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DCS控制系统与PLC控制区别

时间:2014-03-26 来源:电气自动化技术网 编辑:小博 点击:次 字体设置:

DCS控制系统与PLC控制区别
    1. DCS是一种“分散式控制系统”,而PLC只是一种(可编程控制器)控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能.
  2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经,和利时公司的MACS系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网,采用的国际标准协议TCP/IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作,其在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构,网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上,PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余.
  3. DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系,任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统,其站与站(PLC与PLC)之间的联系则是一种松散连接方式,是做不出协调控制的功能。
  4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接的整个系统完成后,想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。
  5. DCS安全性:为保证DCS控制的设备的安全可靠,DCS采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故障时,都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元,保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念,就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。
  6. 系统软件,对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能,当某个方案发生变化后,工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后,执行下装命令就可以了,下装过程是由系统自动完成的,不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说,工作量极其庞大,首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC,然后要用与之对应的编译器进行程序编译,最后再用专用的机器(读写器)专门一对一的将程序传送给这个PLC,在系统调试期间,大量增加调试时间和调试成本,而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中(500点以上),基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。
  7. 模块:DCS系统所有I/O模块都带有CPU,可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换,故障带电插拔,随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元,没有智能芯片,故障后相应单元全部瘫痪。
        8.现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多,DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能,同时对运算和模拟量的处量比较拿手。
  PLC还分大、中、小、微PLC,其中微型的只卖几百块到2000块,点数也好少,大型的可以带数千点,运算能力与DCS差不多,但对多机联网功能较弱。
  现在两个技术平台都差不多,只是重点不一样。
P.S.共同点均为计算机化的控制装置。
不同的是:DCS和PLC这两个概念起源于不同的工业领域且字面定义也不同。
--DCS的字面定义是“分布式控制系统(distributed control system)"是从系统结构上定义的。最早的概念来源于石油化工行业的计算机控制(大)系统。连续过程控制能力很强。
--PLC的字面定义是“可编程逻辑控制器(programable logic controller)"是从功能上定义的概念。概念最早指机械加工行业的计算机化逻辑控制装置。开关量处理能力强。最早的PLC系统较小。
--现代的DCS和PLC的区别已越来越小。DCS处理连续量和开关量的能力都很强。PLC处理连续量的能力也越来越大,大型PLC系统结构上也是分布式的。
--顺便介绍一个SCADA系统,这个概念发源于电力行业,也是从系统功能上定义的概念。也就是我国最早所说的”三遥系统(遥侧,遥信,遥控)“。最初的系统是晶体管的。现代的SCADA系统则都是计算机化的。用DCS或PLC也可以组成具有SCADA功能的系统。

DCS的基本结构和PLC的区别
  DCS为分散控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。主要应用于汽车制造业。70年代中期以完成模拟量控制的DCS推向市场,代替以PID运算为主的模拟仪表控制。首先提出DCS这样一种思想的是原制造仪表的厂商,当时主要应用于化工行业。后又有计算机行业从事DCS的开发。
  70年代微机技术还不成熟,计算机技术还不够发达。操作站、控制器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的,也就是所有部件都是专用的。
  70年代初,有人用如PDP/1124这样的小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到中央控制室的电缆很多。如用小型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备(即人机界面)。一台小型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号,完成几百个回路的运算。很显然其危险有点集中。和模拟仪表连接的电缆一样多,并且一旦小型机坏了,控制和显示都没有了。数字控制没有达到预期的目的。
  后有人提出把控制和显示分开。一台计算机完成控制计算任务,另一台计算机完成显示任务。另外,一个工艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多,其中有一些还需要闭环控制或逻辑运算,工艺过程作为被控对象的各个部分会有相对独立性,可以分成若干个独立的工序,再把在计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的点分配到数台计算机中去,把原来由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机(控制器)去完成。其中一台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术,这就是危险分散的意思。把显示、操作、打印等管理功能集中在一起,用网络把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有人把这种系统称为集散系统。
  危险究竟要分散到多少算合适呢?这与当时的计算机技术的发展水平有关。70年代中期,彻底分散就是一个控制器完成一个回路的运算。当时由于人们对数字技术不太熟息,习惯于模拟仪表,70年代末、80年代曾经风行回路控制器,把数字控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样,不改变操作习惯,内部把PID运算数字化。一块仪表(一台计算机)完成一个回路的控制任务。其价格较为昂贵,但危险是分散了。然后用通讯网络把各个控制器和以CRT为基础的人机界面连成一个系统。这时网络结构通常都是星形结构。回路的控制器的制作成本太高,价格/性能比不好。后来为了减低成本,就有两回路的、四回路的控制器, 它的价格/性能比稍好一些。对于一个大中型系统来说,DCS的价格/性能比比回路控制器组成的系统要好。有些特殊地方还是要用到一些回路控制器。
  如果所要完成的回路太多,如一个控制器采集几千点、完成几百个回路的运算,危险又太集中。在这种情况下,危险必需分散。随着计算机技术的发展,计算机的运算能力、存储容量和可靠性不断提高,一台计算机所完成的任务也可以增加。完成的任务也可集中一点。另外,控制器、网络等冗余技术也得到了发展,控制运算也可集中一些。
  从目前的DCS来看,一个控制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算,经现场使用,效果是比较好的。这就产生控制器升级的问题了。有时控制器和检测元件的距离还是比较远,这就促进现场总线的发展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线,以及HART协议接收板等都用到 DCS系统中。
  DCS分为三大部分,带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面(HMI)。由I/O板通过端子板直接与生产过程相连,读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型,每一种I/O板都有相应的端子板。
  l 模拟量输入,4-20毫安的标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板;4-16个通道不等;
  l 模拟量输出,通常都是4-20毫安的标准信号,一般它的通道比较少,4-8个个通道;
  l 开关量输入;16-32个通道:
  l 开关量输出,开关量输入和输出还分不同电压等级的板,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16个通道不等;
  l 脉冲量输入,用于采集速率的信号;4-8通道不等;
  l 快速中断输入;
  l HART协议输入板;
  l 现场总线I/O板;
  每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和完整,信号在进入I/O板以前信号要进行整修,如上下限的检查、温度补偿、滤波,这些工作可以在端子板完成,也可以分开完成,完成信号整修的板现在有人称它们为信号调理板。
  I/O总线和控制器相连。80年代的DCS由于控制器的运算能力不强,为了增加I/O点数,把控制器的任务分开,实际上是
       
控制器是DCS的核心部件,它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片,还有两个接口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完成各种运算功能的控制算法(有的DCS称为功能块库)。在库中存功能块,如控制算法PID、带死区PID,积分分离PID,算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后;比较先进的算法有史密斯预估,C语言接口、矩阵加、矩阵乘;逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序(即组态)越方便。组态按照工艺要求,把功能块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写,组态要随工艺改变而改变,所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时,用户从功能块库中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控制器在组态方式,投入运行后就成为运行方式

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