HONEYWELL330115A控制器
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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NETWORK6000+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成果，来构建一个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***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，相互学习相互渗透也始终贯穿在发展过程之中。
2．1、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，NETWORK6000+DCS的T2550控制器解算一个PID也需要1个毫秒，这说明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，运算周期可以设为10ms，配合高速I/O卡件，控制周期能够达到15~20ms。而模拟量运算设置在其它周期较长的任务中。
2．2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OLIN，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。
2．3、组态维护功能
组态维护功能包括逻辑组态、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。经过多年的发展，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***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，也可以在线控制策略，修改和过程中，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。
2．4、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。
2．5、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。其中的LINPOLL网络通讯包是由欧陆公司开发集成的。
3、DCS和PLC的市场情况和发展方向
在热工自动化领域，主厂房控制系统基本上毫无例外地使用DCS。而在辅助车间才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系统非常昂贵，人们认为辅助车间的运行可以间断，可靠性要求不是很高，且模拟量控制要求较少，从降低成本的角度出发，往往选择PLC来构建控制系统。而锅炉、汽机和发
电机
的控制系统，要求长期稳定可靠地运行，信号中含有相当比例的模拟量，从系统的性能出发，人们不得不选择了昂贵的DCS。 另外，分析一下主厂房DCS和辅助车间控制系统的市场竞争情况，我们会发现一个有趣的现象。主厂房DCS的竞争往往在不同品牌的供应商或代理商之间展开，竞争激烈,DCS的价格不断下调。而辅助车间控制系统的竞争往往在同一品牌PLC的各个工程商之间进行，门槛较低，竞争更加激烈，但是PLC的价格下调幅度却并不如DCS明显。主要原因是DCS的生产商直接参与竞争，在巨大的市场压力下，不断下调设备制造费用和工程实施费用。而PLC的生产商不直接参与竞争，各个工程商只能下调自身有限的工程费用，空间有限。从现在情况看来，DCS与***PLC的价格差距已不明显，辅助车间仍然较多地采用PLC，是市场的惯性使然。
随着国内电厂装机容量的不断扩大及电力系统改革的推进，对辅助车间控制的要求也不断提高，在这个大环境，DCS系统进入辅助车间控制已成为趋势。NETWORK6000+DCS因其综合的技术经济优势，已经并将继续在辅助车间控制方面发挥越来越大的作用。在辅助车间应用广泛的PLC也并不会就此退出热工自动化的历史舞台，***的竞争压力，将会促使PLC厂商在技术上向DCS标准靠拢，在价格上作出更大的努力。 市场竞争的结果，将使用户获获得更大的利益。
4、结论
DCS
PLC
作为计算机技术和控制技术结合的产物，为火电厂热工自动化水平的提高都作出了各自的贡献。由于两者在应用上有较大的相通性，在不同的时期，其各自的技术或价格优势，都会直接影响到其市场地位。而市场的反应也会或快或慢地反映到各自的技术发展和价格调整上。从总的趋势来看，DCS和PLC在技术上的融合和促进将会是竞争的主流，而在性价比方面，你来我往地不断攀升，也将是发展的主旋律。

505-4932A Texas Instruments Siemens TI 505-4932 A N6
Panasonic Kokusai Servo Drive ADKB400BPFADH working
JOHNSON CONTROLS NU-NCM200-0 USPP NUNCM2000
ASEA BROWN BOVERI ACS401601132 NSFP ACS401601132
SAFTRONICS GP10E1ST32030B?1 USPP GP10E1ST32030B?1
GE FANUC IC600BF947 USPP IC600BF947
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TEXAS INSTRUMENTS PLC 305-8ADC NSFP 3058ADC
ASEA BROWN BOVERI MFE50034180100?4EH NSPP MFE50034180100?4E
CKD CORP PVU-OP-1 NSPP PVUOP1
TEXAS INSTRUMENTS PLC 7MT-1504 USPP 7MT1504
COMPUMOTOR 2100-2-488 NSPP 21002488
ASEA BROWN BOVERI YXU-168E USPP YXU168E
EMERSON T-60 USPP T60
TEXAS INSTRUMENTS PLC 545-1101 USPP 5451101
Texas Instrument 500-4010 loop access module
Texas Instruments PM550-212
Panasonic SERVO MOTOR MSMA082A1C +NEUGART PLE80-008
AYDIN CONTROLS 400-5164-001 USPP 4005164001
ASEA BROWN BOVERI ACS601-0100-5-?000B1200800 USPP ACS60101005000?B1
ALLEN BRADLEY 1326-CCUT060 NSFP 1326CCUT060
PANASONIC AC SERVO DRIVER MSDA3A3A1A
TEXAS INSTRUMENTS PLC VPU210-3105 USPP VPU2103105
KOLLMORGEN IND M-605-B-B3 USPP M605BB3
PERCEPTRON US400D45V
TEXAS INSTRUMENTS PLC VPU200-3101 USPP VPU2003101
PANASONIC AC SERVO MOTOR MUMS041A1F0S SSEC SERVO CONTROLLER
TEXAS INSTRUMENTS PLC 100-3101 USPP 1003101
MODICON 140-CPS-114-20 NSPP 140CPS11420
ASEA BROWN BOVERI 3BHB003041R010?1 NSFP 3BHB003041R010?1
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PACIFIC SCIENTIFIC R43HEAA-R2-NS-?VS-02 NSPP R43HEAAR2NSVS0?2
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TEXAS INSTRUMENTS PLC 510-3103 USPP 5103103
SAJF// PANASONIC MUMA042P1S AC SERVO MOTOR USED
ASEA BROWN BOVERI 48990001-FE USPP 48990001FE
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ASEA BROWN BOVERI ACS501-010-4-0?0P5 NSFP ACS501010400P5
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