北京慧博時(shí)代科技有限公司 | 技術(shù)中心

　　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(diǎn)，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(guò)程之中。

　　一、控制處理能力

　　我們知道，一個(gè)PLC的控制器，往往能夠處理幾千個(gè)I/O點(diǎn)(最多可達(dá)8000多個(gè)I/O)。而DCS的控制器，一般只能處理幾百個(gè)I/O點(diǎn)(不超過(guò)500個(gè)I/O)。難道是DCS開(kāi)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(lái)說(shuō)，不允許有控制集中的情況出現(xiàn)，太多點(diǎn)數(shù)的控制器在實(shí)際應(yīng)用中是毫無(wú)用處的，DCS開(kāi)發(fā)人員根本就沒(méi)有開(kāi)發(fā)帶很多I/O點(diǎn)數(shù)控制器的需要驅(qū)動(dòng)，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(gè)獨(dú)立的柔性控制裝置，帶點(diǎn)能力越強(qiáng)當(dāng)然也就代表其技術(shù)水平越高了，至于整個(gè)控制體系的應(yīng)用水平呢，這主要是工程商和用戶(hù)的事情，而不是PLC制造商的核心目標(biāo)。

　　控制處理能力的另一個(gè)指標(biāo)，運(yùn)算速度，在人們印象當(dāng)中PLC也比DCS要快很多。從某一個(gè)角度來(lái)看，情況也的確如此，PLC執(zhí)行邏輯運(yùn)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?xún)?nèi);而DCS在處理邏輯運(yùn)算和模擬運(yùn)算時(shí)采用相同的方式，其控制周期往往在100ms以上。我們用PID算法來(lái)比較時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)PLC執(zhí)行一個(gè)PID運(yùn)算在幾個(gè)毫秒，而NETWORK6000+DCS的T2550控制器解算一個(gè)PID也需要1個(gè)毫秒，這說(shuō)明PLC和DCS和實(shí)際運(yùn)算能力是相當(dāng)?shù)?某此型號(hào)的DCS控制器甚至更強(qiáng)。而控制周期上的差異主要與控制器的調(diào)度設(shè)計(jì)有關(guān)。大型PLC往往使用副CPU來(lái)完成模擬量的運(yùn)算，主CPU高速地完成開(kāi)關(guān)量運(yùn)算，所以即使模擬運(yùn)算速度一般，在開(kāi)關(guān)量控制方面的速度表現(xiàn)還是非常優(yōu)秀的。而DCS以同樣的速度來(lái)處理開(kāi)關(guān)量和模擬量運(yùn)算，控制周期的指標(biāo)確實(shí)不理想。新型的DCS控制器學(xué)習(xí)了大型PLC的設(shè)計(jì)，在控制周期方面的表現(xiàn)獲得了大幅度的提高。以NETWORK6000+DCS的T2550控制器為例?？刂破骺梢栽O(shè)置四個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，最小運(yùn)算周期可以設(shè)為10ms，配合高速I(mǎi)/O卡件，控制周期能夠達(dá)到15~20ms。而模擬量運(yùn)算設(shè)置在其它周期較長(zhǎng)的任務(wù)中。

　　二、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(gè)方面DCS有著先天的優(yōu)勢(shì)。集散系統(tǒng)的“分散”主要體現(xiàn)在獨(dú)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(jī)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)用成功的。PLC主要是按照獨(dú)立裝置來(lái)設(shè)計(jì)的，其 “網(wǎng)絡(luò)”實(shí)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(shí)質(zhì)上的差距卻依然存在。以很多PLC采用的MODBUS-TCP以例。MODBUS是串行通訊協(xié)議，不是網(wǎng)絡(luò)，大家都沒(méi)有疑問(wèn);MODBUS-TCP是網(wǎng)絡(luò)嗎?很多人就有疑問(wèn)了。仔細(xì)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，以網(wǎng)絡(luò)6000+DCS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)議是歐陸公司積累了近30年的無(wú)主令牌LIN網(wǎng)協(xié)議，在1M的OLIN，2.5M和20M的ARCNET上都有長(zhǎng)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01是什么數(shù)據(jù)?02是什么數(shù)據(jù)?必須通過(guò)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(cuò),一個(gè)大型系統(tǒng)的上萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)采用這個(gè)方式,平鋪在數(shù)據(jù)表中進(jìn)行管理，是非常可怕的。而NETWORK6000+DCS以模塊為單位的結(jié)構(gòu)化管理，將一個(gè)PID作為一個(gè)模塊進(jìn)行處理，要訪問(wèn)其PV值，首先訪問(wèn)其模塊，以PID.PV的形式來(lái)管理。這就將所有平鋪的數(shù)據(jù)，分類(lèi)歸屬集中到一個(gè)個(gè)小盒子中，按模塊.分量的方式進(jìn)行管理，管理的效率大大提高。

