【導讀】在可編程邏輯控制器（PLC）和分散式控制系統（DCS）之間如何抉擇，要具體情況具體分析。因為應用場合不同，對控制系統的要求也各不相同。

? 【一】PLC和DCS ? ?

PLC

從開關量控制發展到順序控制、運送處理，是從下往上的連續PID控制等多功能，PID在中斷站中。

可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。

也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構成PLC網絡。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協議，只要按說明書格式寫就行。

PLC網格既作為獨立DCS，也可作為DCS的子系統。

PLC主要用于工業過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環控制功能。

DCS

分散式控制系統DCS集：4C（Communication、Computer、Control、CRT）技術于一身的監控技術。

從上到下的樹狀拓撲大系統，其中通信是關鍵。

PID在中斷站中，中斷站聯接計算機與現場儀器儀表與控制裝置是樹狀拓撲和并行連續的鏈路結構，也有大量電纜從中斷站并行到現場儀器儀表。

模擬信號、A/D---D/A、帶微處理器的混合。

一臺儀表一對線接到I/O，由控制站掛到局域網LAN。

DCS是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現場儀表（現場測控站）的3級結構。用于大規模的連續過程控制，如石化等。

【二】如何抉擇PLC和DCS系統 ?

? 在可編程邏輯控制器（PLC）和分散式控制系統（DCS）之間如何抉擇，要具體情況具體分析，因為應用場合不同，對控制系統的要求也各不相同。

控制系統平臺，對自動化系統滿足優化生產、維持可用性和獲取數據等需求的方式，會有一定的影響。在選擇控制系統方面缺乏遠見，也可能會影響未來的擴展、流程優化、用戶滿意度和公司利潤。除了一些基本準則之外（比如如何控制過程），設計團隊還必須考慮安裝、可擴展性、維護、保養等方面的各種因素。 ? 目前，雖然對小設備來講，PLC系統可能是最劃算的，但DCS系統則提供了更具經濟性的可擴展能力，更可能獲得較高的初始投資回報。 ? PLC是一種工業計算機，用于控制生產制造過程，如機器人、高速包裝、裝瓶和運動控制等。在過去20年里，PLC增添了更多的功能，為小型工廠和裝置創造了更多的效益。 ? PLC通常是單機系統運行，但也可以與其它系統集成，經由通信來實現彼此之間的連接。由于每個PLC都有自己的數據庫，因此集成需要控制器之間某種程度的映射。這使PLC特別適用于那些對擴展沒有太大需求的小型應用程序。 ? DCS系統則將控制器分散在自動化系統中，并提供通用的接口、先進的控制、系統級數據庫以及易于共享的信息。傳統上，DCS主要應用于過程工藝和比較大的工廠，在整個工廠的生命周期中，大型系統應用程序更容易維護。 ?

PLC是由繼電器控制原理發展起來的，它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。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。

【三】PLC和DCS工程性分析比較 ? ?

PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，執行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為end指令），然后再返回起始步循環運算。

PLC每完成一次循環操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數器這樣的循環操作，這是DCS所沒有的。這也是使PLC的冗余不如DCS的原因。

DCS是在運算放大器的基礎上得以發展的。把所有的函數和過程變量之間的關系都做成功能塊（有的DCS系統稱為膨化塊）。DCS和PLC的表現的主要差別是在開關量的邏輯解算和模擬量的運算上，即使后來兩者相互有些滲透，但是還是有區別。

80年代以后，PLC除邏輯運算外，控制回路用的算法功能已經大大加強，但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。但在解算邏輯方面，表現出快速的優點，在微秒量級，解算1k邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。

而DCS把所有輸入都當成模擬量，1位就是開關量。解算一個邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級。對于PLC解算一個pid運算在幾十毫秒，這與DCS的運算時間不相上下。

在接地電阻方面，對PLC也許要求不高，但對DCS一定要在幾歐姆以下（通常在4歐姆以下）。模擬量隔離也是非常重要的。

相同I/O點數的系統，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。如果被控對象主要是設備連鎖、回路相對很少，采用PLC較為合適。

如果主要是模擬量控制、并且函數運算很多，最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通訊網絡等的冗余方面，一些高級運算、行業的特殊要求方面都要比PLC好得多。PLC由于采用通用監控軟件，在設計企業的管理信息系統方面，要容易一些。

PLC和DCS系統一般分別適用于離散和過程生產制造。使用PLC系統的離散生產制造設施，一般由單獨的生產裝置組成，主要用于完成部件的組裝，例如打標簽、填充或研磨等。過程制造設施，通常使用自動化系統，以連續和批處理的方式按照配方而不是按件生產。大型連續加工設備，如煉油廠和化工廠，都使用DCS自動化系統。混合應用通常同時使用PLC系統和DCS系統。為某個應用選擇控制器，需要考慮過程的規模、可擴展性和未來的更新計劃、集成需求、功能、高可用性以及工廠設施整個生命周期的投資回報等等諸多因素。

【四】影響如何抉擇的相關要素 ?

? 過程規模：需要多少輸入/輸出（I/O）點？小系統（＜300個I/O點）可能預算較少，因此用PLC系統更適合。想要將DCS系統應用到較小的項目上，其實并不容易，相反，它在大工廠應用中更能發揮其功能。由于擁有全局數據庫，DCS系統更易于管理和升級，任何變更都是全局性的。 升級計劃：規模較小的工業過程可以適用PLC系統，但如果該過程需要擴展或升級，則需要增加更多的PLC硬件和數據庫，并且需要進行單獨維護。這是一個耗時、費力的過程，而且容易出現錯誤。DCS系統更容易升級，比如可以從中央集線器對用戶受信進行管理，因此就更易于保養和維護（參見圖1）。

圖1：具有單一數據庫的DCS系統結構，使用戶可以從中央控制站維護和操作系統

集成需求：對于單機裝置，PLC系統是理想選擇。當工廠配置多個PLC系統時，就會產生相互連接的要求。這一般很難實現，因為通常需要利用通信協議對數據進行映射。集成當然沒有問題，但當有變更需求時，那用戶的麻煩就來了：一旦某個PLC系統做了變更，就可能會導致兩個PLC不能正常通訊，這是因為數據映射受到影響的緣故。對DCS系統而言，則根本不需要映射，配置變更只是一個簡單的過程；控制器是系統自帶的。 高可用性：對可用性要求較高的過程，DCS系統可以提供冗余配置（見圖2）。效率和便于實現冗余，對將費用維持在預算內十分關鍵。 ? 功能需求：某些行業和設施需要歷史數據庫、流線型的報警管理、以及配置通用用戶接口的中央控制室。有些則需要制造執行系統（MES）的集成、先進的控制和資產管理。DCS系統內置這些應用（見圖3），使其很容易被添加到自動化工程應用中，而無需增加獨立的服務器，也不會增加集成成本。從這方面講，DCS系統經濟性更高，而且可以提高生產力，降低風險。

圖3：每種系統平臺都具有獨特的數據庫需求

生命周期投資回報率：設施的需求，因行業而異。對于規模較小的工藝工程，沒有擴展需求，也不需要與其它工藝過程區域集成，因此PLC系統具有較好的投資回報率。DCS系統可能具有較高的安裝成本，但從全生命周期來看，DCS系統所帶來的產量增加和安全效益，會抵消一部分成本。平衡短期需求與長期愿景,對操作確定性和改善工廠運行、維護非常關鍵。

編輯：黃飛

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