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調(diào)節(jié)閥的控制系統(tǒng)之DCS、PLC、組態(tài)軟件的區(qū)別與聯(lián)系

調(diào)節(jié)閥是自動化控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，邏輯執(zhí)行的過程是靠DCS、PLC或者組態(tài)軟件來實現(xiàn)的，本文介紹的是DCS、PLC、組態(tài)軟件的區(qū)別與聯(lián)系，上海川滬閥門流體控制專家！

通常使用的控制類產(chǎn)品包括DCS、PLC兩大類。又將DCS的概念拓展到FCS。

DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)。
PLC（Program Logic Control ）,可編程邏輯控制器。
FCS（FieldBus Contorl Syestem），現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 。

一、DCS和PLC 之間的不同

1、發(fā)展的方面

? ? ?DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來。因此，DCS從先天性來說較為側(cè)重儀表的控制，比如使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系統(tǒng)甚至沒有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)控制的標準算法，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，初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力，因此，PLC從開始就強調(diào)的是邏輯運算能力。

2、系統(tǒng)的可擴展性和兼容性

? ? 對于PLC系統(tǒng)來說，一般沒有或很少有擴展的需求，因為PLC系統(tǒng)一般針對于設備來使用。一般來講，PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對PLC來講也是很困難的事，而且PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡結(jié)構。?
? ? ? DCS在發(fā)展的過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，雖說系統(tǒng)內(nèi)部（過程級）的通訊協(xié)議不盡相同，但操作級的網(wǎng)絡平臺不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡，采用標準或變形的TCP/IP協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴展能力。在這種網(wǎng)絡中，控制器、計算機均作為一個節(jié)點存在，只要網(wǎng)絡到達的地方，就可以隨意增減節(jié)點數(shù)量和布置節(jié)點位置。另外，基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實現(xiàn)資源共享。

3、數(shù)據(jù)庫

? ? DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。換句話說，在DCS系統(tǒng)中一旦一個數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中，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，在趨勢圖中，在報表中……。
? ? 而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常都不是統(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。為什么常說西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS？因為西門子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號。

4、時間調(diào)度

? ? PLC的程序一般不能按事先設定的循環(huán)周期運行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。?
? ?而DCS可以設定任務周期。比如，快速任務等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時間很短，我們可以用200ms的任務周期采樣，而溫度傳感器的滯后時間很大，我們可以用2s的任務周期采樣。這樣，DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。

5、網(wǎng)絡結(jié)構

? ? ?一般來講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡結(jié)構，一層為過程級網(wǎng)絡，大部分DCS使用自己的總線協(xié)議，比如橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等，這些協(xié)議均建立在標準串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎上?，F(xiàn)場IO模塊，特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)（機器代碼，213/掃描周期）十分龐大，同時現(xiàn)場干擾因素較多，因此應該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強的網(wǎng)絡標準。基于RS485串口異步通訊方式的總線結(jié)構，符合現(xiàn)場通訊的要求。?
? ? 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)，在操作級網(wǎng)絡（第二層網(wǎng)絡）上傳輸。因此操作級網(wǎng)絡可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡標準，同時因操作級網(wǎng)絡一般布置在控制室內(nèi)，對抗干擾的要求相對較低。因此采用標準以太網(wǎng)是佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標準以太網(wǎng)協(xié)議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。
? ? ? PLC系統(tǒng)的工作任務相對簡單，因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會太大，所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡結(jié)構。過程級網(wǎng)絡和操作級網(wǎng)絡要么合并在一起，要不過程級網(wǎng)絡簡化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會或很少使用以太網(wǎng)。

6、應用對象的規(guī)模

? ? ?PLC一般應用在小型自控場所，比如設備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應用一般都是DCS。當然，這個概念不太準確，但很直觀，習慣上我們把大于600點的系統(tǒng)稱為DCS，小于這個規(guī)模叫做PLC。?

? ?二、DCS和PLC?相同（似）之處?

1、功能

? ? 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強大，比如橫河FA-MA3、西門子的S7 400、ABB 的Control Logix 和施耐德的Quantum系統(tǒng)。而DCS也具備相當強勁的邏輯處理能力，比如我們在CS3000上實現(xiàn)了一切我們可能使用的工藝聯(lián)鎖和設備的聯(lián)動啟停。

2、系統(tǒng)結(jié)構

? ? PLC與DCS的基本結(jié)構是一樣的。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計算機系統(tǒng)控制上了，傳統(tǒng)的編程器早就被淘汰。小型應用的PLC一般使用觸摸屏，大規(guī)模應用的PLC全面使用計算機系統(tǒng)。和DCS一樣，控制器與IO站使用現(xiàn)場總線（一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協(xié)議的總線方式），控制器與計算機之間如果沒有擴展的要求，也就是說只使用一臺計算機的情況下，也會使用這個總線通訊。但如果有不止一臺的計算機使用，系統(tǒng)結(jié)構就會和DCS一樣，上位機平臺使用以太網(wǎng)結(jié)構。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將向更專業(yè)化的使用角度發(fā)展，比如功能更加有針對性、對應用的環(huán)境更有針對性等等。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在國外的應用已經(jīng)發(fā)展到儀表級?？刂葡到y(tǒng)需要處理的只是信號采集和提供人機界面以及邏輯控制，整個模擬量的控制分散到現(xiàn)場儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場總線連接整個儀表系統(tǒng)。(目前國內(nèi)有橫河在中海殼牌石化項目中用到了FCS,儀表級采用的是智能化儀表例如:EJX等，具備世界先進的控制水準)。

三、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)可以實現(xiàn)任何裝置的功 ? ? ? 能與協(xié)調(diào),PLC裝置只實現(xiàn)本單元所具備的功能.

