DCS和PLC的定義
DCS控制系統(tǒng),在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng),是相對(duì)于集中控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它是在集中控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來(lái)的。
DCS作為一個(gè)集過(guò)程控制和過(guò)程監(jiān)控為一體的計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng),在通信網(wǎng)絡(luò)的不斷帶動(dòng)下,DCS系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個(gè)綜合計(jì)算機(jī),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(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
現(xiàn)如今的DCS系統(tǒng)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(yīng)用已經(jīng)十分普及。
PLC,即邏輯可編程控制器,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程,是工業(yè)控制的核心部分。
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(yùn)算上,即使后來(lái)兩者相互有些滲透,但是仍然有區(qū)別。80年代以后,PLC除邏輯運(yùn)算外,也增加了一些控制回路算法,但要完成一些復(fù)雜運(yùn)算還是比較困難,PLC用梯形圖編程,模擬量的運(yùn)算在編程時(shí)不太直觀,編程比較麻煩。但在解算邏輯方面,表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)。而DCS使用功能塊封裝模擬運(yùn)算和邏輯運(yùn)算,無(wú)論是邏輯運(yùn)算還是復(fù)雜模擬運(yùn)算的表達(dá)形式都非常清晰,但相對(duì)PLC來(lái)說(shuō)邏輯運(yùn)算的表達(dá)效率較低。
DCS和PLC在火電廠的應(yīng)用
在火電廠熱工自動(dòng)化領(lǐng)域,DCS和PLC是兩個(gè)完全不同而又有著千絲萬(wàn)縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,火電廠主機(jī)控制系統(tǒng)用的是DCS,而PLC主要應(yīng)用在電廠輔助車間。DCS和PLC都有操作員站提供人機(jī)交互的手段、都依靠基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制器完成控制運(yùn)算、都通過(guò)I/O卡件完成與一次元件和執(zhí)行裝置的數(shù)據(jù)交換、都具備稱之為網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)。
隨著國(guó)內(nèi)電廠裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大及電力系統(tǒng)改革的推進(jìn),對(duì)輔助車間控制的要求也不斷提高,在這個(gè)大環(huán)境,DCS系統(tǒng)進(jìn)入輔助車間控制已成為趨勢(shì)。NT6000DCS因其綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),已經(jīng)并將繼續(xù)在輔助車間控制方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
在輔助車間應(yīng)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(tái),前所未有的競(jìng)爭(zhēng)壓力,將會(huì)促使PLC廠商在技術(shù)上向DCS標(biāo)準(zhǔn)靠攏,在價(jià)格上作出更大的努力。DCS和PLC市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果,將會(huì)使用戶獲得更大的利益。
DCS和PLC的控制處理能力
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(dá)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(xiàn),太多點(diǎn)數(shù)的控制器在實(shí)際應(yīng)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(shù)控制器的需要驅(qū)動(dòng),他們的主要精力在于提供體系的可靠性和靈活性。而PLC不一樣,作為一個(gè)獨(dú)立的柔性控制裝置,帶點(diǎn)能力越強(qiáng)當(dāng)然也就代表其技術(shù)水平越高了,至于整個(gè)控制體系的應(yīng)用水平呢,這主要是工程商和用戶的事情,而不是PLC制造商的核心目標(biāo)??刂铺幚砟芰Φ牧硪粋€(gè)指標(biāo),運(yùn)算速度,在人們印象當(dāng)中PLC也比DCS要快很多。
新型的DCS控制器學(xué)習(xí)了大型PLC的設(shè)計(jì),在控制周期方面的表現(xiàn)獲得了大幅度的提高。以NT6000DCS的T2550控制器為例??刂破骺梢栽O(shè)置四個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù),最小運(yùn)算周期可以設(shè)為10ms,配合高速I/O卡件,控制周期能夠達(dá)到15~20ms。而模擬量運(yùn)算設(shè)置在其它周期較長(zhǎng)的任務(wù)中。
DCS和PLC的市場(chǎng)情況和發(fā)展方向
在熱工自動(dòng)化領(lǐng)域,主廠房控制系統(tǒng)基本上毫無(wú)例外地使用DCS。而在輔助車間才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系統(tǒng)非常昂貴,人們認(rèn)為輔助車間的運(yùn)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(gòu)建控制系統(tǒng)。而鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng),要求長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,信號(hào)中含有相當(dāng)比例的模擬量,從系統(tǒng)的性能出發(fā),人們不得不選擇了昂貴的DCS。
另外,分析一下主廠房DCS和輔助車間控制系統(tǒng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象。主廠房DCS的競(jìng)爭(zhēng)往往在不同品牌的供應(yīng)商或代理商之間展開(kāi),競(jìng)爭(zhēng)激烈,DCS的價(jià)格不斷下調(diào)。而輔助車間控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)往往在同一品牌PLC的各個(gè)工程商之間進(jìn)行,門檻較低,競(jìng)爭(zhēng)更加激烈,但是PLC的價(jià)格下調(diào)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(jìng)爭(zhēng),在巨大的市場(chǎng)壓力下,不斷下調(diào)設(shè)備制造費(fèi)用和工程實(shí)施費(fèi)用。而PLC的生產(chǎn)商不直接參與競(jìng)爭(zhēng),各個(gè)工程商只能下調(diào)自身有限的工程費(fèi)用,空間有限。從現(xiàn)在情況看來(lái),DCS與高檔PLC的價(jià)格差距已不明顯,輔助車間仍然較多地采用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(jìng)爭(zhēng)激烈。縱觀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(yīng)用于電力、石油石化、冶金、材料、包裝、造紙、汽車和市政各個(gè)行業(yè)。從行業(yè)角度來(lái)看,國(guó)外廠商占山為王,有著屬于各自的勢(shì)力范圍。
DCS市場(chǎng)與PLC相差無(wú)幾,基本由國(guó)外業(yè)內(nèi)強(qiáng)者所把持,可喜的是一批本土廠商如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(duì)產(chǎn)品的需求都建立在項(xiàng)目的基礎(chǔ)上,這樣對(duì)DCS的需求也將是一個(gè)周期性較長(zhǎng)的過(guò)程,因此DCS市場(chǎng)格局短時(shí)間內(nèi)難有較大改變。當(dāng)然,由于行業(yè)發(fā)展速度的不規(guī)律性,側(cè)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(tǒng)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(duì)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。
