DCS-and-PLC的比较.doc

1、DCSDCS 和和 PLCPLC 在连续生产工厂的应用比较在连续生产工厂的应用比较 分散控制系统（DCS）和可编程序控制器（PLC）都是配制了微处理芯片 （CPU）的自动化控制设备。那么，它们彼此之间究竟有什么技术性能上的差 异呢？它们各自在技术性能上又有哪些重大的判别呢？这是每一个用户在进行 DCS 选型分析时必然会考虑的问题。通过下面简明扼要的技术问答，也许在一 定程度上可以给选型人员提供一些参考和启示。 1 1、分散控制系统（、分散控制系统（DCSDCS）是如何诞生的？其主要用途是什么？）是如何诞生的？其主要用途是什么？ 在 60 年代， 曾经有人设想， 用 1-2 台计算机直接实现一个

2、工厂的全面控制。 1962 年，以美国小鸭尔电厂，有人计划用 2 台互为冗余计算机直接把全厂上千 个模拟量、开关量顺序量控制起来，但最终失败了。其原因是“危险集中” 。 美国霍尼韦尔公司总结了计算机直接控制失败的教训，提出了“集中管理， 分散控制”的思想；并于 1975 年在世界上第一个推出基于“集中管理，分散控 制”的 DCSTDS2000，它的主要特征是：大规模采用微处理器技术，在控制 领域中实现了彻底的“分散控制” ；而在人机接口界面，采用了“集中管理”模 式，仅用了几台 CRT 就取代了大量的常规仪表盘；坐在一个控制室内用几台 CRT 就可以对全厂生产过程了如指掌。这是一次划时代的革命

3、，从此分散控制 逐渐深入人心。 那么，DCS 的主要用途是什么呢？ DCS 主要用于连续生产的工厂后起的过程控制。如石油、化工、钢铁、电 站、造纸、水泥和玻璃行业等等。这些行业的共同特征是生产过程的连续的， 一般轻易不能中断。它们主要的监测量为连续的模拟量，如温度、压力、差压、 流量和液位等，它们的主要任务是实现重要的模拟量回路（如温度、压力、差 压、流量和液位等）的回路控制；使这些模拟量满足设定值的要求，同时，它 们还可实现各重要设备相互之间的连锁保护；还可以实现连锁生产过程中泵、 风机、电动门的状态监控和显示。 总而言之，用 DCS 可以方便地对连续生产过程实现模拟量控制（MCS）开 关量

4、的顺序控制（SCS）和全厂数据采集功能（DAS） 。 特别需要强调指出的是：DCS 具有良好的网络互联和通信功能；具有良好 的流程图画面显示功能；模拟量的实时显示、趋势显示、历史数据显示功能； 具有良好的各种报表记录打印功能；具有良好的生产过程性能计算功能，这些 往往都是 PLC 难于实现的功能。 2 2、编程序控制器（、编程序控制器（PLCPLC）是如何诞生的？其主要用途是什么？）是如何诞生的？其主要用途是什么？ PLC 的产生和发展，与继电器控制系统有密切关系。在 70 年代以前，为了 实现泵、风机、马达、电磁阀和电动门的控制，往往采用“弱电控制强电”的 办法。即通过 24VAC 或 22

5、0VAC 的继电器弱电控制回路，在其常开触点或常 闭触点上实现了 380VAC 甚至更高电压等级（6KV 或 10KV）的马达启停控制 要求。 此外还有大量的开关量逻辑控制回路，如数据机床、塑料加工设备、罐头 仪器生产线、输煤集中控制、汽车制造流水生产线、码头仓库储运生产线等也 广泛采用了继电器控制系统。它们这些生产过程的共同特点是基本上只有开关 量控制；即只有“启” “停”或“开” “关”两个状态，所以用继电器控制十分 合适。 进入 70 年代，人们认为继电器控制系统的美中不足是用“硬接线”连接， 改变一个顺序或逻辑相当复杂和麻烦，接线往往会接错位臵，造成重大的事故。 因此 PLC 就应运而

