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DCS系统与PLC哪个好? DCS与PLC的优劣对比

合众高科 | 废水零排放方案提供商 2019/10/15 01:46

PLC和DCS在工业自动化控制中占有举足轻重的地位,而工业自动化控制是国家工业发展战略的核心。PLC以及DCS在工业控制的各个环节中不断的升级、完善,已经成为现代工业生产制造中不可或缺的工具。

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DCS和PLC的定义

DCS控制系统,在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统,是相对于集中控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中控制系统的基础上发展、演变而来的。

DCS作为一个集过程控制和过程监控为一体的计算机综合系统,在通信网络的不断带动下,DCS系统已经成为了一个综合计算机,通信、显示和控制等4C技术的完整体系。其主要特点是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

现如今的DCS系统可以广泛地用于工业装置的生产控制和经营管理,在化工、电力、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。

PLC,即逻辑可编程控制器,是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程,是工业控制的核心部分。

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DCS和PLC控制器的差别

DCS和PLC控制器的主要差别是在开关量和模拟量的运算上,即使后来两者相互有些渗透,但是仍然有区别。80年代以后,PLC除逻辑运算外,也增加了一些控制回路算法,但要完成一些复杂运算还是比较困难,PLC用梯形图编程,模拟量的运算在编程时不太直观,编程比较麻烦。但在解算逻辑方面,表现出快速的优点。而DCS使用功能块封装模拟运算和逻辑运算,无论是逻辑运算还是复杂模拟运算的表达形式都非常清晰,但相对PLC来说逻辑运算的表达效率较低。

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DCS和PLC在火电厂的应用

在火电厂热工自动化领域,DCS和PLC是两个完全不同而又有着千丝万缕联系的概念。DCS和PLC都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物,火电厂主机控制系统用的是DCS,而PLC主要应用在电厂辅助车间。DCS和PLC都有操作员站提供人机交互的手段、都依靠基于计算机技术的控制器完成控制运算、都通过I/O卡件完成与一次元件和执行装置的数据交换、都具备称之为网络的通信系统。

随着国内电厂装机容量的不断扩大及电力系统改革的推进,对辅助车间控制的要求也不断提高,在这个大环境,DCS系统进入辅助车间控制已成为趋势。NT6000DCS因其综合的技术经济优势,已经并将继续在辅助车间控制方面发挥越来越大的作用。

在辅助车间应用广泛的PLC也并不会就此退出热工自动化的历史舞台,前所未有的竞争压力,将会促使PLC厂商在技术上向DCS标准靠拢,在价格上作出更大的努力。DCS和PLC市场竞争的结果,将会使用户获得更大的利益。

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DCS和PLC的控制处理能力

一个PLC的控制器,往往能够处理几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。而DCS的控制器,一般只能处理几百个I/O点(不超过500个I/O)。

从集散体系的要求来说,不允许有控制集中的情况出现,太多点数的控制器在实际应用中是毫无用处的,DCS开发人员根本就没有开发带很多I/O点数控制器的需要驱动,他们的主要精力在于提供体系的可靠性和灵活性。而PLC不一样,作为一个独立的柔性控制装置,带点能力越强当然也就代表其技术水平越高了,至于整个控制体系的应用水平呢,这主要是工程商和用户的事情,而不是PLC制造商的核心目标。控制处理能力的另一个指标,运算速度,在人们印象当中PLC也比DCS要快很多。

新型的DCS控制器学习了大型PLC的设计,在控制周期方面的表现获得了大幅度的提高。以NT6000DCS的T2550控制器为例。控制器可以设置四个不同优先级的任务,最小运算周期可以设为10ms,配合高速I/O卡件,控制周期能够达到15~20ms。而模拟量运算设置在其它周期较长的任务中。

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DCS和PLC的市场情况和发展方向

在热工自动化领域,主厂房控制系统基本上毫无例外地使用DCS。而在辅助车间才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系统非常昂贵,人们认为辅助车间的运行可以间断,可靠性要求不是很高,且模拟量控制要求较少,从降低成本的角度出发,往往选择PLC来构建控制系统。而锅炉、汽机和发电机的控制系统,要求长期稳定可靠地运行,信号中含有相当比例的模拟量,从系统的性能出发,人们不得不选择了昂贵的DCS。

另外,分析一下主厂房DCS和辅助车间控制系统的市场竞争情况,我们会发现一个有趣的现象。主厂房DCS的竞争往往在不同品牌的供应商或代理商之间展开,竞争激烈,DCS的价格不断下调。而辅助车间控制系统的竞争往往在同一品牌PLC的各个工程商之间进行,门槛较低,竞争更加激烈,但是PLC的价格下调幅度却并不如DCS明显。主要原因是DCS的生产商直接参与竞争,在巨大的市场压力下,不断下调设备制造费用和工程实施费用。而PLC的生产商不直接参与竞争,各个工程商只能下调自身有限的工程费用,空间有限。从现在情况看来,DCS与高档PLC的价格差距已不明显,辅助车间仍然较多地采用PLC,是市场的惯性使然。

