DCS与PLC控制系统的特点分析.docx
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DCS与PLC控制系统的特点分析
DCS与PLC控制系统的特点分析
DCS与PLC控制系统的特点分析
DCS与PLC都是应用于自控领域的控制系统。
随着工
业生产的快速发展,工业自动化程度越来越高,对自动控制
系统的可*性、可操作性的要求越来越高。
有许多人在选
择控制系统时对选择DCS还是PLC,哪一种更适合自己的
需求很难决定。
文章针对这种情况,对DCS与PLC系统的
发展、基本结构、配置、应用等进行比较和分析,希望对广大
读者有所帮助。
1 起源
①集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）是基
于”4C”技术（ComputerControlCommunicationCRT）在20世纪
70年代中期出现的新型工业控制系统。
采用分布式的计
算机系统结构,目的是为了减少风险,提高系统可*性。
它
将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解,再经过
总线或通讯网络将它们连接为有机整体。
1975年Honey2
well公司推出了第一套DCS控制系统,首先被应用于石油
化工行业。
②可编程控制器PLC（ProgrammableLogicController）是
一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下使用而
设计的。
工业生产过程中,大量的开关量的顺序控制,按照
逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动
作的控制,及大量离散量的数据采集,这些功能传统上是通
过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国GM（通用
汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国
数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,
首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可
编程序控制器,称ProgrammableController（PC）。
2 结构及特点
（1）DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结
合的产物。
从结构上划分,DCS包括过程级、操作级和管理
级。
过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成,
是系统控制功能的主要实施部分。
操作级包括:
操作员站
和工程师站,完成系统的操作和组态。
管理级主要是指工
厂管理信息系统（MIS系统）,作为DCS更高层次的应用,目
前国内应用这一系统的行业较少。
DCS的关键技术在于网络,从上到下是树状拓扑和并
行连续的链路结构,中间站联接计算机、现场仪器仪表和控
制装置。
PLC从结构上分为固定式和组合式（模块式）2种。
固
定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,
这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括
CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模
块能够按照一定规则组合配置。
PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图
语言的程序及辅助通讯程序,梯形图语言的解释程序的效
率决定了PLC的性能,通讯程序决定了PLC与外界交换信
息的难易。
对于简单的应用,一般以独立控制器的方式运
作,不需与外界交换信息,只需内部固化有能解释梯形图语
言的程序即可。
（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,采用国际标准协议TCP/IP。
它是
安全可*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,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。
（3）DCS整体考虑方案。
操作员站都具备工程师站的
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、任何被控装置之间都是相互连
锁控制,协调控制的。
DCS能够控制和监视工艺全过程,
对自身进行诊断、维护和组态。
可是,由于自身的致命弱
点,其I/O信号采用传统的模拟量信号,因此,它无法在
DCS工程师站上对现场仪表（比如变送器、执行器等）进行
远方诊断、维护和组态。
当采用现场总线仪表时才能经过
现场测控站对现场仪表进行诊断和维护。
原来单用PLC互相连接构成的系统,其站与站（PLC与
PLC）之间的联系是一种松散的连接方式,做不出协调控制
的功能。
现在的PLC能够采用共同的上位机,使用PLC网
络（如Siemens公司的SINEC-L1、SINEC-H1、S4、S5、S6、S7
等,GE公司的GENET、三菱公司的MELSEC-NET、MELSEC
-NET/MINI等）来协调控制。
（4）DCS在整个设计上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,缺点是成本高,各公司产品
不能互换,不能互操作,大DCS系统是各家不同的.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）在安全性上,DCS系统为保证控制设备的安全可
*,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动的切换为工作单元,
保证整个系统的安全可*。
PLC所搭接的系统基本没有冗
余的概念,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。
因此DCS系统安全可*性更高。
（6）系统软件,对各种工艺控制方案进行更新是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
能够了。
下装过程是由系统自动完成的,不影响原控制方
案运行。
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,
