PLC與DCS的區別
有朋友可能會(huì )問(wèn)什么是組態(tài)？
那上下位機又是什么呢？
那組態(tài)和上下位機跟DCS有什么關(guān)系呢？
第四次工業(yè)革命，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人們做了很多完善工作，讓控制系統看上去更高大上一些，更多決策輔助，更多數據統計和分析。于是分支出或添加了許多功能比如OEE、MES、ERP…
1、DCS和PLC的定義
DCS作為一個(gè)集過(guò)程控制和過(guò)程監控為一體的計算機綜合系統，在通信網(wǎng)絡(luò )的不斷帶動(dòng)下，DCS系統已經(jīng)成為了一個(gè)綜合計算機，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、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
現如今的DCS系統可以廣泛地用于工業(yè)裝置的生產(chǎn)控制和經(jīng)營(yíng)管理，在化工、電力、冶金等流程自動(dòng)化領(lǐng)域的應用已經(jīng)十分普及。
PLC，即邏輯可編程控制器，是一種數字運算操作的電子系統，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類(lèi)可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)、計數與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程，是工業(yè)控制的核心部分。
2、DCS和PLC控制器的差別
DCS和PLC控制器的主要差別是在開(kāi)關(guān)量和模擬量的運算上，即使后來(lái)兩者相互有些滲透，但是仍然有區別。80年代以后，PLC除邏輯運算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些復雜運算還是比較困難，PLC用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時(shí)不太直觀(guān)，編程比較麻煩。但在解算邏輯方面，表現出快速的優(yōu)點(diǎn)。而DCS使用功能塊封裝模擬運算和邏輯運算，無(wú)論是邏輯運算還是復雜模擬運算的表達形式都非常清晰，但相對PLC來(lái)說(shuō)邏輯運算的表達效率較低。
3、DCS和PLC在火電廠(chǎng)的應用
在火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個(gè)完全不同而又有著(zhù)千絲萬(wàn)縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計算機技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結合的產(chǎn)物，火電廠(chǎng)主機控制系統用的是DCS，而PLC主要應用在電廠(chǎng)輔助車(chē)間。DCS和PLC都有操作員站提供人機交互的手段、都依靠基于計算機技術(shù)的控制器完成控制運算、都通過(guò)I/O卡件完成與一次元件和執行裝置的數據交換、都具備稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò )的通信系統。
隨著(zhù)國內電廠(chǎng)裝機容量的不斷擴大及電力系統改革的推進(jìn)，對輔助車(chē)間控制的要求也不斷提高，在這個(gè)大環(huán)境，DCS系統進(jìn)入輔助車(chē)間控制已成為趨勢。NT6000DCS因其綜合的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，已經(jīng)并將繼續在輔助車(chē)間控制方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
在輔助車(chē)間應用廣泛的PLC也并不會(huì )就此退出熱工自動(dòng)化的歷史舞臺，前所未有的競爭壓力，將會(huì )促使PLC廠(chǎng)商在技術(shù)上向DCS標準靠攏，在價(jià)格上作出更大的努力。DCS和PLC市場(chǎng)競爭的結果，將會(huì )使用戶(hù)獲得更大的利益。
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(guò)500個(gè)I/O）。
從集散體系的要求來(lái)說(shuō)，不允許有控制集中的情況出現，太多點(diǎn)數的控制器在實(shí)際應用中是毫無(wú)用處的，DCS開(kāi)發(fā)人員根本就沒(méi)有開(kāi)發(fā)帶很多I/O點(diǎn)數控制器的需要驅動(dòng)，他們的主要精力在于提供體系的可靠性和靈活性。
新型的DCS控制器學(xué)習了大型PLC的設計，在控制周期方面的表現獲得了大幅度的提高。以NT6000DCS的T2550控制器為例?？刂破骺梢栽O置四個(gè)不同優(yōu)先級的任務(wù)，最小運算周期可以設為10ms，配合高速I(mǎi)/O卡件，控制周期能夠達到15~20ms。而模擬量運算設置在其它周期較長(cháng)的任務(wù)中。
DCS在發(fā)展的過(guò)程中也是各廠(chǎng)家自成體系，但大部分的DCS系統，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說(shuō)系統內部（過(guò)程級）的通訊協(xié)議不盡相同，但操作級的網(wǎng)絡(luò )平臺不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò )，采用標準或變形的TCP/IP協(xié)議。diangon.com這樣就提供了很方便的可擴展能力。在這種網(wǎng)絡(luò )中，控制器、計算機均作為一個(gè)節點(diǎn)存在，只要網(wǎng)絡(luò )到達的地方，就可以隨意增減節點(diǎn)數量和布置節點(diǎn)位置。另外，基于windows系統的OPC、DDE等開(kāi)放協(xié)議，各系統也可很方便的通訊，以實(shí)現資源共享。
6、PLC和DCS的數據庫