2.、在網(wǎng)絡方面,DCS網(wǎng)絡是整個系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，和利時公司的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)，采用的國際標準協(xié)議TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡，系統(tǒng)的拓展性與開放性更好。
? ? ? ?而PLC因為基本上都為個體工作，其在與別的PLC或上位機進行通訊時，所采用的網(wǎng)絡形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構。

3.、DCS整體考慮方案，操作員站都具備工程師站功能，站與站之間在運行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關系，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。

4.、DCS在整個設計上就留有大量的可擴展性接口，外接系統(tǒng)或擴展系統(tǒng)都十分方便，PLC所搭接的整個系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都是很難實現(xiàn)的。

5.、DCS安全性：為保證DCS控制的設備的安全可靠，DCS采用了雙冗余的控制單元，當重要控制單元出現(xiàn)故障時，都會有相關的冗余單 ? ? ?元實時無擾的切換為工作單元，保證整個系統(tǒng)的安全可靠。
? ? ? PLC所搭接的系統(tǒng)基本沒有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。特別是當其某個PLC單元發(fā)生故障時，不得不將整個系統(tǒng)停下來，才能進行更換維護并需重新編程。所以DCS系統(tǒng)要比其安全可靠性上高一個等級。

6.、系統(tǒng)軟件，對各種工藝控制方案更新是DCS的一項基本的功能，當某個方案發(fā)生變化后，工程師只需要在工程師站上將更改過的方 ? ? ? 案編譯后，執(zhí)行下裝命令就可以了，下裝過程是由系統(tǒng)自動完成的，不影響原控制方案運行。系統(tǒng)各種控制軟件與算法可以將工藝要求控制對象控制精度提高。
? ? ? ?而對于PLC構成的系統(tǒng)來說，工作量極其龐大，首先需要確定所要編輯更新的是哪個PLC，然后要用與之對應的編譯器進行程序編譯，后再用專用的機器（讀寫器）專門一對一的將程序傳送給這個PLC，在系統(tǒng)調(diào)試期間，大量增加調(diào)試時間和調(diào)試成本，而且極其不利于日后的維護。在控制精度上相差甚遠。這就決定了為什么在大中型控制項目中（500點以上），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，可以實現(xiàn)對采集及輸出信號品質(zhì)判斷與標量變換，故障帶電插拔，隨機更換。
? ? ? 而PLC模塊只是簡單電氣轉(zhuǎn)換單元，沒有智能芯片，故障后相應單元全部癱瘓。?

? ???四、DCS和PLC控制方式的不同

1、面向?qū)ο蟛煌篜LC面向一般工控制領域，通用性強。DCS偏重過程控制，用于化工行業(yè)。

2、DCS強調(diào)連續(xù)過程控制的精度，可實現(xiàn)PID、前饋、串級、多級、模糊、自適應等復雜控制，一般PLC僅具有PID功能，控制精度不如DCS高。

3、DCS系統(tǒng)具有功能強大的SCAND軟件包，具有配方功能，并針對不同行開發(fā)了專家軟件（化工工藝參數(shù)配置和控制算法），比PLC應用方便。

? ? 需要說的是，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關鍵看面向的對象是什么。經(jīng)濟、可靠、便捷才是重要的。

? ? 五、組態(tài)軟件（組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件）

? ? ? ?譯自英文SCADA，即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。?其預設置的各種軟件模塊，可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。

組態(tài)軟件通常有以下功能：

（1）強大的界面顯示組態(tài)功能。
目前，工控組態(tài)軟件大都運行于Windows環(huán)境下，充分利用Windows的圖形功能完善界面美觀的特點， ? ? ? ? ? 可視化的m風格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時間。豐富的圖形控件和工況圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)?。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的 ? ? ? ? 界面設計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。
（2）良好的開放性。
社會化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，“異構”是當今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。
組態(tài)軟件向下應能與低層的數(shù)據(jù)采集設備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機與下位機的雙向通信。

（3）豐富的功能模塊。
提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現(xiàn)場要求。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控產(chǎn)生功能報表顯示歷史曲線、實時曲線、提醒報警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既叫適用于單機集中式控制、DCS分布式控制，也可以是帶遠程遇信能力的遠程測控系統(tǒng)。

（4）強大的數(shù)據(jù)庫。
配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設備的數(shù)據(jù)交換。
（5）可編程的命令語言。
有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編寫程序，蹭強圖形界面
（6）周密的系統(tǒng)安全防范。
對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行。
（7）仿真功能。
捉供強大的仿真功能使系統(tǒng)并行設計，從而縮短開發(fā)周期。

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