jumoudianchangdeyiweipengyoushuo


，youyuduikekaoxingdekeyizhuiqiuhexiangduibaoshoudejishulinian，huodianchangdezidonghuajishuhezhuangbeishuipingluohouyudangjinzuixianjindezidonghuajishushuipingyuel0年，而核電站則更是落後l5～加年。我原來不相信，通過在電廠工作一段時間中的見聞，特別是讀了這篇在電廠具有代表性觀點的文章後
，才深有感觸，確實如此。

   在火電廠熱工自動化領域，DCS和PLC是兩個完全不同而又有著千絲萬縷聯係的概念。DCS和PLC都是計算機技術與工業控製技術相結合的產物，火電廠主機控製係統用的是DCS，而PLC主要應用在電廠輔助車間。DCS和PLC都有操作員站提供人機交互的手段、都依靠基於計算機技術的控製器完成控製運算
、都通過I／0卡件完成與一次元件和執行裝置的數據交換、都具備稱之為網絡的通信係統。

   DCS和PLC如此相似
，為什麼會有完全不同的概念
，我們在工程實踐中如何進行選擇?本文從曆史沿革
、技術特點、發展方向等幾個方麵作一綜述
，希望能夠對熱工專業人員有所借鑒。其中的DCS的情況以科遠的NT6000為例，力求例舉詳實闡述清晰。

   1 DCS和PLC的曆史沿革及核心概念

   DCS為分散控製係統的英文(DISTRIBuTED CONTROLSYSTEM)簡稱。指的是危險分散、數據集中。70年代中期進入市場，完成模擬量控製，代替以PID運算為主的模擬控製儀表。首先提出DCS這樣一種思想的是儀表製造廠商
，當時主要應用於化工行業。而PLC於60年代末研製成功，稱作邏輯運算的可編程序控製器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。主要應用於汽車製造業。

   DCS和PLC的設計原理區別較大
，PLC是從摸仿原繼電器控製原理發展起來的
，70年代的PLC隻有開關量邏輯控製。它以存儲執行邏輯運算、順序控製

、定時、計數和運算等操作的指令；並通過數字輸入和輸出操作
，來控製各類機械或生產過程。用戶編製的控製程序表達了生產過程的工藝要求。將其存入PLC的用戶程序存儲器
，運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。

   DCS是在運算放大器的基礎上得以發展的。把所有的數、各過程變量之間的關係都設計成功能塊。70年代中期的DCS隻有模擬量控製。DCS和PLC控製器的主要差別是在開關量和模擬量的運算上(這是20年以前的概念。當今DCS與PLC的主要差別在於它們各自具有不同的高端功能。如DCS的複雜過程控製和SOE(事件日誌排序)功能。PLC的高速采集和運動控製功能等：此外。另一實質差別是DCS係統的程序一般采用可設置的多種固定程序掃描周期和多任務、多線程工作製度，而PLC多為由所運行的程序大小決定的不固定的隨機程序掃描周期(其變種PCC除外)和多任務
、單線程工作製度一編者注)，即使後來兩者相互有些滲透，但是仍然有區別。80年代以後，PLC除邏輯運算外，也增加了一些控製回路算法，但要完成一些複雜運算還是比較困難
，PLC用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時不太直觀，編程比較麻煩。但在解算邏輯方麵，表現出快速的優點(當今的PLC已不僅具備符合IEC61 131—3標準的5種工業控製器專用編程語言。而且某些高檔產品還可以直接采用C和BASIC等高級語言編程。反過來說。DCS係統也具備PLC係統的基本軟件功能一編者注)。而DCS使用功能塊封裝模擬運算和邏輯運算，無論是邏輯運算還是複雜模擬運算的表達形式都非常清晰，但相對PLC來說邏輯運算的表達效率較低。

   DCS和PLCzailishiyangeshangdechayishimingxiande，duitamenhouxudefazhanchanshenglezhongdayingxiang。raner，duihouxufazhanyingxiangzuidade
，bingbushiqiyuanjishushangdechabie
，ershiqiqiyuangainiandechabie。DCS的核心概念是危險分散，數據集中的計算機控製係統，因此DCS的發展過程，就是在不斷的運用計算機技術、通訊技術和控製技術最新成果，來構建一個完整的集散控製體係，DCS給用戶提供的是一個完整的麵向工業控製的安全可靠高效靈活的解決方案。而PLC的核心概念是可編程序控製器， 目的是用來取代繼電器，執行邏輯
、計時、計數等順序控製功能

