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1、DCS基础知识 大唐多伦煤化工 电仪维护车间 池常青 DCS概述 DCS 的 发 展 历 史 DCS 的 应 用 领 域 DCS 的 概念 DCS 的 组 成 及 特 点 DCS和PLC的区别 DCS从1975年问世以来，大约有三次比较大的 变革，七十年代操作站的硬件、操作系统、监视 软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，也 没有动态流程图，通讯网络基本上都是轮询方式 的；八十年代就不一样了，通讯网络较多使用令 牌方式；九十年代操作站出现了通用系统，九十 年代末通讯网络有部份遵守TCP/IP协议，有的开 始采用以太网。总的来看，变化主要体现在 板、操作站和通讯网络。控制器相对来讲变化 要小

2、一些。操作站主要表现在由专用机变化到通 用机，如PC机和小型机的应用。但是目前它的操 作系统一般采用UNIX，也有小系统采用NT，相 比较来看UNIX的稳定性要好一些，NT则有死机 现象。I/O板主要体现在现场总线的引入DCS系 统。 DCS 的 发 展 历 史 从理论上讲，一个DCS系统可以应用于各种行业， 但是各行业有它的特殊性，所以DCS也就出现了 不同的分支，有时也由于DCS厂家技术人员工艺 知识的局限性而引起，如HONEYWELL公司对石 化比较熟悉，其产品在石化行业应用较多，而 AILEY的产品则在电力行业应用比较普遍。用户 在选择DCS的时候主要是要注意其技术人员是否 对该生产工

3、艺比较熟悉；然后要看该系统适用于 多大规模，比如NT操作系统的就适应于较小规模 的系统；最后是价格，不同的组合价格会有较大 的差异，而国产的DCS系统价格比进口的DCS至 少要低一半，算上备品备件则要低得更多。 第一套DCS系统是美国HONEYWELL公司 1975年推出的TDC2000至今三十多年的 历史，它几经更新换代，技术性能日趋完 善。据不完全统计现在集散控制系统的类 型有2000-3000种，厂家也不计其数如： 横河公司的 CENTUM CS 、ABB公司的 FREELANCE、FOXBORO公司的I/AS以 及国产的浙大中控公司的ECS、和利时公 司的DCS系统等。 TPS系统是霍

4、尼韦尔1996年推出的控制系 统, 在近十年的成长中不断升级和完善，在 保持系统可靠性, 稳定性的同时, 又吸收了 最新的人机界面技术, 通讯网络技术以及将 我们的先进控制（APC）及操作员培训系 统（OTS）与系统无缝的联系连接，可以 说TPS系统是最先进、稳定和全面的系统。 DCS 的 应 用 领 域 石 油 和 天 然 气 石 油 和 天 然 气 烃 加 工 烃 加 工 化 工 与 塑 料 制 品 化 工 与 塑 料 制 品 采 矿 、 矿 石 和 冶 金 采 矿 、 矿 石 和 冶 金 纸 浆 、 纸 张 和 连 续 式 网 塑 纸 浆 、 纸 张 和 连 续 式 网 塑 发 电 发

5、电 水 和 污 水 水 和 污 水 DCS 的 概念 DCS全称：Distributed Control System 它的中文意思是集散控制系统 思想：集中管理分散控制（危险分散、控 制分散、而操作和管理集中的基本设计思 想。 四C技术：计算机（computer)、通信 （communication)、显示（CRT)、控制 （control)。 什么是组态？什么是组态？ 在使用工控软件中，我们经常提到组态一 词，组态英文是“Configuration”,其意义 究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应 用软件中提供的工具、方法、完成工程中 某一具体任务的过程。 与硬件生产相对照，组态与组装类似。

6、如要组装 一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、 电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工 作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。当然 软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间， 因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每 个 “部件” 都很灵活，因为软部件都有内部属 性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性 状、颜色等）。 在组态概念出现之前，要实现某一任务， 都是通过编写程序（如使用 BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。编写 程序不但工作量大、周期长，而且容易犯 错误，不能保证工期。组态软件的出现， 解决了这个问题。对于过去需要几个月的 工作，通过组态几天就可以完成。

7、组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域 的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图 组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。其实在其他 行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。如 AutoCAD，PhotoShop，办公软件(PowerPoint)都存 在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品， 并以数据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数 据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之 处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。 组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从 表面上看

