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。 一、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,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。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。 二、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。 三、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。 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。 四、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。 五、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。
DCS与PLC各自的技术特点分析