，建立柔性程序控製裝置。所以
，PLC不斷發展的主線是在不斷地提高各項能力指標
，給用戶提供一個完善的功能靈活的控製裝置(注意：西門子的DCS— PCS7就是由其S7—400(H)PLC硬件、通訊網絡和相應的專門軟件構成的分布式控製係統一編者注)

   DCS是一個體係
，PLC是一個裝置，這是兩者在概念上的根本區別。這個區別的影響是深刻，它滲透到了技術經濟的每一個方麵。

   (這個概念早已過時。首先要明確單台傳統的DCS控製器與DCS係統，單台PLC控製器與PLC係統不是同一概念。暫且把DCS係統看成是基於DCS控製器和網絡的基礎自動化係統。而PLC係統則是基於PLC控製器和網絡的基礎自動化係統
，雖然它們都還可能向上擴展管理信息係統。其實DCS也是一種分布式控製係統的架構模式，它的控製器既可以采用傳統的DCS控製器。也可選用PLC等其它類型控製裝置。反過來看，PLC係統也可以具備分布式控製係統的架構模式。西門子、羅克韋爾AB、GE Fanuc

、施奈德和貝加萊分別推出的其性能不差於普通DCS的一體化集成控製係統都是由PLC及其變種PAC或PCC構成的，當然DCS也可由PLC(或PAC、PCC、IPC、PC—Based)
、通訊網絡和相應專門軟件構成。不過其編程軟件的特征是具有SAMA圖功能一編者注)

   2 DCS和PLC的技術特點與相互滲透

   不同的概念基礎

、不同的發展道路使得DCS和PLC有著各自不同的技術特點
，而技術的發展也不是封閉的，相互學習相互滲透也始終貫穿在發展過程之中。

   2．1控製處理能力
   
    我們知道
，一個PLC的控製器，往往能夠處理幾千個I／O點(最多可達8000多個I／O)。而DCS的控製器，一般隻能處理幾百個I／O點(不超過500個I／O)。(那隻是理論上的I
，0可尋址地址和l／0映像區容量。某些大型PLC可能比8000點還多得多。但實際上不可能用一台PLC來處理8000個t／O點
；而一台高端DCS控製器理論上可處理的l／0點也大大多於500個一編者注)難道是DCS開發人員技術水平太差了嗎?恐怕不是。從集散體係的要求來說
，不允許有控製集中的情況出現，太多點數的控製器在實際應用中是毫無用處的，DCS開發人員根本就沒有開發帶很多I／O點數控製器的需要驅動，他們的主要精力在於提供體係的可靠性和靈活性。而PLCbuyiyang，zuoweiyigeduliderouxingkongzhizhuangzhi，daidiannengliyueqiangdangranyejiudaibiaoqijishushuipingyuegaole，zhiyuzhenggekongzhitixideyingyongshuipingne，zhezhuyaoshigongchengshangheyonghudeshiqing
，erbushiPLC製造商的核心目標。(恐怕現在沒有人會認可作者的這種理念。由多台PLC構成的分布式係統同樣需要考慮係統配置的故障分散性～ 編者注)

   控製處理能力的另一個指標，運算速度，在人們印象當中PLC也比DCS要快很多。從某一個角度來看，情況也的確如此，PLC執行邏輯運算的效率很高，執行1K邏輯程序不到1毫秒
，其控製周期(以DI輸入直接送DO輸出為例)可以控製在50ms以內；而DCS在處理邏輯運算和模擬運算時采用相同的方式，其控製周期往往在100nls以上。我們用PID算法來比較時，可以發現PLC執行一個PID運算在幾個毫秒，NT60OODCS的T2550控製器解算一個PID也需要1個毫秒，這說明PLC和DCS和實際運算能力是相當的

