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    據(jù)某電廠的一位朋友說，由于對可靠性的刻意追求和相對保守的技術(shù)理念，火電廠的自動化技術(shù)和裝備水平落后于當今最先進的自動化技術(shù)水平約l0年，而核電站則更是落后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后，才深有感觸，確實如此。本文摘自工控網(wǎng)，文中粗體字符為編者注：

    在火電廠熱工自動化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個完全不同而又有著千絲萬縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計算機技術(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交互的手段、都依靠基于計算機技術(shù)的控制器完成控制運算、都通過I／0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)。

    DCS和PLC如此相似，為什么會有完全不同的概念，我們在工程實踐中如何進行選擇?本文從歷史沿革、技術(shù)特點、發(fā)展方向等幾個方面作一綜述，希望能夠?qū)峁I(yè)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的歷史沿革及核心概念

    DCS為分散控制系統(tǒng)的英文(DISTRIBuTED CONTROLSYSTEM)簡稱。指的是危險分散、數(shù)據(jù)集中。70年代中期進入市場，完成模擬量控制，代替以PID運算為主的模擬控制儀表。首先提出DCS這樣一種思想的是儀表制造廠商，當時主要應(yīng)用于化工行業(yè)。而PLC于60年代末研制成功，稱作邏輯運算的可編程序控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。主要應(yīng)用于汽車制造業(yè)。

    DCS和PLC的設(shè)計原理區(qū)別較大，PLC是從摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)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(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。

    DCS是在運算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的數(shù)、各過程變量之間的關(guān)系都設(shè)計成功能塊。70年代中期的DCS只有模擬量控制。DCS和PLC控制器的主要差別是在開關(guān)量和模擬量的運算上(這是20年以前的概念。當今DCS與PLC的主要差別在于它們各自具有不同的高端功能。如DCS的復(fù)雜過程控制和SOE(事件日志排序)功能。PLC的高速采集和運動控制功能等：此外。另一實質(zhì)差別是DCS系統(tǒng)的程序一般采用可設(shè)置的多種固定程序掃描周期和多任務(wù)、多線程工作制度，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(wù)、單線程工作制度一編者注)，即使后來兩者相互有些滲透，但是仍然有區(qū)別。80年代以后，PLC除邏輯運算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些復(fù)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。但在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(當今的PLC已不僅具備符合IEC61 131—3標準的5種工業(yè)控制器專用編程語言。而且某些高檔產(chǎn)品還可以直接采用C和BASIC等高級語言編程。反過來說。DCS系統(tǒng)也具備PLC系統(tǒng)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復(fù)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PLC在歷史沿革上的差異是明顯的，對它們后續(xù)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。然而，對后續(xù)發(fā)展影響最大的，并不是起源技術(shù)上的差別，而是其起源概念的差別。DCS的核心概念是危險分散，數(shù)據(jù)集中的計算機控制系統(tǒng)，因此DCS的發(fā)展過程，就是在不斷的運用計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)最新成果，來構(gòu)建一個完整的集散控制體系，DCS給用戶提供的是一個完整的面向工業(yè)控制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制器， 目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制裝置。所以，PLC不斷發(fā)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制裝置(注意：西門子的DCS— PCS7就是由其S7—400(H)PLC硬件、通訊網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的專門軟件構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)一編者注)

    DCS是一個體系，PLC是一個裝置，這是兩者在概念上的根本區(qū)別。這個區(qū)別的影響是深刻，它滲透到了技術(shù)經(jīng)濟的每一個方面。

    (這個概念早已過時。首先要明確單臺傳統(tǒng)的DCS控制器與DCS系統(tǒng)，單臺PLC控制器與PLC系統(tǒng)不是同一概念。暫且把DCS系統(tǒng)看成是基于DCS控制器和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)。而PLC系統(tǒng)則是基于PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，雖然它們都還可能向上擴展管理信息系統(tǒng)。其實DCS也是一種分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)模式，它的控制器既可以采用傳統(tǒng)的DCS控制器。也可選用PLC等其它類型控制裝置。反過來看，PLC系統(tǒng)也可以具備分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)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于普通DCS的一體化集成控制系統(tǒng)都是由PLC及其變種PAC或PCC構(gòu)成的，當然DCS也可由PLC(或PAC、PCC、IPC、PC—Based)、通訊網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)專門軟件構(gòu)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(shù)特點與相互滲透

    不同的概念基礎(chǔ)、不同的發(fā)展道路使得DCS和PLC有著各自不同的技術(shù)特點，而技術(shù)的發(fā)展也不是封閉的，相互學(xué)習(xí)相互滲透也始終貫穿在發(fā)展過程之中。