plc和dcs的區(qū)別
1、從發(fā)展的方面來(lái)說(shuō):
DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。因此,DCS從先天性來(lái)說(shuō)較為側(cè)重儀表的控制,比如我們使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系統(tǒng)甚至沒(méi)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(biāo)準(zhǔn)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(lái),最初的PLC甚至沒(méi)有模擬量的處理能力,因此,PLC從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能力。
2、從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性的方面來(lái)說(shuō):
市場(chǎng)上控制類產(chǎn)品繁多,無(wú)論DCS還是PLC,均有很多廠商在生產(chǎn)和銷售。對(duì)于PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō),一般沒(méi)有或很少有擴(kuò)展的需求,因?yàn)镻LC系統(tǒng)一般針對(duì)于設(shè)備來(lái)使用。一般來(lái)講,PLC也很少有兼容性的要求,比如兩個(gè)或以上的系統(tǒng)要求資源共享,對(duì)PLC來(lái)講也是很困難的事。而且PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),比如西門子的MPI總線性網(wǎng)絡(luò),甚至增加一臺(tái)操作員站都不容易或成本很高。
DCS在發(fā)展的過(guò)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(shuō)系統(tǒng)內(nèi)部(過(guò)程級(jí))的通訊協(xié)議不盡相同,但操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò),采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP協(xié)議。diangon.com這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。在這種網(wǎng)絡(luò)中,控制器、計(jì)算機(jī)均作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在,只要網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的地方,就可以隨意增減節(jié)點(diǎn)數(shù)量和布置節(jié)點(diǎn)位置。另外,基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開(kāi)放協(xié)議,各系統(tǒng)也可很方便的通訊,以實(shí)現(xiàn)資源共享。
3、從數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō):
DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。換句話說(shuō),在DCS系統(tǒng)中一旦一個(gè)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)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(shì)圖中,在報(bào)表中……而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)。為什么常說(shuō)西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS?因?yàn)槲鏖T子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù),而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號(hào)。
4、從時(shí)間調(diào)度上來(lái)說(shuō):
PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開(kāi)始執(zhí)行。(現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn),不過(guò)對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制)而DCS可以設(shè)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(diào)度控制器的資源。
5、從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)面來(lái)說(shuō):
一般來(lái)講,DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一層為過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò),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(biāo)準(zhǔn)串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎(chǔ)上?,F(xiàn)場(chǎng)IO模塊,特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)(機(jī)器代碼,213/掃描周期)十分龐大,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)干擾因素較多,因此應(yīng)該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)?;赗S485串口異步通訊方式的總線結(jié)構(gòu),符合現(xiàn)場(chǎng)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(jí)網(wǎng)絡(luò)(第二層網(wǎng)絡(luò))上傳輸。因此操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)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(luò)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)因操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般布置在控制室內(nèi),對(duì)抗干擾的要求相對(duì)較低。因此采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是最佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)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(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單,因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會(huì)太大,所以常見(jiàn)的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)和操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起,要不過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會(huì)或很少使用以太網(wǎng)。
6、從應(yīng)用對(duì)象的規(guī)模上來(lái)說(shuō):
PLC一般應(yīng)用在小型自控場(chǎng)所,比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖,而大型的應(yīng)用一般都是DCS。當(dāng)然,這個(gè)概念不太準(zhǔn)確,但很直觀,習(xí)慣上我們把大于600點(diǎn)的系統(tǒng)稱為DCS,小于這個(gè)規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產(chǎn)品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱為PLC。