8、，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 虽然说组态就是不需要编写程序就能完成 特定的应用。但是为了提供一些灵活性， 组态软件也提供了编程手段，一般都是内 置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚 至支持VB。 DCS 的 组 成 及 特 点 构成： 集散控制系统通常由过程控制单元、电源、I/O卡件、机 柜、卡笼、通讯网络、操作站、工程师站、软件等组成。 特点： 1. 完善的控制功能（PID控制、顺序控制、逻辑控制、 批量控制等。） 2. 丰富的监控功能（可以监控生产装置的生产情况） 3. 简便的安装调试 4. 良好的性能和价格比 5. 可靠性好（有完善的自诊断功能、MTBF达105天）

9、过程控制站过程控制站-高性能过程管理站高性能过程管理站HPM HPM硬件介绍硬件介绍 HPM从设计上就提供了灵活和功能强大从设计上就提供了灵活和功能强大 的数据采集和控制功能。它采用的多处理器的数据采集和控制功能。它采用的多处理器 结构，用不同的处理器完成不同的任务。结构，用不同的处理器完成不同的任务。 HPM包括先进过程管理站模件包括先进过程管理站模件(HPMM)和和 I/O子系统。子系统。HPMM由高性能的通信处理器由高性能的通信处理器 卡和调制解调器卡、卡和调制解调器卡、I/O链路接口处理器卡、链路接口处理器卡、 控制处理器卡所组成，其控制处理器卡所组成，其CPU采用两个采用两个 MOT

10、OROLA公司的公司的68040芯片。芯片。 经优化设计的先进通信处理器卡，具有高性能网络通信能力，完成如网络数 据存取、对等通信等功能。它同时对现场控制器产生的报警进行精确的时间 标记。 高性能的控制处理器卡完成常规、逻辑、顺序控制功能，同时执行用户的 CL/HPM程序。因通信和输入输出处理分别由不同的处理器完成，控制处理 器可以发挥它强大的功能，专门完成控制策略。先进的I/O链路处理器是 HPMM与I/O子系统的接口。 I/O子系统包括冗余的输入输出链路和多达40对冗余的I/O处理器卡。这些 I/O处理器卡完成所有现场I/O信号的数据采集和控制功能。比如：I/O卡直 接完成工程单位转换和报

11、警处理，不需要HPMM的介入。采用冗余的光纤电 缆I/O链路扩展器，可以将I/O处理器卡安装在远离HPM机柜8公里外的地方， 实现远程输入输出。其特点归类如下： 多处理器并行处理结构 主控制器双板结构，通信处理器和控制处理器并行工作，双68040处理器， 32位结构，专门设计的大规模集成电路ASIC，最大限度减少元器件，800 PUs(5X PM/APM)处理单元 I/O链路接口卡 通过串行接口与Modbus兼容子系统进行双向通讯 支持LCN的AM和上位机实现更高层次的优化控制策略，许多高性能的软件包 也可以优化控制性能 APM/PM进一步改进，更大的内存（比PM大4倍） HPM冗余配置冗余配

12、置 HPMM采用1：1冗余，并配置在不同的卡笼箱， 确保安全。 HPMM需要进行切换时对过程控制没有任何影响。 HPM采用了大量的自诊断功能，随时诊断运行状 况和任何故障。故障又分为硬故障和软故障， HPM的状态不但在面板上有LED显示，又在GUS 上的标准状态显示画面中可以看到。 HPM的任何电路板均可带电插拔，大大方便维修。 更换AO或DO时，手操器可维持输出。 因为在产品设计时就特别考虑了冗余选择，因此 完全支持主模件到备份模件的自动切换，不需要 用户编程。在线诊断功能确保主付模件均正常运 行。1:1的冗余最大限度发挥了系统的可得到性， 而且简化了系统的电缆连接和组态。 HPM功能介绍功

13、能介绍 所有的控制功能都是在HPMM内完成的， 而数据采集，信号调制报警处理均在I/O处 理器板完成。控制功能包括复杂的常规控 制方案、连锁逻辑功能和面向过程工程师 的高级控制语言(CL/ HPM)。 PID控制(手动、自动、串级、比率) 基本逻辑算法 采样和保持 计数 高/中/低选择 用户自定义功能块 数字数据传送 送高/低限制 乘方/开方 带跟踪的PID逻辑控制 HPM的控制功能组态都可以在线在线完成和下 装，且对其它功能没有任何影响。 系统提供PID回路自整定软件RAIP TUNE， 可以实现对每个PID回路的PID参数实现自实现自 动整定动整定。 HPM提供的过程控制语言 CL/HPM