    2．1控制處理能力
    
    我們知道，一個PLC的控制器，往往能夠處理幾千個I／O點(最多可達8000多個I／O)。而DCS的控制器，一般只能處理幾百個I／O點(不超過500個I／O)。(那只是理論上的I，0可尋址地址和l／0映像區(qū)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臺PLC來處理8000個t／O點；而一臺高端DCS控制器理論上可處理的l／0點也大大多于500個一編者注)難道是DCS開發(fā)人員技術(shù)水平太差了嗎?恐怕不是。從集散體系的要求來說，不允許有控制集中的情況出現(xiàn)，太多點數(shù)的控制器在實際應(yīng)用中是毫無用處的，DCS開發(fā)人員根本就沒有開發(fā)帶很多I／O點數(shù)控制器的需要驅(qū)動，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，作為一個獨立的柔性控制裝置，帶點能力越強當然也就代表其技術(shù)水平越高了，至于整個控制體系的應(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。(恐怕現(xiàn)在沒有人會認可作者的這種理念。由多臺PLC構(gòu)成的分布式系統(tǒng)同樣需要考慮系統(tǒng)配置的故障分散性～ 編者注)

    控制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(zhí)行邏輯運算的效率很高，執(zhí)行1K邏輯程序不到1毫秒，其控制周期(以DI輸入直接送DO輸出為例)可以控制在50ms以內(nèi)；而DCS在處理邏輯運算和模擬運算時采用相同的方式，其控制周期往往在100nls以上。我們用PID算法來比較時，可以發(fā)現(xiàn)PLC執(zhí)行一個PID運算在幾個毫秒，NT60OODCS的T2550控制器解算一個PID也需要1個毫秒，這說明PLC和DCS和實際運算能力是相當?shù)模炒诵吞柕腄CS控制器甚至更強。而控制周期上的差異主要與控制器的調(diào)度設(shè)計有關(guān)。大型PLC往往使用副CPU(應(yīng)稱為協(xié)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(guān)量運算，所以即使模擬運算速度一般，在開關(guān)量控制方面的速度現(xiàn)還是非常優(yōu)秀的。而DCS以同樣的速度來處理開關(guān)量和模擬量運算，控制周期的指標確實不理想。新型的DCS控制器學(xué)習(xí)了大型PLC的設(shè)計，在控制周期方面的表現(xiàn)獲得了大幅度的提高。以NT600ODCS的T2550控制器為例。控制器可以設(shè)置四個不同優(yōu)先級的任務(wù)，最小運算周期可以設(shè)為l0ms，配合高速I／O卡件，控制周期能夠達到1 5 20ms。而模擬量運算設(shè)置在其它周期較長的任務(wù)中。

    2．2數(shù)據(jù)通訊交換

    數(shù)據(jù)通訊交換主要是指控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)交換形式。在這個方面DCS有著先天的優(yōu)勢。集散系統(tǒng)的”分散”主要體現(xiàn)在獨立的控制器上，”集中”主要體現(xiàn)在具有完整數(shù)據(jù)的人機交互裝置上，而將分散和集中連接成集散系統(tǒng)的正是網(wǎng)絡(luò)。因此，從DCS發(fā)展的早期，網(wǎng)絡(luò)就成為了DCS生產(chǎn)廠家的核心技術(shù)方向，冗余技術(shù)、窄帶傳輸技術(shù)都是DCS廠家最早研發(fā)或應(yīng)用DCS與PLC的技術(shù)經(jīng)濟比較成功的。PLC主要是按照獨立裝置來設(shè)計的，其”網(wǎng)絡(luò)”實際上是串行通訊。

    工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，從形式上拉平了DCS和PLC網(wǎng)絡(luò)方面的差距。從表面上看很多DCS和PLC都應(yīng)用了工業(yè)以太網(wǎng)，但是其實質(zhì)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(xié)議，不是網(wǎng)絡(luò)，大家都沒有疑問；MODBUS—TCP是網(wǎng)絡(luò)嗎?很多人就有疑問了。仔細分析，MODBUS—TCP是將MODBUS通訊協(xié)議加載到以太網(wǎng)的TCP協(xié)議之上的一種通訊方式，它雖然具有了網(wǎng)絡(luò)的外形，但依然是一主多從的管理方式，數(shù)據(jù)表的傳輸結(jié)構(gòu)。而DCS呢，以NT6000的ELIN網(wǎng)為例，雖然也是基于工業(yè)以太網(wǎng)的，但其應(yīng)用層協(xié)議是積累了近3O年的無主令牌LIN網(wǎng)協(xié)議，在1M的OLIN，2．5M和20M的ARCNET上都有長期成功的應(yīng)用。

