可靠性上高一個(gè)等級(jí)。
6. 系統(tǒng)軟件，對(duì)各種工藝控制方案更新是DCS的一項(xiàng)最基本的功能，當(dāng)某個(gè)方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過(guò)的方案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過(guò)程是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，不影響原控制方案運(yùn)行。系統(tǒng)各種控制軟件與算法可以將工藝要求控制對(duì)象控制精度提高。而對(duì)于PLC構(gòu)成的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，工作量極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個(gè)PLC，然后要用與之對(duì)應(yīng)的編譯器進(jìn)行程序編譯，最后再用專(zhuān)用的機(jī)器（讀寫(xiě)器）專(zhuān)門(mén)一對(duì)一的將程序傳送給這個(gè)PLC，在系統(tǒng)調(diào)試期間，大量增加調(diào)試時(shí)間和調(diào)試成本，而且極其不利于日后的維護(hù)。在控制精度上相差甚遠(yuǎn)。這就決定了為什么在大中型控制項(xiàng)目中（500點(diǎn)以上），基本不采用全部由PLC所連接而成的系統(tǒng)的原因。
7. 模塊：DCS系統(tǒng)所有I/O模塊都帶有CPU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)判斷與標(biāo)量變換，故障帶電插拔，隨機(jī)更換。而PLC模塊只是簡(jiǎn)單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒(méi)有智能芯片，故障后相應(yīng)單元全部癱瘓。
我們不得不從PLC和DCS的起源談起：PLC的發(fā)展基于制造業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)控制需求，DCS大發(fā)展基于化工行業(yè)的連續(xù)過(guò)程控制和監(jiān)控。從控制需求分類(lèi)看，控制系統(tǒng)可分成：順序控制（PLC的基本功能）、過(guò)程控制（DCS）、位置控制（CNC）、傳動(dòng)控制（調(diào)速或同步），但從發(fā)展的角度來(lái)看，這幾部分控制方式在漸漸融合。如果非要說(shuō)出不同來(lái)，我認(rèn)為有如下幾點(diǎn)：
1、面向?qū)ο蟛煌篜LC面向一般工控制領(lǐng)域，通用性強(qiáng)。DCS偏重過(guò)程控制，用于化工行業(yè)。
2、DCS強(qiáng)調(diào)連續(xù)過(guò)程控制的精度，可實(shí)現(xiàn)PID、前饋、串級(jí)、多級(jí)、模糊、自適應(yīng)等復(fù)雜控制，一般PLC僅具有PID功能，控制精度不如DCS高。
3、DCS系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大的SCAND軟件包，具有配方功能，并針對(duì)不同行開(kāi)發(fā)了專(zhuān)家軟件（化工工藝參數(shù)配置和控制算法），比PLC應(yīng)用方便。
最后需要說(shuō)的，現(xiàn)代PLC已經(jīng)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(guān)鍵看你面向的對(duì)象是什么。經(jīng)濟(jì)、可靠、便捷才是最重要的。
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