14、是Honeywell在过程管理站(HPM) 上运行的面向过程的控制语言。它的语言 采用顺序结构的方式，适合于批量或综合 应用的需要；计算功能适合连续控制任务 的需要。 这种控制语言最关键的特点是与本地HPM 的所有数据点共享数据，并且与UCN上的 其它设备共享数据。 HPM的顺序控制功能由HPM/CL语言完成，每个 顺控模块有多个Phase构成，每个Phase由多个 Step构成，每步由多条命令构成，这些命令可以 开关现场泵和阀，也可以接受操作员命令或执行 连续控制模块的输出。 系统最大可以执行250个过程模件点，每个过程 模件点可以嵌套一个或多个CL顺控程序。由于 HPM采用确定性控制，所以

15、每个过程模件点可以 按照组态设定的执行周期完成顺序控制。 工艺流程如图所示，顺序控制要求是将TANK 33的原料加入REACTOR 30。 其顺控程序如下, 该段程序执行了Phase3_ch_R30段中加料步骤： 打开VL3301和VL3303两个 电动阀，同时开启反应器中的 搅拌器AG3001。 将流量控制回路FIC301的给 定设定为50%，将泵PU3001 启动。等待直到TANK33的料 排空。 停止搅拌器AG3301和泵 PU3001，关电动阀VL3301和 VL3303。 将流量控制回路FIC301切换 到手动，将调节阀关死。 送信息给操作员，加料完成。 ？表示程序解释，不影响顺序

16、控制。 Display message for operator phase 3_ch_R30 step chrg_mon openVL3301, VL3003 onAG3001 Set flow to 5DGPM? setFIC301.SP=50 onPU3001 waitWT3301. PV =0 offAG3301, PU3001 closeVL3301, VL3003 Put loop in Manual and close valve? setFIC301.MODE = MAN setFIC301.OP = 0 ? send(wait): Monomer charge complet

17、e 1 2 4 3 5 Display message for operator phase 3_ch_R30 step chrg_mon openVL3301, VL3003 onAG3001 Set flow to 5DGPM? setFIC301.SP=50 onPU3001 waitWT3301. PV =0 offAG3301, PU3001 closeVL3301, VL3003 Put loop in Manual and close valve? setFIC301.MODE = MAN setFIC301.OP = 0 ? send(wait): Monomer charge

18、 complete 1 2 4 3 5 操作站操作站-全方位用户操作站全方位用户操作站GUS 全方位用户操作站（Global Users Station，GUS）是 LCN上的一个节点，是以Windows 2000作为操作系统， 具有两个处理器的高性能操作站。 GUS能满足操作人员，管理人员，系统工程师及维护人员 的各种要求，并可以为各级人员设置权限，用户名和密码。 GUS操作站可以配置操作员键盘，实现以下功能： 选择画面；选择控制方式(MAN/AUTO/CAS)；设定值/ 输出值的升/降(用光标或数字键)；顺序起动/停止；选择 报警组；报警确认/复位；打印屏幕；选择趋势记录和报 表。可对常规

19、控制的参数进行显示和修改。 历史记录功能历史记录功能-历史模件历史模件HM 历史模件（History Module，HM）是一个具有大存贮量的模件，可 被LCN网上所有的模件所使用。如其名所表示的，它是TPS统的储存 单元，容量巨大。历史模件具有强大的处理能力，可用来建立大量易 于检索的数据供工程师和操作员使用。 历史模件存贮系统的点的历史数据。可计算和存贮每小时、工作班、 日、月的平均值以及每段时间的最高和最低值。 历史模件还可存贮系统所有的历史事件，如过程报警、系统状态改变、 操作过程和系统变化，以及错误信息。 此外，历史模件还存贮显示文件、装载文件、顺序文件、控制语言、 逻辑管理站梯形逻

20、辑程序和组态源文件等系统文件，确认点 (CHECKPOINT)文件及在线维护信息等。 断点保护（CHECKPOINT）功能是HM自动定时或手动存储整个系统 网络上的所有信息，在停电或系统故障后可以迅速，准确地恢复整个 系统，对生产过程不造成任何影响。这对于工业生产来讲是非常重要 和必须的。 HM支持盘冗余配置。 工程师站工程师站 TPS系统的每台GUS都具有工程师站的组态功 能，包括控制回路组态，编程，画面生成，报 表生成，过程趋势和参数整定等 组态软件组态软件 TPS系统组态可以分为网络组态，数据库组态， 控制功能组态和流程图组态几个部分。 网络组态分别对LCN和UCN网上的各个节点进 行功

21、能分配和资源配置，使他们能有效地实现 通信和数据交换 数据库组态可以分别完成实时区域数据库的组态和历史组 的分配。同时也可以生成固定格式报表和自由格式报表。 控制方案的组态通过填表的方式完成，可产生一个模板点， 再利用模板建点法（Exception Build），可以建立大量 的同类型点。大大节约组态时间。 GUS 操作站中的画面制作工具软件Display Builder 可 以帮助工程技术人员，快速创建视觉良好、容易操作的流 程图显示画面，这些画面既可在GUS上也可在个人电脑上 生成。Display Builder提供了显示元素和脚本语言程序 段的可重用能力，不仅大大降低了创作画面的工程时间

