在火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個(gè)完全不同而又有著(zhù)千絲萬(wàn)縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計算機技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結合的產(chǎn)物，火電廠(chǎng)主機控制系統用的是DCS，而PLC主要應用在電廠(chǎng)輔助車(chē)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(shù)的控制器完成控制運算、都通過(guò)I/O卡件完成與一次元件和執行裝置的數據交換、都具備稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò )的通信系統。DCS和PLC如此相似，為什么會(huì )有完全不同的概念，我們在工程實(shí)踐中如何進(jìn)行選擇？本文從歷史沿革、技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展方向等幾個(gè)方面作一綜述，希望能夠對熱工專(zhuān)業(yè)人員有所借鑒。其中的DCS的情況以科遠的NT6000為例，力求例舉詳實(shí)闡述清晰。

　　1、DCS和PLC的歷史沿革及核心概念DCS為分散控制系統的英文（TOTALDISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM）簡(jiǎn)稱(chēng)。指的是危險分散、數據集中。70年代中期進(jìn)入市場(chǎng)，完成模擬量控制，代替以PID運算為主的模擬控制儀表。首先提出DCS這樣一種思想的是儀表制造廠(chǎng)商，當時(shí)主要應用于化工行業(yè)。而PLC于60年代末研制成功，稱(chēng)作邏輯運算的可編程序控制器（ProgrammableLogicController），簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。主要應用于汽車(chē)制造業(yè)。DCS和PLC的設計原理區別較大，PLC是從摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，70年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時(shí)、計數和運算等操作的指令；并通過(guò)數字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶(hù)編制的控制程序表達了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求。將其存入PLC的用戶(hù)程序存儲器，運行時(shí)按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。

　　DCS是在運算放大器的基礎上得以發(fā)展的。把所有的函數、各過(guò)程變量之間的關(guān)系都設計成功能塊。70年代中期的DCS只有模擬量控制。

　　DCS和PLC控制器的主要差別是在開(kāi)關(guān)量和模擬量的運算上，即使后來(lái)兩者相互有些滲透，但是仍然有區別。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(shí)不太直觀(guān)，編程比較麻煩。但在解算邏輯方面，表現出快速的優(yōu)點(diǎn)。而DCS使用功能塊封裝模擬運算和邏輯運算，無(wú)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(lái)說(shuō)邏輯運算的表達效率較低。

　　DCS和PLC在歷史沿革上的差異是明顯的，對它們后續的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。然而，對后續發(fā)展影響最大的，并不是起源技術(shù)上的差別，而是其起源概念的差別。DCS的核心概念是危險分散，數據集中的計算機控制系統，因此DCS的發(fā)展過(guò)程，就是在不斷的運用計算機技術(shù)、通訊技術(shù)和控制技術(shù)的最新成果，來(lái)構建一個(gè)完整的集散控制體系，DCS給用戶(hù)提供的是一個(gè)完整的面向工業(yè)控制的安全可靠高效靈活的解決方案。而PLC的核心概念是可編程序控制器，目的是用來(lái)取代繼電器，執行邏輯、計時(shí)、計數等順序控制功能，建立柔性程序控制裝置。所以，PLC不斷發(fā)展的主線(xiàn)是在不斷地提高各項能力指標，給用戶(hù)提供一個(gè)完善的功能靈活的控制裝置。

　　DCS是一個(gè)體系，PLC是一個(gè)裝置，這是兩者在概念上的根本區別。這個(gè)區別的影響是深刻，它滲透到了技術(shù)經(jīng)濟的每一個(gè)方面。

　　2、DCS和PLC的技術(shù)特點(diǎn)與相互滲透不同的概念基礎、不同的發(fā)展道路使得DCS和PLC有著(zhù)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)習相互滲透也始終貫穿在發(fā)展過(guò)程之中。

　　2.1、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，太多點(diǎn)數的控制器在實(shí)際應用中是毫無(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)數控制器的需要驅動(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)獨立的柔性控制裝置，帶點(diǎn)能力越強當然也就代表其技術(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?？刂铺幚砟芰Φ牧硪粋€(gè)指標，運算速度，在人們印象當中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執行邏輯運算的效率很高，執行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)?；而DCS在處理邏輯運算和模擬運算時(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PLC執行一個(gè)PID運算在幾個(gè)毫秒，而NT6000DCS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)際運算能力是相當的，某此型號的DCS控制器甚至更強。而控制周期上的差異主要與控制器的調度設計有關(guān)。大型PLC往往使用副CPU來(lái)完成模擬量的運算，主CPU高速地完成開(kāi)關(guān)量運算，所以即使模擬運算速度一般，在開(kāi)關(guān)量控制方面的速度表現還是非常優(yōu)秀的。而DCS以同樣的速度來(lái)處理開(kāi)關(guān)量和模擬量運算，控制周期的指標確實(shí)不理想。新型的DCS控制器學(xué)習了大型PLC的設計，在控制周期方面的表現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(gè)不同優(yōu)先級的任務(wù)，最小運算周期可以設為10ms，配合高速I(mǎi)/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(cháng)的任務(wù)中。