DCS一般都提供統一的數據庫。換句話(huà)說(shuō)，在DCS系統中一旦一個(gè)數據存在于數據庫中，就可在任何情況下引用，比如在組態(tài)軟件中，在監控軟件中，在趨勢圖中，在報表中……而PLC系統的數據庫通常都不是統一的，組態(tài)軟件和監控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數據庫。為什么常說(shuō)西門(mén)子的S7 400要到了414以上才稱(chēng)為DCS？因為西門(mén)子的PCS7系統才使用統一的數據庫，而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號。
PLC的程序一般不能按事先設定的循環(huán)周期運行。PLC程序是從頭到尾執行一次后又從頭開(kāi)始執行。（現在一些新型PLC有所改進(jìn)，不過(guò)對任務(wù)周期的數量還是有限制）而DCS可以設定任務(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可以合理的調度控制器的資源。
8、PLC和DCS的網(wǎng)絡(luò )結構
一般來(lái)講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò )結構，一層為過(guò)程級網(wǎng)絡(luò )，大部分DCS使用自己的總線(xiàn)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)議均建立在標準串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎上?，F場(chǎng)IO模塊，特別是模擬量的采樣數據（機器代碼，213/掃描周期）十分龐大，同時(shí)現場(chǎng)干擾因素較多，因此應該采用數據吞吐量大、抗干擾能力強的網(wǎng)絡(luò )標準?；赗S485串口異步通訊方式的總線(xiàn)結構，符合現場(chǎng)通訊的要求。
IO的采樣數據經(jīng)CPU轉換后變?yōu)檎螖祿驅?shí)形數據，在操作級網(wǎng)絡(luò )（第二層網(wǎng)絡(luò )）上傳輸。因此操作級網(wǎng)絡(luò )可以采用數據吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡(luò )標準，同時(shí)因操作級網(wǎng)絡(luò )一般布置在控制室內，對抗干擾的要求相對較低。因此采用標準以太網(wǎng)是最佳選擇。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系統的工作任務(wù)相對簡(jiǎn)單，因此需要傳輸的數據量一般不會(huì )太大，所以常見(jiàn)的PLC系統為一層網(wǎng)絡(luò )結構。過(guò)程級網(wǎng)絡(luò )和操作級網(wǎng)絡(luò )要么合并在一起，要不過(guò)程級網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)化成模件之間的內部連接。PLC不會(huì )或很少使用以太網(wǎng)。
9、PLC和DCS的應用對象規模
PLC一般應用在小型自控場(chǎng)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(gè)概念不太準確，但很直觀(guān)，習慣上我們把大于600點(diǎn)的系統稱(chēng)為DCS，小于這個(gè)規模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產(chǎn)品配套的控制系統一般就是稱(chēng)為PLC。
在熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，主廠(chǎng)房控制系統基本上毫無(wú)例外地使用DCS。而在輔助車(chē)間才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系統非常昂貴，人們認為輔助車(chē)間的運行可以間斷，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(lái)構建控制系統。而鍋爐、汽機和發(fā)電機的控制系統，要求長(cháng)期穩定可靠地運行，信號中含有相當比例的模擬量，從系統的性能出發(fā)，人們不得不選擇了昂貴的DCS。
另外，分析一下主廠(chǎng)房DCS和輔助車(chē)間控制系統的市場(chǎng)競爭情況，我們會(huì )發(fā)現一個(gè)有趣的現象。主廠(chǎng)房DCS的競爭往往在不同品牌的供應商或代理商之間展開(kāi)，競爭激烈，DCS的價(jià)格不斷下調。而輔助車(chē)間控制系統的競爭往往在同一品牌PLC的各個(gè)工程商之間進(jìn)行，門(mén)檻較低，競爭更加激烈，但是PLC的價(jià)格下調幅度卻并不如DCS明顯。主要原因是DCS的生產(chǎn)商直接參與競爭，在巨大的市場(chǎng)壓力下，不斷下調設備制造費用和工程實(shí)施費用。而PLC的生產(chǎn)商不直接參與競爭，各個(gè)工程商只能下調自身有限的工程費用，空間有限。從現在情況看來(lái)，DCS與高檔PLC的價(jià)格差距已不明顯，輔助車(chē)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、競爭激烈?？v觀(guān)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，應用于電力、石油石化、冶金、材料、包裝、造紙、汽車(chē)和市政各個(gè)行業(yè)。從行業(yè)角度來(lái)看，國外廠(chǎng)商占山為王，有著(zhù)屬于各自的勢力范圍。
DCS市場(chǎng)與PLC相差無(wú)幾，基本由國外業(yè)內強者所把持，可喜的是一批本土廠(chǎng)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，很多對產(chǎn)品的需求都建立在項目的基礎上，這樣對DCS的需求也將是一個(gè)周期性較長(cháng)的過(guò)程，因此DCS市場(chǎng)格局短時(shí)間內難有較大改變。當然，由于行業(yè)發(fā)展速度的不規律性，側重行業(yè)不同的公司可能會(huì )因此而發(fā)生一些變化。
在今后的控制系統的發(fā)展中，我們將會(huì )看到DCS和PLC技術(shù)逐漸融合的局面，這對它們各自的發(fā)展以及各行各業(yè)的發(fā)展都有種促進(jìn)的作用。