控制



[工控] DCS和PLC 之间有什么不同,及FCS现场总线精华
brake 发表于:2007/4/27 17:19:14

DCS(Distributed Contorl System),集散控制系统,又称分布式控制系统。
   PLC(Program Logic Control ),可编程逻辑控制器。
   FCS(FieldBus Contorl Syestem),现场总线控制系统
○首先,DCS和PLC 之间有什么不同?
  
  
   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。这样就提供了很方便的可扩展能力。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。
  
  
   ○说了这么多PLC与DCS的区别,但我们应该认识到,PLC与DCS发展到今天,事实上都在向彼此靠拢,严格的说,现在的PLC与DCS已经不能一刀切开,很多时候之间的概念已经模糊了。现在,我们来讨论一下彼此的相同(似)之处。
  
  
   1、从功能来说:
  
  
   PLC已经具备了模拟量的控制功能,有的PLC系统模拟量处理能力甚至还相当强大,比如横河FA-MA3、西门子的S7 400、ABB 的Control Logix 和施耐德的Quantum系统。而DCS也具备相当强劲的逻辑处理能力,比如我们在CS3000上实现了一切我们可能使用的工艺联锁和设备的联动启停。
  
  
   2、从系统结构来说:
  
  
   PLC与DCS的基本结构是一样的。PLC发展到今天,已经全面移植到计算机系统控制上了,传统的编程器早就被淘汰。小型应用的PLC一般使用触摸屏,大规模应用的PLC全面使用计算机系统。和DCS一样,控制器与IO站使用现场总线(一般都是基于RS485或RS232异步串口通讯协议的总线方式),控制器与计算机之间如果没有扩展的要求,也就是说只使用一台计算机的情况下,也会使用这个总线通讯。但如果有不止一台的计算机使用,系统结构就会和DCS一样,上位机平台使用以太网结构。这是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。
  
  
   3、PLC和DCS的发展方向:
  
  
   小型化的PLC将向更专业化的使用角度发展,比如功能更加有针对性、对应用的环境更有针对性等等。大型的PLC与DCS的界线逐步淡化,直至完全融和。
   DCS将向FCS的方向继续发展。FCS的核心除了控制系统更加分散化以外,特别重要的是仪表。FCS在国外的应用已经发展到仪表级。控制系统需要处理的只是信号采集和提供人机界面以及逻辑控制,整个模拟量的控制分散到现场仪表,仪表与控制系统之间无需传统电缆连接,使用现场总线连接整个仪表系统。(目前国内有横河在中海壳牌石化项目中用到了FCS,仪表级采用的是智能化仪表例如:EJX等,具备世界最先进的控制水准)。
  
  
   ○如何正确对待PLC和DCS?
  
  
   我个人从不强调PLC和DCS之间孰优孰劣,我把它们使用了一个新名词“控制类产品”。我们提供给用户的是最适合用户的控制系统。绝大多数用户不会因为想使用一套DCS而去使用DCS,控制类产品必须定位在满足用户的工艺要求的基础之上。其实提出使用DCS还是PLC的用户大抵是从没接触过自控产品或有某种特殊需求的。过分强调这个东东只会陷入口舌之争。
   从PLC与DCS之间的区别和共同之处我们了解了控制类产品的大抵情况。注意,作为专业人士,我们自己不要为产品下PLC还是DCS的定义,自己的心理上更不能把产品这样来区别对待。
  



  针对论题回复
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回复时间:2005-12-13 16:43:58 回复人:plh 

回复:几点补充和杂音  [68] 
   从概念上讲,PLC、DCS本来就不是一个逻辑层次上的概念,从名称上就能看出:PLC是以功能命名,DCS是以体系结构命名。PLC就可以组成DCS嘛!当然性能差异还是现实的存在,但要具体看产品和需要。从应用角度来说,简单地以PLC、DCS来区分,往往走入误区。
   
