DCS与PLC的区别.docx

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DCS与PLC的区别

DCS和PLC最大的区别是什么？

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PLC善于逻辑控制，如实现电气回路逻辑控制，属于强电设备，主要用于控制电机的开停等；

DCS长于模拟量控制，属于弱电设备，主要用于液位、流量、温度等模拟控制。

PLC和DCS由于在早期开发时，是由两种技术人员开发的，面向不同的控制对象。

PLC主要针对于汽车制造，模拟量极少甚至没有，开发人员主要是电气技术人员，它用计算机的逻辑运算代替继电器逻辑。

稍晚一点推向市场的是DCS，它是由原来的仪表技术人员开发的，它在运算放大器的基础上用计算机的模拟运算代替原来的模拟运算。

这两者所研究的内容不同，DCS首先应用在石化系统，后来两者都想占有市场，PLC增加了模拟量的运算，DCS开发了逻辑运算。

但两者在新开发的部分都存在有一些缺陷，PLC开发的模拟量运算功能块少，编程较为复杂，价格也比较昂贵。

每一个回路大概要2300美金左右，DCS开发的逻辑运算一个与非门的运算需要几十毫秒，而PLC只要零点几毫秒。

　　关于维护，DCS的维护费用高，对接地电阻要求严格，经常会由于接地电阻不能满足要求而烧坏模件。

PLC对接地电阻要求不严格，所以维护费用比较低。

　　因此，如果模拟量比较多的情况，需要高级的控制方案，如：

专家系统、模型控制、一定要DCS。

如果开关量比较多，建议使用PLC。

PLC、FCS、DCS三大控制系统区别

FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命的一步，而目前，新型的DCS与新型的PLC都有向对方靠拢的趋势，新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。

一、区别要点

　　1、DCS

　　DCS系统的关键是通信。

也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。

由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。

数据公路的媒体可以是：

一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。

　　通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。

（1）系统能处理多少I/O信息。

（2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。

　　（3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。

　　（4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。

　　（5）数据公路的最大允许长度是多少。

　　（6）数据公路能支持多少支路。

　　（7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置等）。

　　为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。

　　为了保证系统的安全性。

使用了复杂的通信规约和检错技术，所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解的和发送的数据一样。

　　目前在DCS系统中，一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。

　　2、FCS

　　FCS的关键要点有以下三点。

（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准。

　　一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有关的设备也就被确定，就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双向串行数字化通信传输为基本依据。

但是由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差异。

　　为了使现场总线的满足可互操作性要求，使其成为真正的开放系统，原IEC国际标准，现场总线通信协议模拟的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。

为了实现互操作，每个现场总线装置都用装置描述DD来描述。

DD能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必要的参数描述和主站所需要的操作步骤。

由于DD包括描述装置通信所需要的所有信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。

　　实际情况是否如上述一致，回答是否定的。

目前通过的现场总线国际标准含8种类型，而原IEC国际标准只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。

其它7种类型总线，不论其市场占有率有多少，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。

他们能够形成系统，形成产品。

而原IEC现场总线国际标准，是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。

要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。

　　通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：

开放的现场总线控制系统的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性，换句话说，不论什么厂家的产品，也不一定是该现场总线公司的产品，只要遵循该总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网络。

（2）FCS系统的基础是数字智能现场装置。

　　数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。

如果现场装置不遵循统一的总线协议，即相关的通信规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话，也不能称之为现场总线控制系统。

再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。

如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线的控制系统的特点也就不存在了，所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。

　　（3）FCS系统的本质是信息处理现场化。

　　对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样多的，实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。

现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。

这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间的信息往返。

可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。

　　减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。

减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。

因此。

网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，放在同一条支路里。

　　减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。

这时仍应以节省投资为原则来做为选择。

如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。

如所选系统的响应时间比较紧张，稍微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。

　　现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在。

选用哪一个现场仪表上的功能，是系统组态要解决的问题。

　　考虑这个问题的原则是：

尽量减少总线上的信息往返。

一般可以选择与该功能有关的信息输出最多的那台仪表上的功能块。

二、典型系统比较

　　通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可以实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。