　　2.2、數據通訊交換數據通訊交換主要是指控制系統網(wǎng)絡(luò )及其數據交換形式。在這個(gè)方面DCS有著(zhù)先天的優(yōu)勢。集散系統的“分散”主要體現在獨立的控制器上，“集中”主要體現在具有完整數據的人機交互裝置上，而將分散和集中連接成集散系統的正是網(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(chǎng)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(chǎng)家最早研發(fā)或應用成功的。PLC主要是按照獨立裝置來(lái)設計的，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，數據表的傳輸結構。而DCS呢，以NT6000的ELIN網(wǎng)為例，雖然也是基于工業(yè)以太網(wǎng)的，但其應用層協(xié)議是積累了近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(cháng)期成功的應用。ELIN網(wǎng)上，各站平等，不存在主要管理站。而且數據通訊是以模塊為單位的結構化數據，數據管理能力非數據表方式可比。

　　以PID模塊為例，其中的基本數據有PV、SP、OP，采用數據表的傳輸方式，你必須先定義PV、SP、OP的數據地址為01、02、03，其它的站也以數據表的方式接收數據，但是01是什么數據？02是什么數據？必須通過(guò)數據定義表才能還原。數據表的管理方式煩瑣易錯，一個(gè)大型系統的上萬(wàn)點(diǎn)數據采用這個(gè)方式，平鋪在數據表中進(jìn)行管理，是非?？膳碌?。而NT6000DCS以模塊為單位的結構化管理，將一個(gè)PID作為一個(gè)模塊進(jìn)行處理，要訪(fǎng)問(wèn)其PV值，首先訪(fǎng)問(wèn)其模塊，以PID.PV的形式來(lái)管理。這就將所有平鋪的數據，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數據通訊交換的問(wèn)題，主要源于PLC長(cháng)期以來(lái)做為一個(gè)獨立裝置在發(fā)展，沒(méi)有系統概念；而且主要應用在小型控制系統中，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，但是要達到DCS的水平還需要一個(gè)相當長(cháng)的過(guò)程。

　　2.3、組態(tài)維護功能組態(tài)維護功能包括邏輯組態(tài)、下載修改、運行調試、遠程診斷等。

　　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，國際電工委員會(huì )通過(guò)IEC1131-3標準規定了五種編程語(yǔ)言，目前主流的DCS和PLC都表示符合這個(gè)標準，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，梯形邏輯和結構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，積累了大量的高級算法模塊。例如NT6000具有的設備級模塊，在一個(gè)模塊中集中完成了面向設備的基本控制和故障報警功能，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)設備極模塊相當于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、運行調試、遠程診斷方面，PLC缺乏解決方案。而DCS從一設計之初就是從系統需要的角度出發(fā)的，有著(zhù)多年積累的完善的解決方案。以NT6000DCS為例，系統既可以在線(xiàn)修改控制策略，也可以在線(xiàn)下載控制策略，修改和下載過(guò)程中，對系統的正常運行沒(méi)有影響。NT6000DCS有完善的虛擬DCS功能，不但可以用于組態(tài)邏輯的驗證，而且能夠構建成完整的虛擬DCS與模型相連，完成系統的仿真調試。NT6000DCS具有完善的安全措施，提供基于廣域網(wǎng)的遠程調試方案。

　　2.4、硬件封裝結構

　　PLC一般為大底版式機架，封閉式I/O模件，封閉式結構有利與提高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)數有8點(diǎn)、16點(diǎn)、32點(diǎn)。

　　DCS大部分為19英寸標準機箱加插件式I/O模件，I/O模件為裸露式結構。每個(gè)模件的I/O點(diǎn)數有8點(diǎn)和16點(diǎn)，很少使用32點(diǎn)模件。

　　DCS的這種結構源于其使用領(lǐng)域主要在大型控制對象，19英寸標準機箱便于密集布置，較少的I/O點(diǎn)數則是由于對分散度的要求。PLC的大底版式機架，封閉式模件結構在管理和配置上更加靈活，單個(gè)設備的可靠性更高。因此，不少DCS也吸收了PLC在結構上的優(yōu)點(diǎn)，采用了和PLC相似的封裝結構，如I/A采用金屬外殼，NETWORK-6000+采用導電塑料外殼。

