电气控制系统DCS与PIC有何区别？

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1、在火电厂热工自动化领域，DCS 和 PLC 是两个完全不同而又有着千丝万缕联系的概念。DCS 和 PLC 都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物，火电厂主机控制系统用的是DCS，而 PLC 主要应用在电厂辅助车间。DCS 和 PLC 都有操作员站提供人机交互的手段、都依靠基于计算机技术的控制器完成控制运算、都通过 I/O 卡件完成与一次元件和执行装置的数据交换、都具备称之为网络的通信系统。DCS 和 PLC 如此相似，为什么会有完全不同的概念，我们在工程实践中如何进行选择？本文从历史沿革、技术特点、发展方向等几个方面作一综述，希望能够对热工专业人员有所借鉴。其中的 DCS 的情况以NETWO

2、RK6000+为例，力求例举详实阐述清晰。 1、DCS 和 PLC 的历史沿革及核心概念 DCS 为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。指的是危险分散、数据集中。70 年代中期进入市场，完成模拟量控制，代替以 PID 运算为主的模拟控制仪表。首先提出 DCS 这样一种思想的是仪表制造厂商，当时主要应用于化工行业。而 PLC 于 60 年代末研制成功，称作逻辑运算的可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称 PLC。主要应用于汽车制造业。DCS 和 PLC 的设计原理区别较大，PLC 是从摸仿原继电器

3、控制原理发展起来的，70年代的 PLC 只有开关量逻辑控制。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求。将其存入 PLC 的用户程序存储器，运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。 DCS 是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都设计成功能块。70 年代中期的 DCS 只有模拟量控制。DCS 和 PLC 控制器的主要差别是在开关量和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是仍然有区别。80 年代以后，PLC 除逻辑运算外，也增加了

4、一些控制回路算法，但要完成一些复杂运算还是比较困难，PLC 用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点。而 DCS 使用功能块封装模拟运算和逻辑运算，无论是逻辑运算还是复杂模拟运算的表达形式都非常清晰，但相对 PLC 来说逻辑运算的表达效率较低。DCS 和 PLC 在历史沿革上的差异是明显的，对它们后续的发展产生了重大影响。然而，对后续发展影响最大的，并不是起源技术上的差别，而是其起源概念的差别。DCS 的核心概念是危险分散，数据集中的计算机控制系统，因此 DCS 的发展过程，就是在不断的运用计算机技术、通讯技术和控制技术的最新成果，来构建一个

5、完整的集散控制体系，DCS 给用户提供的是一个完整的面向工业控制的安全可靠高效灵活的解决方案。而 PLC的核心概念是可编程序控制器，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制装置。所以，PLC 不断发展的主线是在不断地提高各项能力指标，给用户提供一个完善的功能灵活的控制装置。 DCS 是一个体系，PLC 是一个装置，这是两者在概念上的根本区别。这个区别的影响是深刻，它渗透到了技术经济的每一个方面。 2、DCS 和 PLC 的技术特点与相互渗透 不同的概念基础、不同的发展道路使得 DCS 和 PLC 有着各自不同的技术特点，而技术的发展也不是封闭的，相互学习相互渗

6、透也始终贯穿在发展过程之中。 21、控制处理能力 我们知道，一个 PLC 的控制器，往往能够处理几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个I/O）。而 DCS 的控制器，一般只能处理几百个 I/O 点（不超过 500 个 I/O）。难道是DCS 开发人员技术水平太差了吗？恐怕不是。从集散体系的要求来说，不允许有控制集中的情况出现，太多点数的控制器在实际应用中是毫无用处的，DCS 开发人员根本就没有开发带很多 I/O 点数控制器的需要驱动，他们的主要精力在于提供体系的可靠性和灵活性。而 PLC 不一样，作为一个独立的柔性控制装置，带点能力越强当然也就代表其技术水平越高了，至于整个控制体系的应用