　　PLC數(shù)據(jù)通訊交換的問(wèn)題，主要源于PLC長(zhǎng)期以來(lái)做為一個(gè)獨(dú)立裝置在發(fā)展，沒(méi)有系統(tǒng)概念;而且主要應(yīng)用在小型控制系統(tǒng)中，問(wèn)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(gè)方面有所提高，但是要達(dá)到DCS的水平還需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程。

　　三、組態(tài)維護(hù)功能

　　組態(tài)維護(hù)功能包括邏輯組態(tài)、下載修改、運(yùn)行調(diào)試、遠(yuǎn)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(guò)多年的發(fā)展，國(guó)際電工委員會(huì)通過(guò)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了五種編程語(yǔ)言,目前主流的DCS和PLC都表示符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，支持其中的幾種或全部編程語(yǔ)言。從開(kāi)發(fā)效率和程序可讀性來(lái)考慮，模塊功能圖和順序功能圖越來(lái)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(kāi)發(fā)工具。大型PLC在組態(tài)方式上越來(lái)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(guò)多年的發(fā)展，積累了大量的高級(jí)算法模塊。例如NETWORK6000+具有的設(shè)備級(jí)模塊，在一個(gè)模塊中集中完成了面向設(shè)備的基本控制和故障報(bào)警功能，在網(wǎng)絡(luò)通訊中也已此模塊為單位進(jìn)行傳遞，大大提高了軟件開(kāi)發(fā)的效率。一個(gè)設(shè)備極模塊相當(dāng)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(yùn)行調(diào)試、遠(yuǎn)程診斷方面，PLC缺乏解決方案。而DCS從一設(shè)計(jì)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NETWORK6000+DCS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(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒(méi)有影響。NETWORK6000+DCS有完善的虛擬DCS功能，不但可以用于組態(tài)邏輯的驗(yàn)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。NETWORK6000+DCS具有完善的安全措施，提供基于廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)程調(diào)試方案。

　　四、硬件封裝結(jié)構(gòu)

　　PLC一般為大底版式機(jī)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(diǎn)數(shù)有8點(diǎn)、16點(diǎn)、32點(diǎn)。

　　DCS大部分為19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱加插件式I/O模件，I/O模件為裸露式結(jié)構(gòu)。每個(gè)模件的I/O點(diǎn)數(shù)有8點(diǎn)和16點(diǎn)，很少使用32點(diǎn)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(duì)象，19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱便于密集布置，較少的I/O點(diǎn)數(shù)則是由于對(duì)分散度的要求。PLC的大底版式機(jī)架，封閉式模件結(jié)構(gòu)在管理和配置上更加靈活，單個(gè)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(diǎn)，采用了和PLC相似的封裝結(jié)構(gòu)，如I/A采用金屬外殼， NETWORK-6000+采用導(dǎo)電塑料外殼。

　　五、人機(jī)交互裝置

　　在早期，DCS作為一個(gè)系統(tǒng)，其人機(jī)交互裝置是DCS廠家提供的專(zhuān)用裝置。而PLC廠家一般不提供人機(jī)交互裝置，往往由工程商自主采用通用的監(jiān)控軟件來(lái)完成(如ifix、intouch、組態(tài)王)。DCS集成的人機(jī)交互裝置往往有著功能較專(zhuān)業(yè)、穩(wěn)定性較好的特點(diǎn)，但是其價(jià)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(guò)了DCS廠家提供的專(zhuān)用裝置。因此不少DCS廠家逐步放棄了專(zhuān)用的人機(jī)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(jiǎn)單地拼裝，而是在通用監(jiān)控軟件的基礎(chǔ)上，通過(guò)合作開(kāi)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(zhuān)用軟件包的形式保留和繼承下來(lái)了。

　　例如，NETWORK-6000+早期曾經(jīng)使用過(guò)基于專(zhuān)用操作系統(tǒng)的T1000人機(jī)交互系統(tǒng)，而目前主要使用基于FIX/IFIX或INTOUCH的T3500人機(jī)交互系統(tǒng)。其中的LINPOLL網(wǎng)絡(luò)通訊包是由歐陸公司開(kāi)發(fā)集成的。