典型的现场总线系统框图如图1.从图1（a）中可以看出，传统的过程控制系统中，每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4-20mA信号，图（b）所示现场总线系统中，每个现场装置到接线盒双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。

　　通过采用现场总线控制系统，到底能节省多少电缆，编者尚未做此计算。

但是，我们可以采用DCS系统的电厂中与自动控制系统有关的所用电缆公里数看出，电缆在基建投资中所占份额。

1、某电厂，2×300MW燃煤机组

　　热力系统为单元制。

每台机组设置一座集中控制楼，采用机、炉、电单元集中控制方式。

单元控制室的标高为12.6m，与运行层标高一致。

DCS采用WDPF-Ⅱ，每台机组设计的I/O点为4500点。

　　电缆敷设采用俄EC元件，8个人用1.5个月时间完成敷设的设计任务。

　　主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆根数为4038根。

　　主厂房内每台300MW机组自动化专业电缆长度为350公里。

　　以上电缆的根数及长度均不包括全厂火灾报警的厂供电缆和全厂各辅助生产车间的电缆。

　　电缆桥架的立柱、桥架及小槽盒全部选用钢制镀锌，每台机组约95t。

其他电缆桥架包括直通、弯通、三通、四通、盖板、终端封头、调宽片、直

接片等选用铝合金材质，每台300MW机组约为55t。

　　附件随桥架提供（如螺栓，螺母）。

2、某电厂，4×325MW燃油燃气电站

　　热力系统为单元制。

DCS采用TELEPERM--XP。

每台机组设计I/O点为5804点。

　　电缆敷设采用EC软件，12个人用2.5个月时间完成电缆敷设的设计任务。

　　主厂房内每台325MW机组自动化专业的电缆根数为4413根。

　　主厂房内每台325MW机组自动化装业的电缆长度为360km。

　　每台机组全部选用钢制镀锌电缆桥架，其质量约为250t。

3、电站的电缆可以分为六大类：

　　高压电力电缆、低压电力电缆、控制电缆、热控电缆、弱电电缆（主要指计算机用电缆）、其他电缆。

若两台300MW机组同时做电缆敷设，自动化专业电缆的数量大约有8500根左右。

其中热控电缆和弱电电缆将大于500根，及约占60%左右（以根数计量）。

三、设计、投资及使用

　　上述的比较偏重于纯技术性的比较，以下比较拟加入经济因素。

　　比较的前提是DCS系统与典型的，理想的FCS系统进行比较。

为什么要做如此的假设？

作为DCS系统发展到今天，开发初期提出的技术要求已满足并得到了完善，目前的状况是进一步提高，因此也就不存在典型、理想的说法。

而作为FCS系统，20世纪90年代刚进入实用化，作为开发初期的技术要求：

兼容开放、双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等，目前还不理想，有待完善。

这种状态与现场总线国际标准的制定不能说没有关系。

过去的十多年，各总线组织都忙于制定标准，开发产品，占领更多的市场，目的就是要挤身国际标准，合法的占领更多的市场，现在有关国际标准的争战已告一段落，各大公司组织都已意识到，要真正占领市场，就得完善系统及相关产品。

我们可以做这样的预测，不久的将来，完善的现场总线系统及相关产品必将成为世界现场总线技术的主流。

具体比较：

（1）DCS系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是系统的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。

而FCS功能下放较彻底，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采用，使得控制器功能与重要性相对减弱。

因此，FCS系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。

（2）DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。

而FCS系统是开放式系统，用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。

　　（3）DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有D/A与A/D转换。

而FCS系统是全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5%提高到±0.1%。

　　（4）FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以从DCS的每秒2--5次，提高到FCS的每秒10--20次，从而改善调节性能。

　　（5）DCS系统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，由于自身的致病弱点，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（含变送器，执行器等）进行远方诊断、维护和组态。

FCS系统采用全数字化技术，数字智能现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。

FCS系统采用双向数字通信现场总线信号制。

因此，它可以对现场装置（含变送器，执行机构等）进行诊断、维护和组态。

FCS系统的这点优越性是DCS系统无法比拟的。

　　（6）FCS系统由于信息处理现场化，与DCS系统相比，可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜。