7、水平呢，这主要是工程商和用户的事情，而不是 PLC 制造商的核心目标。 控制处理能力的另一个指标，运算速度，在人们印象当中 PLC 也比 DCS 要快很多。从某一个角度来看，情况也的确如此，PLC 执行逻辑运算的效率很高，执行 1K 逻辑程序不到 1 毫秒，其控制周期(以 DI 输入直接送 DO 输出为例)可以控制在 50ms 以内；而 DCS在处理逻辑运算和模拟运算时采用相同的方式，其控制周期往往在 100ms 以上。我们用PID 算法来比较时，可以发现 PLC 执行一个 PID 运算在几个毫秒，而NETWORK6000+DCS 的 T2550 控制器解算一个 PID 也需要 1 个毫秒，这

8、说明 PLC 和DCS 和实际运算能力是相当的,某此型号的 DCS 控制器甚至更强。而控制周期上的差异主要与控制器的调度设计有关。大型 PLC 往往使用副 CPU 来完成模拟量的运算，主 CPU高速地完成开关量运算，所以即使模拟运算速度一般，在开关量控制方面的速度表现还是非常优秀的。而 DCS 以同样的速度来处理开关量和模拟量运算，控制周期的指标确实不理想。新型的 DCS 控制器学习了大型 PLC 的设计，在控制周期方面的表现获得了大幅度的提高。以 NETWORK6000+DCS 的 T2550 控制器为例。控制器可以设置四个不同优先级的任务，最小运算周期可以设为 10ms，配合高速 I/O

9、卡件，控制周期能够达到1520ms。而模拟量运算设置在其它周期较长的任务中。 22 数据通讯交换 数据通讯交换主要是指控制系统网络及其数据交换形式。在这个方面 DCS 有着先天的优势。集散系统的“分散”主要体现在独立的控制器上，“集中”主要体现在具有完整数据的人机交互装置上，而将分散和集中连接成集散系统的正是网络。因此，从 DCS 发展的早期，网络就成为了 DCS 生产厂家的核心技术方向，冗余技术、窄带传输技术都是 DCS 厂家最早研发或应用成功的。PLC 主要是按照独立装置来设计的，其 “网络”实际上是串行通讯。 工业以太网技术的发展和广泛应用，从形式上拉平了 DCS 和 PLC 网络方面的

10、差距。从表面上看很多 DCS 和 PLC 都应用了工业以太网，但是其实质上的差距却依然存在。以很多 PLC 采用的 MODBUS-TCP 以例。MODBUS 是串行通讯协议，不是网络，大家都没有疑问；MODBUS-TCP 是网络吗？很多人就有疑问了。仔细分析，MODBUS-TCP 是将MODBUS 通讯协议加载到以太网的 TCP 协议之上的一种通讯方式，它虽然具有了网络的外形，但依然是一主多从的管理方式，数据表的传输结构。而 DCS 呢，以网络6000+DCS 的 ELIN 网为例，虽然也是基于工业以太网的，但其应用层协议是欧陆公司积累了近 30 年的无主令牌 LIN 网协议，在 1M 的 O

11、LIN，2.5M 和 20M 的 ARCNET 上都有长期成功的应用。ELIN 网上，各站平等，不存在主要管理站。而且数据通讯是以模块为单位的结构化数据，数据管理能力非数据表方式可比。 以 PID 模块为例，其中的基本数据有 PV、SP、OP，采用数据表的传输方式，你必须先定义 PV、SP、OP 的数据地址为 01、02、03，其它的站也以数据表的方式接收数据，但是 01 是什么数据？02 是什么数据？必须通过数据定义表才能还原。数据表的管理方式烦琐易错,一个大型系统的上万点数据采用这个方式,平铺在数据表中进行管理，是非常可怕的。而 NETWORK6000+DCS 以模块为单位的结构化管理，将