    ELIN網(wǎng)上，各站平等，不存在主要管理站。而且數(shù)據(jù)通訊是以模塊為單位的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理能力非數(shù)據(jù)表方式可比。以PID模塊為例，其中的基本數(shù)據(jù)有PV、SP、OP，采用數(shù)據(jù)表的傳輸方式，你必須先定義Pv、SP、OP的數(shù)據(jù)地址為01、02、03，其它的站也以數(shù)據(jù)表的方式接收數(shù)據(jù)，但是0l是什么數(shù)據(jù)?O2是什么數(shù)據(jù)?必須通過數(shù)據(jù)定義表才能還原。數(shù)據(jù)表的管理方式煩瑣易錯，一個大型系統(tǒng)的上萬點數(shù)據(jù)采用這個方式，平鋪在數(shù)據(jù)表中進行管理，是非?？膳碌?。而NT60OODCS以模塊為單位的結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)通訊交換的問題，主要源于PLC長期以來做為一個獨立裝置在發(fā)展，沒有系統(tǒng)概念；而且主要應(yīng)用在小型控制系統(tǒng)中，問題暴露得并不明顯，所以發(fā)展較慢。目前也有一些大型PLC在這個方面有所提高，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系統(tǒng)就應(yīng)用了以太網(wǎng)和其它局域網(wǎng)。如西門子的工業(yè)以太網(wǎng)SINEC H1和低速局域網(wǎng)SINEC L1 LAN：當今的PLC系統(tǒng)更是具備了光纖和電氣工業(yè)以太網(wǎng)(包括冗余環(huán)網(wǎng))和多種現(xiàn)場總線通訊能力，并配置了功能強大的組態(tài)軟件及其數(shù)據(jù)庫。而不僅僅是一個獨立裝置一一編者注)

    2．3組態(tài)維護功能

    組態(tài)維護功能包括邏輯組態(tài)、下載修改、運行調(diào)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(jīng)過多年的發(fā)展，國際電工委員會通過IEC61 131—3標準規(guī)定了五種編程語言，目前主流的DCS和PLC都表示符合這個標準，支持其中的幾種或全部編程語言。從開發(fā)效率和程序可讀性來考慮，模塊功能圖和順序功能圖越來越成為主要的編程方式，梯形邏輯和結(jié)構(gòu)化文本成為了自定義模塊的開發(fā)工具。大型PLC在組態(tài)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(jīng)過多年的發(fā)展，積累了大量的高級算法模塊。例如NT6000具有的設(shè)備級模塊，在一個模塊中集中完成了面向設(shè)備的基本控制和故障報警功能，在網(wǎng)絡(luò)通訊中也已此模塊為單位進行傳遞，大大提高了軟件開發(fā)的效率。一個設(shè)備極模塊相當于0．5K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(diào)試、遠程診斷方面，PLC缺乏解決方案。而DCS從一設(shè)計之初就是從系統(tǒng)需要的角度出發(fā)的，有著多年積累的完善的解決方案。以NT60OODCS為例，系統(tǒng)既可以在線修改控制策略，也可以在線下載控制策略，修改和下載過程中，對系統(tǒng)的正常運行沒有影響。NT60OODCS有完善的虛擬DCS功能，不但可以用于組態(tài)邏輯的驗證，而且能夠構(gòu)建成完整的虛擬DCS與模型相連，完成系統(tǒng)的仿真調(diào)試。NT60OODCS具有完善的安全措施，提供基于廣域網(wǎng)的遠程調(diào)試方案。(除硬件差異以外。

    上述功能主要決定于所配套的編程和組態(tài)軟件的能力。取決于組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)庫、腳本與函數(shù)庫以
及各種軟件功能模塊的功能?，F(xiàn)代的主流DCS和PLC系統(tǒng)基本上都配置了自己的一體化集成軟件平臺～ 編者注)

    2．4硬件封裝結(jié)構(gòu)

    PLC一般為大底版式機架，封閉式I／O模件，封閉式結(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)。每個模件的I／O點數(shù)有8點和16點，很少使用32點模件。DCS的這種結(jié)構(gòu)源于其使用領(lǐng)域主要在大型控制對象，19英寸標準機箱便于密集布置，較少的1／O點數(shù)則是由于對分散度的要求。PLC的大底版式機架，封閉式模件結(jié)構(gòu)在管理和配置上更加靈活，單個設(shè)備的可靠性更高。因此，不少DCS也吸收了PLC在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點，采用了和PLC相似的封裝結(jié)構(gòu)，如I／A采用金屬外殼，NETWORK一6000+采用導(dǎo)電塑料外殼。(當前大部分主流PLC和DCS的硬件結(jié)構(gòu)基本相同，都采用模塊化結(jié)構(gòu)，甚至某些出身于PLC的知名品牌，如西門子、羅克韋爾AB、GE Fanuc的DCS和PLC(PAC)系統(tǒng)中采用的是相同的控制器一編者注)