同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积，有专家认为可以省去60%。

　　（7）与（6）同样理由，FCS系统可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也省去了设计、安装和维护费用，有专家认为可以省去66%。

　　对于（6）、（7）两点应补充说明的是，采用FCS系统，节省投资的效果是不用怀疑的，但是否如有的专家所说达66%。

这些数字在多篇文章中出现，编者认为这是相互转摘的结果，目前还未找到这些数字的原始出处。

因此，读者在引用数字时要谨慎。

　　（8）FCS相对DCS组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。

　　（9）用于过程控制的FCS设计开发要点。

这一点并不作为DCS比较，只是说明用于过程控制或者说用于模拟连续过程类的FCS在设计开发中应重点考虑的问题。

　　①要求总线本安防爆功能，而且是头等重要的。

　　②基本监控如流量、料位、温度、压力等变化是缓慢的，而且还有滞后效应，因此，节点监控并不需要快电子学的响应时间，但要求有复杂的模拟量处理能力。

这一物理特征决定了系统基本上多采用主--从之间的集中轮询制，这在技术上是合理的，在经济上是有利的。

　　③流量、料位、温度、压力等参数的测量，其物理原理是古典的，但传感器，变送器及控制器应向数字智能化发展。

④作为针对连续过程类及其仪器仪表而开发的FCS系统，应侧重于低速总线H1的设计完善。

PLC、DCS、FCS控制系统的特点和差异分析

关键词：

可编程序控制器（PLC）

分散控制系统（DCS）

现场总线控制系统（FCS）

计算机和网络技术的飞速发展，引起了自动化控制系统结构的变革，一种世界上最新型的控制系统即现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）在上世纪九十年代走向实用化，并正以迅猛的势头快速发展。

现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正越来越受到国内外自动化设备制造商与用户的关注。

现场总线控制系统的出现，将给自动化领域在过程控制系统上带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。

FCS可以说是第五代过程控制系统，是由PLC（ProgrammableController）或DCS（DistributedControlSystem）发展而来的。

FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。

本文针对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点、性能和差异作一分析。

1PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点

目前，在连续型流程生产工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。

它们各自的基本特点如下：

1.1PLC

（1）从开关量控制发展到顺序控制、运算处理，是从下往上的。

（2）逻辑控制、定时控制、计数控制、步进（顺序）控制、连续PID控制、数据控制――PLC具有数据处理能力、通信和联网等多功能。

（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。

（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。

这比用PC机作主站方便之处是：

有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。

（5）PLC网络既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。

（6）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。

1.2DCS

（1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer，Control、CRT）技术于一身的监控技术，是第四代过程控制系统。

既有计算机控制系统控制算式先进、精度高、响应速度快的优点，又有仪表控制系统安全可靠、维护方便的要求。

（2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。

（3）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。

（4）模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。

是由几台计算机和一些智能仪表智能部件组成，并逐渐地以数字信号来取代模拟信号。

（5）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。

（6）DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。

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。

（7）用于大规模的连续过程控制，如石化、大型电厂机组的集中控制等。

1.3FCS

（1）FCS是第五代过程控制系统，它是21世纪自动化控制系统的方向。

是3C技术（Communication，Computer，Control）的融合。

基本任务是：

本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。

（2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。

（3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置，取代每台仪表的两根线。

“现场控制”取代“分散控制”；数据的传输采用“总线”方式。

（4）从控制室到现场设备的双向数字通信总线，是互联的、双向的、串行多节点、开放的数字通信系统取代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统。

（5）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。

（6）把微机处理器转入现场自控设备，使设备具有数字计算和数字通信能力，信号传输精度高，远程传输。

实现信号传输全数字化、控制功能分散、标准统一全开放。

（7）可上局域网，再可与internet相通。

既是通信网络，又是控制网络。

（8）3类FCS的典型应用：

1）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安防爆”技术是绝对重要的；2）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车；3）多点控制如楼宇自动化。