   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。
   
   我们不得不从PLC和DCS的起源谈起:PLC的发展基于制造业的现场控制需求,DCS大发展基于化工行业的连续过程控制和监控。从控制需求分类看,控制系统可分成:顺序控制(PLC的基本功能)、过程控制(DCS)、位置控制(CNC)、传动控制(调速或同步),但从发展的角度来看,这几部分控制方式在渐渐融合。如果非要说出不同来,我认为有如下几点:
  
   1、面向对象不同:PLC面向一般工控制领域,通用性强。DCS偏重过程控制,用于化工行业。
  
   2、DCS强调连续过程控制的精度,可实现PID、前馈、串级、多级、模糊、自适应等复杂控制,一般PLC仅具有PID功能,控制精度不如DCS高。
  
   3、DCS系统具有功能强大的SCAND软件包,具有配方功能,并针对不同行开发了专家软件(化工工艺参数配置和控制算法),比PLC应用方便。
  
   最后需要说的,现代PLC已经能够完成DCS的绝大部分功能,并能做冗余或热备,模块也可以带电插拔。选用PLC还是DCS关键看你面向的对象是什么。经济、可靠、便捷才是最重要的。


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回复:DCS和PLC 之间有什么不同,及FCS现场总线
tiaskyzml 发表于:2007/6/11 11:01:54

DCS控制系统有以下特点:

   1)成熟的复杂回路智能控制策略: 能提高用户系统的控制精度,从而提高产品质量;提高(被控对象)系统的运行的稳定性和安全性,真正实现减人降耗;提高系统的反应速度,避免人工控制的超调或滞后,避免(被控对象)系统运行的大起大落。
·如可避免锅炉的汽包的干烧或满水,汽包水位的投自动大大减轻操作工的劳动强度;锅炉氧量的自动可使风煤比处于最佳值,提高锅炉效率;锅炉负荷的投自动可使锅炉能迅速响应热(电)用户负荷的变化。
 

   2)能全面实现控制器和上位机的冗余(双机热备)功能,是全面冗余设计的系统,确保用户设备安全可靠连续运行,所有的部件都可在线更换,支持热插拔,可用于重要的、不允许停机的设备的控制;冗余设计的系统可大大降低系统的造价(用户可比较一下工业以太网交换机和商用以太网交换机的价格)。

·冗余以太网通讯·冗余控制器·冗余的mmi层上位机·冗余电源·冗余的RS485通讯 

   3)看的见的便利:简洁的系统网络结构,可靠易用的控制软件:以图形化、模块化的可视编程方法,支持在线组态,远程组态(控制室集中组态或通过电话线远程组态),支持离线仿真组态,减少系统的安装、组态和调试时间,工作量为一般PLC系统的1/3;可减少现场调试人员,甚至能让最终用户轻松学会,我们可上门演示介绍,用户眼见为实。

   4)主要采用经过验证的、低成本的、集成方便的商业技术,有很高的性价比,这些技术广为人知,而且在各种工业中都得到了验证。
·MS Windows操作系统·工业计算机·以太网技术·RS485 ·CAN总线标准·工业电源 ·

  5)通讯介质选择灵活:屏蔽网线、屏蔽双绞线、电源线、光缆、无线通讯。

  6)比得出的实惠:整个控制系统(含硬件和管控一体化控制软件)的价格仅为外国厂家的1/3(以西门子PCS为例);让您立刻省钱,免费为用户做配置和报价比较。

  7)可任意规模:小规模的系统可为: 一台计算机(含MMI管理软件和CSM控制软件)和一个我们IO组件;大的可有几百台上位机(含MMI管理软件)和几十对冗余控制器(含CSM控制软件),几万个点的系统规模,如:电厂设备控制系统和一个城市的自来水控制系统。

  8)我们IO组件采用多种抗干扰措施,我们IO组件 的电路设计采用全面光电隔离,内外电源分开。
http://www.eyflu.com.cn//


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