DCS和PLC的定義

DCS控制系統(tǒng)，在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，是相對(duì)于集中控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是在集中控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。

DCS作為一個(gè)集過程控制和過程監(jiān)控為一體的計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng)，在通信網(wǎng)絡(luò)的不斷帶動(dòng)下，DCS系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個(gè)綜合計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等4C技術(shù)的完整體系。其主要特點(diǎn)是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。

現(xiàn)如今的DCS系統(tǒng)可以廣泛地用于工業(yè)裝置的生產(chǎn)控制和經(jīng)營管理，在化工、電力、冶金等流程自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分普及。

PLC，即邏輯可編程控制器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。

DCS和PLC的應(yīng)用范圍

PLC在過程控制方面主要用于航天航空、發(fā)電、石化、鋼鐵、煙草、制藥、食品、石油化工、冶金、礦業(yè)、水處理、交通等領(lǐng)域，其中發(fā)電廠應(yīng)用在大型火電廠的輔助車間、水電主控等。

DCS主要應(yīng)用于過程控制，主要應(yīng)用在發(fā)電、石化、鋼鐵、煙草、制藥、食品、石油化工、冶金、礦業(yè)等自動(dòng)化領(lǐng)域，其中航天航空、火電、核電、大型石化、鋼鐵的主控單元目前必須使用DCS進(jìn)行控制。

DCS和PLC在過程控制方面的應(yīng)用是相互滲透的，總的來說，在功能上講所有能使用PLC的領(lǐng)域都能使用DCS；除直燃發(fā)動(dòng)機(jī)、大型火電主控、核電主控、鋼廠主控、大型石化主控外其他領(lǐng)域， PLC+SCADA具有DCS的所有功能。

DCS和PLC的硬件組成和架構(gòu)

我們把PLC與DCS硬件部分組成進(jìn)行比較，PLC+SCADA架構(gòu)與DCS的架構(gòu)基本是一樣的，或者說PLC的架構(gòu)更靈活。

細(xì)微的區(qū)別在于PLC的硬件熱備冗余方式是雙機(jī)架、雙電源、雙處理器、雙網(wǎng)卡冗余方式，早期的DCS是雙電源、雙DPU（分散處理單元）在同一機(jī)架上組成冗余架構(gòu)，現(xiàn)在的DCS是兩個(gè)集成的DPU組成熱備冗余架構(gòu)。

這里不比較兩種方式的優(yōu)劣，從硬件成本上，PLC是不利的，集成的CPU（DPU/ CPU都是指處理器不區(qū)別）更有利于降低成本，PLC這種冗余架構(gòu)沒變和早年設(shè)計(jì)架構(gòu)有關(guān)，現(xiàn)在一些國產(chǎn)PLC和DCS冗余架構(gòu)是一樣的。PLC與DCS硬件上有一個(gè)區(qū)別，PLC沒有冗余IO切換模塊，可能是目前PLC應(yīng)用領(lǐng)域沒有對(duì)這個(gè)模塊需求。

近幾年，PLC設(shè)計(jì)架構(gòu)上有了全新發(fā)展，CPU與非本地支架IO模塊及智能設(shè)備之間，不再主推總線通訊模式，而是采用工業(yè)以太網(wǎng)取而代之，總線只在就地通訊模塊與設(shè)備間使用，甚至是以太網(wǎng)1站到底結(jié)構(gòu)， DTM功能能直接組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約的TCP協(xié)議的設(shè)備，通訊比DCS更方便。

DCS和PLC控制器的差別

DCS和PLC控制器的主要差別是在開關(guān)量和模擬量的運(yùn)算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是仍然有區(qū)別。80年代以后，PLC除邏輯運(yùn)算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些復(fù)雜運(yùn)算還是比較困難，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)。而DCS使用功能塊封裝模擬運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，無論是邏輯運(yùn)算還是復(fù)雜模擬運(yùn)算的表達(dá)形式都非常清晰，但相對(duì)PLC來說邏輯運(yùn)算的表達(dá)效率較低。

DCS和PLC在火電廠的應(yīng)用

在火電廠熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個(gè)完全不同而又有著千絲萬縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，火電廠主機(jī)控制系統(tǒng)用的是DCS，而PLC主要應(yīng)用在電廠輔助車間。DCS和PLC都有操作員站提供人機(jī)交互的手段、都依靠基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制器完成控制運(yùn)算、都通過I/O卡件完成與一次元件和執(zhí)行裝置的數(shù)據(jù)交換、都具備稱之為網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)。

隨著國內(nèi)電廠裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大及電力系統(tǒng)改革的推進(jìn)，對(duì)輔助車間控制的要求也不斷提高，在這個(gè)大環(huán)境，DCS系統(tǒng)進(jìn)入輔助車間控制已成為趨勢(shì)。NT6000DCS因其綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)并將繼續(xù)在輔助車間控制方面發(fā)揮越來越大的作用。

在輔助車間應(yīng)用廣泛的PLC也并不會(huì)就此退出熱工自動(dòng)化的歷史舞臺(tái)，前所未有的競(jìng)爭(zhēng)壓力，將會(huì)促使PLC廠商在技術(shù)上向DCS標(biāo)準(zhǔn)靠攏，在價(jià)格上作出更大的努力。DCS和PLC市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，將會(huì)使用戶獲得更大的利益。