这三大控制系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广泛应用，而且效果也非常好。

2三大控制系统之间的差异

2.1差异

2.1.1DCS或PLC

PLC系统与DCS系统的结构差异不大，只是在功能的着重点上的不同，DCS着重于闭环控制及数据处理。

PLC着重于逻辑控制及开关量的控制，也可实现模拟量控制。

DCS或PLC系统的关键是通信。

也可以说数据公路是分散控制系统DCS及PLC的脊柱。

由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。

数据公路的媒体可以是：

一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。

DCS的特点是：

（1）控制功能强。

可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等。

也可实现顺序控制。

（2）系统可靠性高。

（3）采用CRT操作站有良好的人机界面。

（4）软硬件采用模块化积木式结构。

（5）系统容易开发。

（6）用组态软件，编程简单，操作方便。

（7）有良好的性价比。

通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS或PLC系统的相对优点与弱点。

（1）系统能处理多少I/O信息。

（2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。

（3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。

（4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。

（5）数据公路的最大允许长度是多少。

（6）数据公路能支持多少支路。

（7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录装置等）。

为保证通信的完整，大部分DCS或PLC厂家都能提供冗余数据公路。

为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。

所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据接收与发送。

目前在DCS和PLC系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。

2.1.2FCS

FCS具有

（1）很好的开放性、互操作性和互换性。

（2）全数字通信。

（3）智能化与功能自治性。

（4）高度分散性。

（5）很强的适用性。

FCS的关键要点有三点：

（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准。

采用双绞线、光缆或无线电方式传输数字信号，减少大量导线，提高了可靠性和抗干扰能力。

FCS从传感器、变送器到调节器一直是数字信号，这就使我们很容易地处理更复杂、更精确的信号，同时数字通信的差错功能可检出传输中的误码。

FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备（FieldDevice）中。

基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将取代现场一对一的4～20mA模拟信号线，给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。

根据IEC61158的定义，现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。

现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能、性能。

IEC/TC65的SC65C/WG6工作组于1984年开始致力于推出世界上单一的现场总线标准工作，走过了16年的艰难历程，于1993年推出了IEC61158-2，之后的标准制定就陷于混乱。

2000年初公布的IEC61158现场总线国际标准子集有八种，分别为：

①类型1IEC技术报告（FFH1）；

②类型2Control-NET（美国Rockwell公司支持）；

③类型3Profibus（德国Siemens公司支持）；

④类型4P-NET（丹麦ProcessData公司支持）；

⑤类型5FFHSE（原FFH2）高速以太网（美国FisherRosemount公司支持）；

⑥类型6Swift-Net（美国波音公司支持）；

⑦类型7WorldFIP（法国Alsto公司支持）；

⑧类型8Interbus（美国PhoenixContact公司支持）。

除了IEC61158的8种现场总线外，IECTC17B通过了三种总线标准：

SDS（SmartDistributedSystem）；ASI（ActuatorSensorInterface）；DeviceNET。

另外，ISO公布了ISO11898CAN标准。

其中DeviceNET于2002年10月8日被中国批准为国家标准，并于2003年4月1日开始实施。

所以，要实现这些总线类型的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。

开放的现场总线控制系统的互操作性，就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循同一类型现场总线的总线协议，对其产品是开放的，并具有互操作性。

换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产品，只要遵循同一类型总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线网络。

另外，FCS还可以通过网关和企业的上级管理网络相连，以便管理者掌握第一手资料，为决策提供依据。

所以现场总线具有开放性、互操作性、系统结构的高度分散性、灵活的网络拓扑结构、现场设备的高度智能化、对环境的高度适应性等诸多突出特点。

（2）FCS系统的基础是数字智能现场装置

控制功能下放到现场仪表中，控制室内仪表装置主要完成数据处理、监督控制、优化控制、协调控制和管理自动化等功能。

数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础；道理很简单，FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。

现场装置必须遵循统一的总线协议，即相关的通讯规约，具备数字通信功能，能实现双向数字通。

再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。

（3）FCS系统的本质是信息处理现场化

对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样多的。

实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。

现场总线系统的信息量没有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。

这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场