调试时间长和调试成本高,而且极其不利于日后的维护,在
控制精度上相差甚远。
因此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。
（7）模块DCS系统所有I/O模块都带有CPU,能够实
现对采集及输出信号品质的判断与标量变换,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,发生故障后相应单元全部瘫痪。
①PLC响应速度快;DCS响应速度慢。
②DCS要作复杂的运算,内存较大;PLC一般不做复杂
运算,内存小。
③DCS的数据库统一,能够应用工位号管理;PLC的数
据库不统一,必须以地址为基础管理。
④冗余功能,DCS更容易实现。
（8）DCS与PLC的系统内核的实现形式不同。
因为
DCS的控制程序编译以后的代码是采用程序调用运行的,
而PLC的程序是采用编译后对语句代码的顺序扫描实现
的。
这就是为什么PLC至今对模拟量的处理不如DCS功
能强大,而DCS对开关量的处理不如PLC快速的原因。
至
于Siemens等公司现在推出的PCS7等一体化系统都是在她
们的CPU模块中采用双CPU进行处理,分别完成模拟量和
开关量的处理,表面上看似一个系统,实际是双系统的整
合。
3 主要制造商和产品
（1）自1975年以来,第四代DCS产品已推上市场,主
要生产厂家及产品有美国的HoneyWell公司（TDC、
TDC3000、TPS、PKS）、Westinghous公司（WDPF、Ovation）,日本
的横河公司、日立公司、山武霍尼威尔公司,德国SIEMENS
公司、Hartmann&Braun公司、EURO公司,瑞士的ABB公司
（N90、INDUSTRIALIT、INFI90）;国内主要有北京安控科技发
展有限公司,北京和利时有限公司（MACS、FOCS）,浙大中自
（JX300X、JX500）,新华公司（XDPS-400）等。
（2）PLC在全世界有大约200家生产厂家,主要厂家及
产品有施耐德公司（Quantum、Premium、Momentum等）,A-B
公司（SLC、MicroLogix、ControlLogix等）,西门子公司（SIMAT2
ICS7-400/300/200系列）,GE公司,日本欧姆龙、三菱、富
士、松下等;国内PLC生产厂约30家,但没有形成颇具规模
的生产能力和名牌产品,还有一部分是以仿制、来件组装
或”贴牌”方式生产。
4 应用状况
（1）自1975年Honeywell公司推出第一套DCS以后,全
世界有60余家公司生产了1500余种产品,当前约有10000
套DCS在运行。
中国DCS发展较晚,大约在20世纪80年
代末才开始逐渐普及。
当前还处在从大型工程逐步向中、
小型工程,从主要应用领域（如石化、化工、电力、冶金等行
业）逐步向全工业范围（如市政、食品、建材、环保、交通等）
扩展阶段,市场远没有饱和。
特别在最近一段时期,将会有
大量的国内企业采用先进的DCS来改造传统产业,它们的
技术改造为DCS提供了十分巨大的市场空间。
当前,中国国民经济的主要领域使用DCS系统已经十
分普遍,不但大型、中型工程项目采用,不少小型项目也开
始采用。
DCS现在是流程工业自控系统最主要的产品。
石化是DCS使用比较早和普遍的领域,石化领域采购
DCS的金额占设备采购总金额的13.6%。
该领域几乎全部
大型工程都是采用国外系统,其中Honeywell公司、日本横
河电机株式会社处于领先地位。
化工领域也是DCS的主要应用领域,大约占设备采购
总金额的20.3%。
在化工领域国产DCS已经取得较大的
业绩,但该领域销售额最高的当前还是日本横河,其次是
Honey-well、浙大中自、Emerson以及北京和利时等公司。
火电站是DCS的大用户,每年占DCS市场总额的34.9%
（含核电和热电系统）。
现在除60万千瓦机组和部分30万
千瓦新建机组外,30万千瓦改造机组和30万千瓦以下的
新建机组已经大量采用国产DCS。
冶金领域随着技术的发展以及该行业自身对
__的特殊要求,DCS的使用量正在逐步减小,被PLC系统所替
代。
当前,DCS的金额大约占设备采购总金额的12%,
ABB和Siemens在冶金领域名列前茅。
食品行业以酿酒行业使用最多,Siemens由于与丹麦一
家啤酒厂合作开发了一套专用系统,在中国市场占有率最
高,其次为Honeywell。
（2）PLC技术自二十世纪80年代走向成熟以来,产品
的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能
力均大大增强,不再局限于逻辑控制的应用,而越来越应用
于过程控制方面。
当前世界上有200多个厂家生产300多
种PLC产品,应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/
制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等
行业。
5 发展前景
随着DCS与PLC功能的不断发展和完善,新型的DCS
与新型的PLC,都有向对方*拢的趋势。
新型的DCS已有
很强的顺序控制功能;而新型的PLC,在处理闭环控制方面
性能较好,而且无论在控制器方面还是网络方面都能做到
冗余。
二者能组成大型网络,适用范围已有很大的交叉,技
术上相互融合,并在此基础上集成了全数字化的FCS（现场
总线控制系统）。
FCS系统在中国工控领域已得到广泛应
用,但还没成为主流控制,而且在中国还存在一些问题,有
待进一步完善。
因此用户对FCS的接受和认可还需要一个
过程。
6 结论
随着计算机技术和微电子技术的快速发展,DCS与
PLC除各自保留自身原有的特点外,又相互补充,形成新的
系统。
新型的DCS和PLC功能上已没有多大的差别。
如
果说它们有什么区别的话,就是设计原理不同。
PLC是基
于开关量控制而开发、发展起来的,而DCS起源于模拟量
控制系统。
PLC的优势是顺序控制,DCS的优势是模拟量
控制。
若控制回路较多、模拟量的采集量较大,特别是在热
电阻、热电偶的采集量较多的情况下,应选用DCS。
若都是
逻辑控制,应选用PLC。
介于二者之间的,按投资预算决
定。
若投资预算比较充分,就能够决定采用DCS。
因为
DCS不但在完成模拟量控制方面比较善长,而且有几种
PLC经现场使用证明,它们的热电阻的输入模块和DCS的
输入模块的价格基本一样,从调试的角度看,PLC的信号输
入卡没有DCS的好用,有时在调试时还容易损坏。
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