什么是 DCS

DCS 是分布式控制系统,在国内自控行业里也叫做集散控制系统,主要用于把地理上很分散的设备集中监控并自动控制起来,主要用于大型流程工业当中,用于集中反映当前生产状况,它靠一个中枢系统来集中处理,多个操作站来监视控制,数据更新速度比 PLC 系统慢。

 

举个例子:因为某个工艺需要,水箱液位需要保持在一定范围内,当水箱液位出现较大波动且超出此范围后,可以选择去现场手动调节控制水位的阀门,也可以通过 DCS 发出指令去调节。DCS 相当于大脑,对眼睛看到的情况(即现场检测仪表传输过来的信号,如水位降低)做出反应(即发出指令,如增大进水阀开度),现场执行设备接受到指令做出相应的动作(如增大进水阀门开度,保持水位在一定范围)。

 

DCS 和 PLC 的差别

 

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。而 DCS 的控制器,一般只能处理几百个 I/O 点。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,带点能力十分强。

 

在人们印象当中 PLC 的运算速度也比 DCS 要快很多。从某一个角度来看确实如此,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。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 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。

 

 

数据通讯交换

在这个方面 DCS 有着先天的优势。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。

 

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。

 

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。

 

 

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。

 

 

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。