6、生了。PLC 从其诞生之日起。就是以“取代继电器控制”为 己任。PLC 比继电器明显优越之处就在于。 （1）用“软连接”代替了“硬连接” ，逻辑程序修改靠编程实现而不必变 动外部硬件接线； （2）体积小，可靠性高，性能优于继电器控制系统； （3）可采用 RS-485 或 RS-232 串行通讯方法把数据送入上位机。 综上所述，PLC 主要用于取代继电器控制系统，实现开关量的逻辑控制。 3 3、PLCPLC 能代能代替替 DCSDCS 吗？吗？ 进入 90 年代以后，很多 PLC 制造商增加了 PLC 的各种模拟量输入模块， 从而纷纷宣种，自己的 PLC 也具有 DCS 的功能，也可以用于连续生

7、产行业的过 程控制。应当如何分析这个问题呢？ 可编程序控制器主要是由专业的电气控制制造商研制出来的，从其诞生之 日起就是为取代继电器控制系统而设计的。所以用于开关量逻辑控制是强项， 而用于模拟量控制是扩大了应用范围。所以对一些简单的模拟量控制，可以满 足要求。但是对较大规模的连续生产控制，PLC 就难于胜任了。 4 4、PLCPLC 在较大规模的连续生产控制领域中的局限性是什么？在较大规模的连续生产控制领域中的局限性是什么？ 由于多数 PLC 是由电气控制制造商提供的，他们对连续生产过程控制客观 上不如专业的 DCS 制造商熟悉和经验丰富。因此，他们只能提供简单的 PID 调 节模块，对较大规

8、模连续化生产需要的下述控制功能模块，大多数 PLC 难以提 供： PID 参数自整定优化功能：目前多数 DCS 的控制器均能实现 PID 参数 自整定优化，从而大大缩短现场调试时间；而绝大多数 PLC 无此功能。 串级控制功能：许多重要回路需要采用串级控制功能，如床温控制、 热水炉的出水温度控制、蒸汽锅炉的主汽压力控制、主汽温度控制、汽包水位 三冲量控制等。而 PLC 难于实现串级控制。 超前滞后动态补偿功能：对于滞后环节。要在模拟量控制回路中往 往要增加不少“超前滞后”动态补偿模块。而绝大多数的 PLC 基本上都不具 有超前滞后动态补偿模块。一方面是电器制造商缺乏过程控制经验；另一方 面是

9、PLC 的 CPU 芯片容量太小，难于实现这些复杂的控制功能。 “函数发生器”功能：在连续化生产中有许多非线性输入信号，还有 许多执行器也存在非线性。这些均需要“函数发生器”模块加以线性化校正。 绝大多数 DCS 均有“函数发生器”模块，而绝大多数 PLC 由于 CPU 芯片容量 的局限，无此功能模块。 总之，PLC 与 DCS 相比，在模拟量控制功能方面，还有许多控制功能难以 实现，如跟踪保持功能、变化速率限制功能、前馈控制功能、偏差报警功能、 高低限幅等功能 PLC 是难以实现的。 而这此问题归根结底是由于 PLC 是为取代 继电器而发展起来的。在模拟量控制领域中，PLC 不具备 DCS

10、的优势和经验； 难于实现复杂的控制功能。简言之，PLC 应用于简单的少量的控制是可以的； 应用于复杂的较大规模的连续化生产控制时将会暴露出大量的局限性。所以， PLC 无法取代 DCS。 5 5、PLCPLC 把复杂的模拟量控制功能放在上位机中不就和把复杂的模拟量控制功能放在上位机中不就和 DCSDCS 一样一样 了吗？了吗？ 有的 PLC 制造商承认 PLC 本身在具备 DCS 特有的复杂的模拟量控制功能； 但是他们强调说： “我们已经把复杂的模拟量控制功能放在上位机里执行，和 DCS 不就一样了吗？” 一个有经验的用户或选型人员立即会问：这和工控机有什么两样？工控机 不就是上位机来进行各种

