PLC與DCS的區(qū)別
有朋友可能會問什么是組態(tài)?
那上下位機又是什么呢?
那組態(tài)和上下位機跟DCS有什么關系呢?
第四次工業(yè)革命,物聯(lián)網(wǎng)時代,人們做了很多完善工作,讓控制系統(tǒng)看上去更高大上一些,更多決策輔助,更多數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。于是分支出或添加了許多功能比如OEE、MES、ERP…
1、DCS和PLC的定義
DCS作為一個集過程控制和過程監(jiān)控為一體的計算機綜合系統(tǒng),在通信網(wǎng)絡的不斷帶動下,DCS系統(tǒng)已經(jīng)成為了一個綜合計算機,通信、顯示和控制等4C技術的完整體系。其主要特點是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
現(xiàn)如今的DCS系統(tǒng)可以廣泛地用于工業(yè)裝置的生產(chǎn)控制和經(jīng)營管理,在化工、電力、冶金等流程自動化領域的應用已經(jīng)十分普及。
PLC,即邏輯可編程控制器,是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內(nèi)部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程,是工業(yè)控制的核心部分。
2、DCS和PLC控制器的差別
DCS和PLC控制器的主要差別是在開關量和模擬量的運算上,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。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。
3、DCS和PLC在火電廠的應用
在火電廠熱工自動化領域,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都是計算機技術與工業(yè)控制技術相結合的產(chǎn)物,火電廠主機控制系統(tǒng)用的是DCS,而PLC主要應用在電廠輔助車間。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的控制器完成控制運算、都通過I/O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)絡的通信系統(tǒng)。
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。NT6000DCS因其綜合的技術經(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廠商在技術上向DCS標準靠攏,在價格上作出更大的努力。DCS和PLC市場競爭的結果,將會使用戶獲得更大的利益。
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)。
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。
新型的DCS控制器學習了大型PLC的設計,在控制周期方面的表現(xiàn)獲得了大幅度的提高。以NT6000DCS的T2550控制器為例??刂破骺梢栽O置四個不同優(yōu)先級的任務,最小運算周期可以設為10ms,配合高速I/O卡件,控制周期能夠達到15~20ms。而模擬量運算設置在其它周期較長的任務中。
DCS在發(fā)展的過程中也是各廠家自成體系,但大部分的DCS系統(tǒng),比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等,雖說系統(tǒng)內(nèi)部(過程級)的通訊協(xié)議不盡相同,但操作級的網(wǎng)絡平臺不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡,采用標準或變形的TCP/IP協(xié)議。diangon.com這樣就提供了很方便的可擴展能力。在這種網(wǎng)絡中,控制器、計算機均作為一個節(jié)點存在,只要網(wǎng)絡到達的地方,就可以隨意增減節(jié)點數(shù)量和布置節(jié)點位置。另外,基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議,各系統(tǒng)也可很方便的通訊,以實現(xiàn)資源共享。
6、PLC和DCS的數(shù)據(jù)庫
DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。換句話說,在DCS系統(tǒng)中一旦一個數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中,就可在任何情況下引用,比如在組態(tài)軟件中,在監(jiān)控軟件中,在趨勢圖中,在報表中……而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常都不是統(tǒng)一的,組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫。為什么常說西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS?因為西門子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號。
PLC的程序一般不能按事先設定的循環(huán)周期運行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。(現(xiàn)在一些新型PLC有所改進,不過對任務周期的數(shù)量還是有限制)而DCS可以設定任務周期。比如,快速任務等。同樣是傳感器的采樣,壓力傳感器的變化時間很短,我們可以用200ms的任務周期采樣,而溫度傳感器的滯后時間很大,我們可以用2s的任務周期采樣。這樣,DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。
8、PLC和DCS的網(wǎng)絡結構
一般來講,DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡結構,一層為過程級網(wǎng)絡,大部分DCS使用自己的總線協(xié)議,比如橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等,這些協(xié)議均建立在標準串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎上。現(xiàn)場IO模塊,特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)(機器代碼,213/掃描周期)十分龐大,同時現(xiàn)場干擾因素較多,因此應該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強的網(wǎng)絡標準?;赗S485串口異步通訊方式的總線結構,符合現(xiàn)場通訊的要求。
IO的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)CPU轉換后變?yōu)檎螖?shù)據(jù)或?qū)嵭螖?shù)據(jù),在操作級網(wǎng)絡(第二層網(wǎng)絡)上傳輸。因此操作級網(wǎng)絡可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡標準,同時因操作級網(wǎng)絡一般布置在控制室內(nèi),對抗干擾的要求相對較低。因此采用標準以太網(wǎng)是最佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標準以太網(wǎng)協(xié)議,一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。
PLC系統(tǒng)的工作任務相對簡單,因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會太大,所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡結構。過程級網(wǎng)絡和操作級網(wǎng)絡要么合并在一起,要不過程級網(wǎng)絡簡化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會或很少使用以太網(wǎng)。
9、PLC和DCS的應用對象規(guī)模
PLC一般應用在小型自控場所,比如設備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖,而大型的應用一般都是DCS。當然,這個概念不太準確,但很直觀,習慣上我們把大于600點的系統(tǒng)稱為DCS,小于這個規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產(chǎn)品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱為PLC。
在熱工自動化領域,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。
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。
PLC和DCS產(chǎn)品市場可謂風起云涌、競爭激烈。縱觀PLC市場群星璀璨:世界上有200多家公司生產(chǎn)400多個品種系列的PLC,應用于電力、石油石化、冶金、材料、包裝、造紙、汽車和市政各個行業(yè)。從行業(yè)角度來看,國外廠商占山為王,有著屬于各自的勢力范圍。
DCS市場與PLC相差無幾,基本由國外業(yè)內(nèi)強者所把持,可喜的是一批本土廠商如Hollysys、Supcon、Xinhua等企業(yè)逐漸發(fā)展壯大。由于DCS技術含量高,很多對產(chǎn)品的需求都建立在項目的基礎上,這樣對DCS的需求也將是一個周期性較長的過程,因此DCS市場格局短時間內(nèi)難有較大改變。當然,由于行業(yè)發(fā)展速度的不規(guī)律性,側重行業(yè)不同的公司可能會因此而發(fā)生一些變化。
在今后的控制系統(tǒng)的發(fā)展中,我們將會看到DCS和PLC技術逐漸融合的局面,這對它們各自的發(fā)展以及各行各業(yè)的發(fā)展都有種促進的作用。