    2．5 人機交互裝置

    在早期，DCS作為一個系統(tǒng)，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(jiān)控軟件(應(yīng)稱為組態(tài)軟件一編者注)來完成(如ifix、intouch、組態(tài)王)。DCS集成的人機交互裝置往往有著功能較專業(yè)、穩(wěn)定性較好的特點，但是其價格也很高。

    隨著PC技術(shù)的快速發(fā)展，一些通用監(jiān)控軟件發(fā)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(zhuǎn)而和PLC一樣也使用了通用的監(jiān)控軟件。DCS廠家使用通用監(jiān)控軟件并不是簡單地拼裝，而是在通用監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上，通過合作開發(fā)，將自已多年積累的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、系統(tǒng)自診斷技術(shù)以專用軟件包的形式保留和繼承下來了。例如，NT6000早期曾經(jīng)使用過基于專用操作系統(tǒng)的T1000人機交互系統(tǒng)，而目前主要使用基于F1X／IFIX或INTOUCH的T3500人機交互系統(tǒng)。其中的LINPOLL網(wǎng)絡(luò)通訊包是開發(fā)集成的。(除了作者所舉的iFIX、Intouch、組態(tài)王等通用組態(tài)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(yōu)秀，它們DCS與PLC的技術(shù)經(jīng)濟比較都是與其PLC／PAC硬件配套的組態(tài)軟件平臺一編者注)

    3 DCS和PLC的市場情況和發(fā)展方向

    在熱工自動化領(lǐng)域，主廠房控制系統(tǒng)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系統(tǒng)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，且模擬量控制要求較少，從降低成本的角度出發(fā)，往往選擇PLC來構(gòu)建控制系統(tǒng)。而鍋爐、汽機和發(fā)電機的控制系統(tǒng)，要求長期穩(wěn)定可靠地運行，信號中含有相當比例的模擬量，從系統(tǒng)的性能出發(fā)，人們不得不選擇了昂貴的DCS。
(目前和利時、中控、中自和國電智深等國內(nèi)品牌DCS的價位可以說已經(jīng)夠低的了；多種PLC都可以像DCS一樣構(gòu)成冗余控制系統(tǒng)，其可靠性和模擬量控制性能并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和輔助車間控制系統(tǒng)的市場競爭情況，我們會發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象。主廠房DCS的競爭往往在不同品牌的供應(yīng)商或代理商之間展開，競爭激烈，DCS的價格不斷下調(diào)。而輔助車間控制系統(tǒng)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(diào)幅度卻并不如DCS明顯。主要原因是DCS的生產(chǎn)商直接參與競爭，在巨大的市場壓力下，不斷下調(diào)設(shè)備制造費用和工程實施費用。而PLC的生產(chǎn)商不直接參與競爭，各個工程商只能下調(diào)自身有限的工程費用，空間有限。從現(xiàn)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(nèi)電廠裝機容量的不斷擴大及電力系統(tǒng)改革的推進，對輔助車間控制的要求也不斷提高，在這個大環(huán)境，DCS系統(tǒng)進入輔助車間控制已成為趨勢。NT60OODCS因其綜合的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，已經(jīng)并將繼續(xù)在輔助車間控制方面發(fā)揮越來越大的作用。在輔助車間應(yīng)用廣泛的PLC也并不會就此退出熱工自動化的歷史舞臺，前所未有的競爭壓力，將會促使PLC廠商在技術(shù)上向DCS標準靠攏，在價格上作出更大的努力。市場競爭的結(jié)果，將使用戶獲獲得更大的利益。

    4 結(jié)論

    DCS和PLC作為計算機技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，為火電廠熱工自動化水平的提高都作出了各自的貢獻。由于兩者在應(yīng)用上有較大的相通性，在不同的時期，其各自的技術(shù)或價格優(yōu)勢，都會直接影響到其市場地位。而市場的反應(yīng)也會或快或慢地反映到各自的技術(shù)發(fā)展和價格調(diào)整上。從總的趨勢來看，DCS和PLC在技術(shù)上的融合和促進將會是競爭的主流，而在性價比方面，你來我往地不斷攀升，也將是發(fā)展的主旋律。(這段結(jié)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(chǔ)上。逐步實現(xiàn)技術(shù)和應(yīng)用方面的相互融合以及性能的提升。并擴展其中層(MES)和上層(ERP)信息管理功能，向著管控一體化的方向發(fā)展一編者注)

    本文摘自工控網(wǎng)，自動化信息AUTOMATION INFORMATION