11、模拟量和开关量算法控制的吗？这种模式 80 年代就 流行，即 PLC+工控机：由 PLC 处理开关量，由工控机处理模拟量。这样档次 的产品又如何面向 21 世纪？ 必须明确指出，工控机和 DCS 绝不是同一档次的产品。如果工控机能取代 DCS，那么为什么全世界有那么多用户在实现大规模连续生产控制项目时，坚 决选择DCS而不选择工控机呢？一个重要的原因是用要控机直接控制现场设备 实际上就是计算机直接控制模式 DDC，导致的结果是“危险集中” 。而 DCS 与 工控机最大区别是实现了“分散控制”把危险分散到每个控制器。形成鲜明的 对比是：工控机比较容易死机，平均无事故运行时间远远低于 DCS 的控

12、制器。 工控机一旦死机整个模拟量控制全部瘫痪，这就叫“危险集中” 。而一般来说， DCS 的控制器平均无事故运行时间都在 10 万小时以上， 即使网络平台的监控计 算机出现这样或那样的问题甚至死机，DCS 的控制器照样按照预先储存在自己 （控制器）内存中的指令控制现场设备正常运行。这就是 DCS 和工控机+PLC 的重大区别。 总而言之，DCS 和工控机+PLC 绝不是同一档次的产品。就好比奔驰轿车 和夏利轿车，尽管都是汽车，但档次绝不相同。有经验的选型人员自然清楚知 道，对于复杂的较大规模的连续化生产控制项目，如果不是由于投资原因，首 选的控制设备当然是 DCS。 6 6、北京和利时公司面向

13、、北京和利时公司面向 2121 世纪的世纪的 DCSDCS 和和 PLCPLC 相比在控制领域相比在控制领域 中的优势是什么？中的优势是什么？ 和利时公司面向 21 世纪的 DCS 全面采用客户机/服务器体系结构；全面采 用 Windows NT 操作系统；有全局数据库，所有的 CRT （监控站）互为冗余， 系统采用冗余的控制器、冗余的电源和冗余的网络结构，而 PLC 往往难以达到 这样的水平。 此外，和利时公司面向 21 世纪的 DCS 在网络通信方面比 PLC 也有明显的 优势。 PLC 是由于家电气控制厂家研制开发用来取代继电器系统的，因此硬件结 构专用，各厂产品互不通用，成为一个个自动

14、化有“孤岛” 。到目前为止，PLC 的标准化进程十分缓慢，各厂家产品互不兼容；上位的通讯，各有各的通讯协 议。如：ABB 采用 Arcnet 协议；A.B 公司采用 ControNet 协议；Modicon 公 司采用 Modbus 协议等等。多数 PLC 只有 RS-RS-485、RS422 或 RS232 串行通 迅口，串行通讯阻塞现象。主要就是串行通讯接口是一个“瓶颈所导致的。而 PLC 若想进一步与管理网互连时就必须采用网关，这又是一个“瓶颈”所在。 此外，PLC 主要用于取代继电系统，所以多数 PLC 仅能提供梯形逻辑图画 面组态而不具备 SAMA 图图形组编程功能。对模拟量控制回路

15、往往只能用十分 落后的“填表格”方式来实现。 总而言之， DCS 是比 PLC 高一档次的自动化控制系统。 当网络通讯互连要 求低，大量的是开关量控制时采用 PLC。 DCS 从诞生之日起就着眼于计算机网络互连和通信，20 多年来，DCS 的 网络通讯和互连随着 Windows NT 操作系统的全面采用，已经达到相当高的水 平。网络的互连不再需要网关；网络的通讯速率高达 100MHZ；TCP/IP 等标准 的通讯协议被普遍采用； 上千家软件公司在 Windows NT 上开发 DCS 通用的应 用软件，所以各 DCS 制造商提供的 DCS 都可以在 Windows NT 网络平台上实 现互连和通讯，并具进一步具有“互操作性” ：即 DCS 制造商 A 和 B 的操作站 在允许的权限范围内可以实现互操，网络的资源真正实现了全面的共享。