，某此型號的DCS控製器甚至更強。而控製周期上的差異主要與控製器的調度設計有關。大型PLC往往使用副CPU(應稱為協處理器一編者注)來完成模擬量的運算，主CPU高速地完成開關量運算，所以即使模擬運算速度一般，在開關量控製方麵的速度現還是非常優秀的。而DCS以同樣的速度來處理開關量和模擬量運算
，控製周期的指標確實不理想。新型的DCS控製器學習了大型PLC的設計，在控製周期方麵的表現獲得了大幅度的提高。以NT600ODCS的T2550控製器為例。控製器可以設置四個不同優先級的任務
，最小運算周期可以設為l0ms，配合高速I／O卡件

，控製周期能夠達到1 5 20ms。而模擬量運算設置在其它周期較長的任務中。

   2．2數據通訊交換

   數據通訊交換主要是指控製係統網絡及其數據交換形式。在這個方麵DCS有著先天的優勢。集散係統的”分散”主要體現在獨立的控製器上，”集中”主要體現在具有完整數據的人機交互裝置上，而將分散和集中連接成集散係統的正是網絡。因此，從DCS發展的早期，網絡就成為了DCS生產廠家的核心技術方向，冗餘技術、窄帶傳輸技術都是DCS廠家最早研發或應用DCS與PLC的技術經濟比較成功的。PLC主要是按照獨立裝置來設計的，其”網絡”實際上是串行通訊。

   工業以太網技術的發展和廣泛應用，從形式上拉平了DCS和PLC網絡方麵的差距。從表麵上看很多DCS和PLC都應用了工業以太網
，但是其實質上的差距卻依然存在。以很多PLC采用的MODBUS—TCP為例。MODBUS是串行通訊協議，不是網絡，大家都沒有疑問；MODBUS—TCP是網絡嗎?很多人就有疑問了。仔細分析，MODBUS—TCP是將MODBUS通訊協議加載到以太網的TCP協議之上的一種通訊方式，它雖然具有了網絡的外形，但依然是一主多從的管理方式
，數據表的傳輸結構。而DCS呢，以NT6000的ELIN網為例，雖然也是基於工業以太網的，但其應用層協議是積累了近3O年的無主令牌LIN網協議，在1M的OLIN
，2．5M和20M的ARCNET上都有長期成功的應用。

   ELIN網上，各站平等，不存在主要管理站。而且數據通訊是以模塊為單位的結構化數據，數據管理能力非數據表方式可比。以PID模塊為例，其中的基本數據有PV
、SP、OP，采用數據表的傳輸方式，你必須先定義Pv、SP、OP的數據地址為01、02
、03，其它的站也以數據表的方式接收數據，但是0l是什麼數據?O2是什麼數據?必bi須xu通tong過guo數shu據ju定ding義yi表biao才cai能neng還hai原yuan。數shu據ju表biao的de管guan理li方fang式shi煩fan瑣suo易yi錯cuo
，一yi個ge大da型xing係xi統tong的de上shang萬wan點dian數shu據ju采cai用yong這zhe個ge方fang式shi，平ping鋪pu在zai數shu據ju表biao中zhong進jin行xing管guan理li，是shi非fei常chang可ke怕pa的de。而erNT60OODCS以模塊為單位的結構化管理，將一個PID作為一個模塊進行處理，要訪問其PV值，首先訪問其模塊
，以PID．PV的形式來管理。這就將所有平鋪的數據，分類歸屬集中到一個個小盒子中，按模塊．分量的方式進行管理，管理的效率大大提高。

   PLC數據通訊交換的問題，主要源於PLC長期以來做為一個獨立裝置在發展，沒有係統概念；而且主要應用在小型控製係統中

，問題暴露得並不明顯，所以發展較慢。目前也有一些大型PLC在這個方麵有所提高，但是要達到DCS的水平還需要一個相當長的過程。(作者太孤陋寡聞了!早在20多年前PLC係統就應用了以太網和其它局域網。如西門子的工業以太網SINEC H1和低速局域網SINEC L1 LAN：當今的PLC係統更是具備了光纖和電氣工業以太網(包括冗餘環網)和多種現場總線通訊能力，並配置了功能強大的組態軟件及其數據庫。而不僅僅是一個獨立裝置一一編者注)