PLC和DCS产品市场可谓风起云涌、竞争激烈。纵观PLC市场群星璀璨:世界上有200多家公司生产400多个品种系列的PLC,应用于电力、石油石化、冶金、材料、包装、造纸、汽车和市政各个行业。从行业角度来看,国外厂商占山为王,有着属于各自的势力范围。

DCS市场与PLC相差无几,基本由国外业内强者所把持,可喜的是一批本土厂商如Hollysys、Supcon、Xinhua等企业逐渐发展壮大。由于DCS技术含量高,很多对产品的需求都建立在项目的基础上,这样对DCS的需求也将是一个周期性较长的过程,因此DCS市场格局短时间内难有较大改变。当然,由于行业发展速度的不规律性,侧重行业不同的公司可能会因此而发生一些变化。

在今后的控制系统的发展中,我们将会看到DCS和PLC技术逐渐融合的局面,这对它们各自的发展以及各行各业的发展都有种促进的作用

06

PLC和DCS的区别

1、从发展的方面来说:

DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此,DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制,比如我们使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系统甚至没有PID数量的限制(PID,比例微分积分算法,是调节阀、变频器闭环控制的标准算法,通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量)。PLC从传统的继电器回路发展而来,最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力,因此,PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。

2、从系统的可扩展性和兼容性的方面来说:

市场上控制类产品繁多,无论DCS还是PLC,均有很多厂商在生产和销售。对于PLC系统来说,一般没有或很少有扩展的需求,因为PLC系统一般针对于设备来使用。一般来讲,PLC也很少有兼容性的要求,比如两个或以上的系统要求资源共享,对PLC来讲也是很困难的事。而且PLC一般都采用专用的网络结构,比如西门子的MPI总线性网络,甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。

DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系,但大部分的DCS系统,比如横河YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等等,虽说系统内部(过程级)的通讯协议不尽相同,但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络,采用标准或变形的TCP/IP协议。在这种网络中,控制器、计算机均作为一个节点存在,只要网络到达的地方,就可以随意增减节点数量和布置节点位置。另外,基于windows系统的OPC、DDE等开放协议,各系统也可很方便的通讯,以实现资源共享。

3、从数据库来说:

DCS一般都提供统一的数据库。换句话说,在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中,就可在任何情况下引用,比如在组态软件中,在监控软件中,在趋势图中,在报表中……而PLC系统的数据库通常都不是统一的,组态软件和监控软件甚至归档软件都有自己的数据库。为什么常说西门子的S7 400要到了414以上才称为DCS?因为西门子的PCS7系统才使用统一的数据库,而PCS7要求控制器起码到S7 414-3以上的型号。

4、从时间调度上来说:

PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。PLC程序是从头到尾执行一次后又从头开始执行。(现在一些新型PLC有所改进,不过对任务周期的数量还是有限制)而DCS可以设定任务周期。比如,快速任务等。同样是传感器的采样,压力传感器的变化时间很短,我们可以用200ms的任务周期采样,而温度传感器的滞后时间很大,我们可以用2s的任务周期采样。这样,DCS可以合理的调度控制器的资源。

5、从网络结构发面来说:

一般来讲,DCS惯常使用两层网络结构,一层为过程级网络,大部分DCS使用自己的总线协议,比如横河的Modbus、西门子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等,这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。现场IO模块,特别是模拟量的采样数据(机器代码,213/扫描周期)十分庞大,同时现场干扰因素较多,因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。基于RS485串口异步通讯方式的总线结构,符合现场通讯的要求。

IO的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据,在操作级网络(第二层网络)上传输。因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准,同时因操作级网络一般布置在控制室内,对抗干扰的要求相对较低。因此采用标准以太网是最佳选择。TCP/IP协议是一种标准以太网协议,一般我们采用100Mbit/s的通讯速度。

PLC系统的工作任务相对简单,因此需要传输的数据量一般不会太大,所以常见的PLC系统为一层网络结构。过程级网络和操作级网络要么合并在一起,要不过程级网络简化成模件之间的内部连接。PLC不会或很少使用以太网。

6、从应用对象的规模上来说:

PLC一般应用在小型自控场所,比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁,而大型的应用一般都是DCS。当然,这个概念不太准确,但很直观,习惯上我们把大于600点的系统称为DCS,小于这个规模叫做PLC。我们的热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就是称为PLC。

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