　　2.5、人機交互裝置在早期，DCS作為一個(gè)系統，其人機交互裝置是DCS廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用裝置。而PLC廠(chǎng)家一般不提供人機交互裝置，往往由工程商自主采用通用的監控軟件來(lái)完成（如ifix、intouch、組態(tài)王）。DCS集成的人機交互裝置往往有著(zhù)功能較專(zhuān)業(yè)、穩定性較好的特點(diǎn)，但是其價(jià)格也很高。隨著(zhù)PC技術(shù)的快速發(fā)展，一些通用監控軟件發(fā)展很快，功能和性能逐漸超過(guò)了DCS廠(chǎng)家提供的專(zhuān)用裝置。因此不少DCS廠(chǎng)家逐步放棄了專(zhuān)用的人機交互裝置，轉而和PLC一樣也使用了通用的監控軟件。DCS廠(chǎng)家使用通用監控軟件并不是簡(jiǎn)單地拼裝，而是在通用監控軟件的基礎上，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，NT6000早期曾經(jīng)使用過(guò)基于專(zhuān)用操作系統的T1000人機交互系統，而目前主要使用基于FIX/IFIX或INTOUCH的T3500人機交互系統。其中的LINPOLL網(wǎng)絡(luò )通訊包是開(kāi)發(fā)集成的。

　　3、DCS和PLC的市場(chǎng)情況和發(fā)展方向

　　在熱工自動(dòng)化領(lǐng)域，主廠(chǎng)房控制系統基本上毫無(wú)例外地使用DCS。而在輔助車(chē)間才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系統非常昂貴，人們認為輔助車(chē)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(lái)構建控制系統。而鍋爐、汽機和發(fā)電機的控制系統，要求長(cháng)期穩定可靠地運行，信號中含有相當比例的模擬量，從系統的性能出發(fā)，人們不得不選擇了昂貴的DCS。

　　另外，分析一下主廠(chǎng)房DCS和輔助車(chē)間控制系統的市場(chǎng)競爭情況，我們會(huì )發(fā)現一個(gè)有趣的現象。主廠(chǎng)房DCS的競爭往往在不同品牌的供應商或代理商之間展開(kāi)，競爭激烈，DCS的價(jià)格不斷下調。而輔助車(chē)間控制系統的競爭往往在同一品牌PLC的各個(gè)工程商之間進(jìn)行，門(mén)檻較低，競爭更加激烈，但是PLC的價(jià)格下調幅度卻并不如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(chǎng)壓力下，不斷下調設備制造費用和工程實(shí)施費用。而PLC的生產(chǎn)商不直接參與競爭，各個(gè)工程商只能下調自身有限的工程費用，空間有限。從現在情況看來(lái)，DCS與高檔PLC的價(jià)格差距已不明顯，輔助車(chē)間仍然較多地采用PLC，是市場(chǎng)的慣性使然。

　　隨著(zhù)國內電廠(chǎng)裝機容量的不斷擴大及電力系統改革的推進(jìn)，對輔助車(chē)間控制的要求也不斷提高，在這個(gè)大環(huán)境，DCS系統進(jìn)入輔助車(chē)間控制已成為趨勢。NT6000DCS因其綜合的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，已經(jīng)并將繼續在輔助車(chē)間控制方面發(fā)揮越來(lái)越大的作用。

　　在輔助車(chē)間應用廣泛的PLC也并不會(huì )就此退出熱工自動(dòng)化的歷史舞臺，前所未有的競爭壓力，將會(huì )促使PLC廠(chǎng)商在技術(shù)上向DCS標準靠攏，在價(jià)格上作出更大的努力。市場(chǎng)競爭的結果，將使用戶(hù)獲獲得更大的利益。

　　4、結論

　　DCS和PLC作為計算機技術(shù)和控制技術(shù)結合的產(chǎn)物，為火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化水平的提高都作出了各自的貢獻。由于兩者在應用上有較大的相通性，在不同的時(shí)期，其各自的技術(shù)或價(jià)格優(yōu)勢，都會(huì )直接影響到其市場(chǎng)地位。而市場(chǎng)的反應也會(huì )或快或慢地反映到各自的技術(shù)發(fā)展和價(jià)格調整上。從總的趨勢來(lái)看，DCS和PLC在技術(shù)上的融合和促進(jìn)將會(huì )是競爭的主流，而在性?xún)r(jià)比方面，你來(lái)我往地不斷攀升，也將是發(fā)展的主旋律。

 來(lái)源：慧聰網(wǎng)