   2．3組態維護功能

   組態維護功能包括邏輯組態、下載修改
、運行調試
、遠程診斷等。

   早期
，PLC以梯形圖為主，DCS以模塊功能圖為主。經過多年的發展，國際電工委員會通過IEC61 131—3標準規定了五種編程語言



，目前主流的DCS和PLC都dou表biao示shi符fu合he這zhe個ge標biao準zhun，支zhi持chi其qi中zhong的de幾ji種zhong或huo全quan部bu編bian程cheng語yu言yan。從cong開kai發fa效xiao率lv和he程cheng序xu可ke讀du性xing來lai考kao慮lv，模mo塊kuai功gong能neng圖tu和he順shun序xu功gong能neng圖tu越yue來lai越yue成cheng為wei主zhu要yao的de編bian程cheng方fang式shi，梯ti形xing邏luo輯ji和he結jie構gou化hua文wen本ben成cheng為wei了le自zi定ding義yi模mo塊kuai的de開kai發fa工gong具ju。大da型xingPLC在組態方式上越來越像DCS，差距在逐漸縮小，而小型PLC仍然以梯形圖為主。
   
   DCS經過多年的發展
，積累了大量的高級算法模塊。例如NT6000具ju有you的de設she備bei級ji模mo塊kuai
，在zai一yi個ge模mo塊kuai中zhong集ji中zhong完wan成cheng了le麵mian向xiang設she備bei的de基ji本ben控kong製zhi和he故gu障zhang報bao警jing功gong能neng，在zai網wang絡luo通tong訊xun中zhong也ye已yi此ci模mo塊kuai為wei單dan位wei進jin行xing傳chuan遞di，大da大da提ti高gao了le軟ruan件jian開kai發fa的de效xiao率lv。一yi個ge設she備bei極ji模mo塊kuai相xiang當dang於yu0．5K的梯形圖邏輯量，PLC要完成同樣的功能，就要煩瑣得多了。在下載修改

、運行調試、遠程診斷方麵，PLC缺乏解決方案。而DCS從一設計之初就是從係統需要的角度出發的
，有著多年積累的完善的解決方案。以NT60OODCS為例，係統既可以在線修改控製策略
，也可以在線下載控製策略，修改和下載過程中，對係統的正常運行沒有影響。NT60OODCS有完善的虛擬DCS功能，不但可以用於組態邏輯的驗證，而且能夠構建成完整的虛擬DCS與模型相連，完成係統的仿真調試。NT60OODCS具有完善的安全措施，提供基於廣域網的遠程調試方案。(除硬件差異以外。

   上述功能主要決定於所配套的編程和組態軟件的能力。取決於組態軟件中數據庫、腳本與函數庫以
及各種軟件功能模塊的功能。現代的主流DCS和PLC係統基本上都配置了自己的一體化集成軟件平台～ 編者注)

   2．4硬件封裝結構

   PLC一般為大底版式機架
，封閉式I／O模件
，封閉式結構有利與提高I／O模件的可靠性，抗射頻、抗靜電、抗損傷。PLC模件的I／O點數有8點、16點、32點。DCS大部分為19英寸標準機箱加插件式I／O模件，I／O模件為裸露式結構。每個模件的I／O點數有8點和16點
，很少使用32點模件。DCS的這種結構源於其使用領域主要在大型控製對象
，19英寸標準機箱便於密集布置，較少的1／O點數則是由於對分散度的要求。PLC的大底版式機架，封閉式模件結構在管理和配置上更加靈活
，單個設備的可靠性更高。因此
，不少DCS也吸收了PLC在結構上的優點
，采用了和PLC相似的封裝結構
，如I／A采用金屬外殼
，NETWORK一6000+采用導電塑料外殼。(當前大部分主流PLC和DCS的硬件結構基本相同，都采用模塊化結構，甚至某些出身於PLC的知名品牌，如西門子、羅克韋爾AB、GE Fanuc的DCS和PLC(PAC)係統中采用的是相同的控製器一編者注)

   2．5 人機交互裝置

   在早期
，DCS作為一個係統，其人機交互裝置是DCS廠家提供的專用裝置。而PLC廠家一般不提供人機交互裝置，往往由工程商自主采用通用的監控軟件(應稱為組態軟件一編者注)來完成(如ifix、intouch