12、一个 PID 作为一个模块进行处理，要访问其 PV 值，首先访问其模块，以 PID.PV 的形式来管理。这就将所有平铺的数据，分类归属集中到一个个小盒子中，按模块.分量的方式进行管理，管理的效率大大提高。 PLC 数据通讯交换的问题，主要源于 PLC 长期以来做为一个独立装置在发展，没有系统概念；而且主要应用在小型控制系统中，问题暴露得并不明显，所以发展较慢。目前也有一些大型 PLC 在这个方面有所提高，但是要达到 DCS 的水平还需要一个相当长的过程。 23、组态维护功能 组态维护功能包括逻辑组态、下载修改、运行调试、远程诊断等。 早期，PLC 以梯形图为主，DCS 以模块功能图为主。经过多

13、年的发展，国际电工委员会通过 IEC1131-3 标准规定了五种编程语言,目前主流的 DCS 和 PLC 都表示符合这个标准，支持其中的几种或全部编程语言。从开发效率和程序可读性来考虑，模块功能图和顺序功能图越来越成为主要的编程方式，梯形逻辑和结构化文本成为了自定义模块的开发工具。大型 PLC 在组态方式上越来越像 DCS，差距在逐渐缩小，而小型 PLC 仍然以梯形图为主。 DCS 经过多年的发展，积累了大量的高级算法模块。例如 NETWORK6000+具有的设备级模块，在一个模块中集中完成了面向设备的基本控制和故障报警功能，在网络通讯中也已此模块为单位进行传递，大大提高了软件开发的效率。一个

14、设备极模块相当于 0.5K的梯形图逻辑量，PLC 要完成同样的功能，就要烦琐得多了。 在下载修改、运行调试、远程诊断方面，PLC 缺乏解决方案。而 DCS 从一设计之初就是从系统需要的角度出发的，有着多年积累的完善的解决方案。以NETWORK6000+DCS 为例，系统既可以在线修改控制策略，也可以在线下载控制策略，修改和下载过程中，对系统的正常运行没有影响。NETWORK6000+DCS 有完善的虚拟DCS 功能，不但可以用于组态逻辑的验证，而且能够构建成完整的虚拟 DCS 与模型相连，完成系统的仿真调试。NETWORK6000+DCS 具有完善的安全措施，提供基于广域网的远程调试方案。 2

15、4、硬件封装结构 PLC 一般为大底版式机架，封闭式 I/O 模件，封闭式结构有利与提高 I/O 模件的可靠性，抗射频、抗静电、抗损伤。PLC 模件的 I/O 点数有 8 点、16 点、32 点。 DCS 大部分为 19 英寸标准机箱加插件式 I/O 模件，I/O 模件为裸露式结构。每个模件的 I/O 点数有 8 点和 16 点，很少使用 32 点模件。 DCS 的这种结构源于其使用领域主要在大型控制对象，19 英寸标准机箱便于密集布置，较少的 I/O 点数则是由于对分散度的要求。PLC 的大底版式机架，封闭式模件结构在管理和配置上更加灵活，单个设备的可靠性更高。因此，不少 DCS 也吸收了

16、PLC 在结构上的优点，采用了和 PLC 相似的封装结构，如 I/A 采用金属外壳， NETWORK-6000+采用导电塑料外壳。 25、人机交互装置 在早期，DCS 作为一个系统，其人机交互装置是 DCS 厂家提供的专用装置。而 PLC厂家一般不提供人机交互装置，往往由工程商自主采用通用的监控软件来完成(如ifix、intouch、组态王)。DCS 集成的人机交互装置往往有着功能较专业、稳定性较好的特点，但是其价格也很高。随着 PC 技术的快速发展，一些通用监控软件发展很快，功能和性能逐渐超过了 DCS 厂家提供的专用装置。因此不少 DCS 厂家逐步放弃了专用的人机交互装置，转而和 PLC 一样也使用了通用的监控软件。DCS 厂家使用通用监控软件并不是简单地拼装，而是在通用监控软件的基础上，通过合作开发，将自已多年积累的网络通讯技术、系统自诊断技术以专用软件包的形式保留和继承下来了。例如，NETWORK-6000+早期曾经使用过基于专用操作系统的 T1000 人机交互系统，而目前主要使用基于 FIX/IFIX 或 INTOUCH 的 T3500 人机交互系统。