DCS和PLC的控制處理能力

一個(gè)PLC的控制器，往往能夠處理幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。而DCS的控制器，一般只能處理幾百個(gè)I/O點(diǎn)（不超過500個(gè)I/O）。

從集散體系的要求來說，不允許有控制集中的情況出現(xiàn)，太多點(diǎn)數(shù)的控制器在實(shí)際應(yīng)用中是毫無用處的，DCS開發(fā)人員根本就沒有開發(fā)帶很多I/O點(diǎn)數(shù)控制器的需要驅(qū)動(dòng)，他們的主要精力在于提供體系的可靠性和靈活性。而PLC不一樣，作為一個(gè)獨(dú)立的柔性控制裝置，帶點(diǎn)能力越強(qiáng)當(dāng)然也就代表其技術(shù)水平越高了，至于整個(gè)控制體系的應(yīng)用水平呢，這主要是工程商和用戶的事情，而不是PLC制造商的核心目標(biāo)?？刂铺幚砟芰Φ牧硪粋€(gè)指標(biāo)，運(yùn)算速度，在人們印象當(dāng)中PLC也比DCS要快很多。

新型的DCS控制器學(xué)習(xí)了大型PLC的設(shè)計(jì)，在控制周期方面的表現(xiàn)獲得了大幅度的提高。以NT6000DCS的T2550控制器為例?？刂破骺梢栽O(shè)置四個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，最小運(yùn)算周期可以設(shè)為10ms，配合高速I/O卡件，控制周期能夠達(dá)到15~20ms。而模擬量運(yùn)算設(shè)置在其它周期較長的任務(wù)中。

DCS和PLC的市場(chǎng)情況

在熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，主廠房控制系統(tǒng)基本上毫無例外地使用DCS。而在輔助車間才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系統(tǒng)非常昂貴，人們認(rèn)為輔助車間的運(yùn)行可以間斷，可靠性要求不是很高，且模擬量控制要求較少，從降低成本的角度出發(fā)，往往選擇PLC來構(gòu)建控制系統(tǒng)。而鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)，要求長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，信號(hào)中含有相當(dāng)比例的模擬量，從系統(tǒng)的性能出發(fā)，人們不得不選擇了昂貴的DCS。

另外，分析一下主廠房DCS和輔助車間控制系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象。主廠房DCS的競(jìng)爭(zhēng)往往在不同品牌的供應(yīng)商或代理商之間展開，競(jìng)爭(zhēng)激烈，DCS的價(jià)格不斷下調(diào)。而輔助車間控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)往往在同一品牌PLC的各個(gè)工程商之間進(jìn)行，門檻較低，競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，但是PLC的價(jià)格下調(diào)幅度卻并不如DCS明顯。主要原因是DCS的生產(chǎn)商直接參與競(jìng)爭(zhēng)，在巨大的市場(chǎng)壓力下，不斷下調(diào)設(shè)備制造費(fèi)用和工程實(shí)施費(fèi)用。而PLC的生產(chǎn)商不直接參與競(jìng)爭(zhēng)，各個(gè)工程商只能下調(diào)自身有限的工程費(fèi)用，空間有限。從現(xiàn)在情況看來，DCS與高檔PLC的價(jià)格差距已不明顯，輔助車間仍然較多地采用PLC，是市場(chǎng)的慣性使然。

PLC和DCS產(chǎn)品市場(chǎng)可謂風(fēng)起云涌、競(jìng)爭(zhēng)激烈?？v觀PLC市場(chǎng)群星璀璨：世界上有200多家公司生產(chǎn)400多個(gè)品種系列的PLC，應(yīng)用于電力、石油石化、冶金、材料、包裝、造紙、汽車和市政各個(gè)行業(yè)。從行業(yè)角度來看，國外廠商占山為王，有著屬于各自的勢(shì)力范圍。

DCS市場(chǎng)與PLC相差無幾，基本由國外業(yè)內(nèi)強(qiáng)者所把持，可喜的是一批本土廠商如Hollysys、Supcon、Xinhua等企業(yè)逐漸發(fā)展壯大。由于DCS技術(shù)含量高，很多對(duì)產(chǎn)品的需求都建立在項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，這樣對(duì)DCS的需求也將是一個(gè)周期性較長的過程，因此DCS市場(chǎng)格局短時(shí)間內(nèi)難有較大改變。當(dāng)然，由于行業(yè)發(fā)展速度的不規(guī)律性，側(cè)重行業(yè)不同的公司可能會(huì)因此而發(fā)生一些變化。

DCS和PLC的發(fā)展方向

1）PLC的發(fā)展方向

小型化的PLC將向更專業(yè)的使用角度發(fā)展，比如功能更加有特定性、對(duì)應(yīng)用的環(huán)境更有針對(duì)性等。

大型化的PLC已經(jīng)具備DCS的部分功能，但擴(kuò)展性（expansibility）和開放性（open-ended）有限。

2）DCS的發(fā)展方向

DCS將向FCS的方向發(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)之間無需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場(chǎng)總線連接整個(gè)儀表級(jí)。