、組態王)。DCS集成的人機交互裝置往往有著功能較專業
、穩定性較好的特點，但是其價格也很高。

   隨著PC技術的快速發展
，一些通用監控軟件發展很快
，功能和性能逐漸超過了DCS廠家提供的專用裝置。因此不少DCS廠家逐步放棄了專用的人機交互裝置，轉而和PLC一樣也使用了通用的監控軟件。DCS廠家使用通用監控軟件並不是簡單地拚裝，而是在通用監控軟件的基礎上，通過合作開發
，將自已多年積累的網絡通訊技術、係統自診斷技術以專用軟件包的形式保留和繼承下來了。例如，NT6000早期曾經使用過基於專用操作係統的T1000人機交互係統
，而目前主要使用基於F1X／IFIX或INTOUCH的T3500人機交互係統。其中的LINPOLL網絡通訊包是開發集成的。(除了作者所舉的iFIX
、Intouch、組態王等通用組態軟件以外。西門子的WinCC
、羅克韋爾AB的RSView和GEFanuc的Proficy HMI／SCADA—CIMPLICITY也很優秀，它們DCS與PLC的技術經濟比較都是與其PLC／PAC硬件配套的組態軟件平台一編者注)

   3 DCS和PLC的市場情況和發展方向

   在熱工自動化領域，主廠房控製係統基本上毫無例外地使用DCS。而在輔助車間才使用PLC。其主要原因是早期的DCS係統非常昂貴，人們認為輔助車間的運行可以間斷
，可靠性要求不是很高
，且模擬量控製要求較少，從降低成本的角度出發，往往選擇PLC來構建控製係統。而鍋爐
、汽機和發電機的控製係統
，要求長期穩定可靠地運行，信號中含有相當比例的模擬量，從係統的性能出發
，人們不得不選擇了昂貴的DCS。
(目前和利時、中控
、中自和國電智深等國內品牌DCS的價位可以說已經夠低的了；多種PLC都可以像DCS一樣構成冗餘控製係統，其可靠性和模擬量控製性能並不影響其在重要場合的使用一編者注:)

   另外，分析一下主廠房DCS和輔助車間控製係統的市場競爭情況
，我們會發現一個有趣的現象。主廠房DCS的競爭往往在不同品牌的供應商或代理商之間展開，競爭激烈
，DCS的價格不斷下調。而輔助車間控製係統的競爭往往在同一品牌PLC的各個工程商之間進行，門檻較低，競爭更加激烈，但是PLC的價格下調幅度卻並不如DCS明顯。主要原因是DCS的生產商直接參與競爭

，在巨大的市場壓力下，不斷下調設備製造費用和工程實施費用。而PLC的生產商不直接參與競爭，各個工程商隻能下調自身有限的工程費用，空間有限。從現在情況看來，DCS與高檔PLC的價格差距已不明顯
，輔助車間仍然較多地采用PLC

，是市場的慣性使然。

   隨著國內電廠裝機容量的不斷擴大及電力係統改革的推進
，對輔助車間控製的要求也不斷提高，在這個大環境，DCS係統進入輔助車間控製已成為趨勢。NT60OODCS因其綜合的技術經濟優勢
，已經並將繼續在輔助車間控製方麵發揮越來越大的作用。在輔助車間應用廣泛的PLC也並不會就此退出熱工自動化的曆史舞台
，前所未有的競爭壓力，將會促使PLC廠商在技術上向DCS標準靠攏，在價格上作出更大的努力。市場競爭的結果，將使用戶獲獲得更大的利益。

   4 結論

   DCS和PLCzuoweijisuanjijishuhekongzhijishujiehedechanwu，weihuodianchangregongzidonghuashuipingdetigaodouzuochulegezidegongxian。youyuliangzhezaiyingyongshangyoujiaodadexiangtongxing
，zaibutongdeshiqi
，qigezidejishuhuojiageyoushi

，douhuizhijieyingxiangdaoqishichangdiwei。ershichangdefanyingyehuihuokuaihuomandifanyingdaogezidejishufazhanhejiagetiaozhengshang。congzongdequshilaikan，DCS和PLC在技術上的融合和促進將會是競爭的主流
，而在性價比方麵，你來我往地不斷攀升，也將是發展的主旋律。(這段結論還是比較符合實際情況的。

   總的來說
，當前的趨勢是高檔PLC與DCS在保持和強化各自高端功能的基礎上。逐步實現技術和應用方麵的相互融合以及性能的提升。並擴展其中層(MES)和上層(ERP)信息管理功能

，向著管控一體化的方向發展一編者注)