22、， 而且提高了准确性。强大的脚本语言功能使得显示随过程 数据变化的动态效果变得简单。控制数据以及工厂网络上 的OPC数据同样也能方便地显示在过程流程图画面上。 过程趋势和参数整定过程趋势和参数整定 GUS工程师站可以实时监视过程趋势点， 组趋势显示包括八条趋势点，显示时间周 期从二分钟到八小时可以在画面上实时选 择，新数据将旧数据向左推移(polling scheme)。工程师站可以同时进行参数整 定，修改控制常数和滤波常数。 通讯系统通讯系统 TPS的通讯系统采用全冗余的工业化数字通 讯系统。控制层采用单独的UCN控制网络， 操作监视层则采用LCN网络将多个UCN网 络连接在一起实现中央监控

23、。LCN可以通 过光线扩展器LCNE实现中央控制室和现场 机柜室的光纤连接，每段光缆可达2公里 (无中继设备)。 冗余冗余 UCN和LCN及网络接口设备NIM采用全冗余配置，在正常进行状态 下定时自动切换，不会有数据丢失现象发生。当某一路通讯发生故 障时，系统在操作站上有系统报警提示。 LCN网连接的节点最多可达96个。在系统正常工作时，可以很方 便地挂上或卸掉它们，而不影响系统的其它节点的正常工作。LCN 为两条冗余的同轴电缆，分为主电缆和备份电缆，当主缆损坏或出 现通讯错误时，备份电缆自动接替工作，成为主缆。电缆和节点间 的连接是通过节点上的传输电路板，这样设计的最大优点是当某一 节点损坏

24、时，LCN网上的其它节点的通讯不受影响。此外，LCN还 为所有的节点提供同步时 UCN采用冗余同轴连接各个控制器和网络接口设备，采用32位 CRC帧检测顺序（FCS）确认接受的每一个帧，使用软件检查传送 信息的长度确保网络的可靠性。检测到任何错误马上通知发送设备 重新发送。 UCN上各个节点与UCN连接的接口的发送和接受电路是独立的， 使得网络上各节点实现电气隔离，任何一个节点发生电路故障时不 会影响通信。主干电缆和分枝电缆设计进一步起到故障隔离作用。 第二层的安全保护体现在软件对UCN网络上所有节点 进行诊断和统计，监视和报告各节点和网络的通信状 况，统计错误超过预设值时有报警提示，这种检查

25、可 以确保控制应用高度实时性的要求。 为了确保UCN网的通讯能力，每个节点会自我检测连 续传送状况，如果发现连续占用传送超过1/2秒，将 关闭该节点的传送口。万一多个电缆故障出现，通讯 软件会试图在UCN网上重新建立连接，该方式被称为 “Auto-Reconnect”。 网络接口模件（Network Interface Module， NIM）是连接LCN网和UCN网的网络接口模件，它 完成从LCN传输和通信协议向UCN传输和通信协议的 转换，而且向整个网络广播时钟，使网络上所有模件 的时钟保持一致。NIM为冗余配置，备用NIM总是从 主NIM保持更新相关信息，这样可以随时切换而不影 响通讯。

26、这样的切换可以是自动的，也可以是操作员 手动完成。 接口设备接口设备 LCN主要技术参数如下： 光纤扩展可达20kM； 每条LCN最多支持96节点； 每条LCN最多可连10条UCN； 连接到LCN上的主要设备包括：GUS全方位用户站； HM历史模件；NIM网络接口模件；EPLCG增强型PLC 网络接口模件；APP应用处理平台等。 UCN主要技术参数如下： UCN网长度最长2公里；每条UCN最多支持32对节点. 连接到UCN上的主要设备包括：高性能过程管理站 (HPM)；高级过程管理站(APM)；过程管理站(PM)； 逻辑管理站(LM)；故障安全系统(FSC)等。 系统内通讯方法说明系统内通讯方

27、法说明 局域控制网络（Local Control Network，LCN）是一 条通讯速率很高、冗余的通讯总线，连接着中央控制室内 的所有控制设备。LCN电缆的通讯速率为5Mb/s，采用国 际标准IEEE802.4令牌总线协议，带有传输数据错误检查 功能。LCN采用总线方式连接各个节点。 UCN网络的通信采用IEEE 802.4协议令牌传送方式，通 讯速率为5MB/s，网络上的模件可以进行点对点通讯 (Peer To Peer)，所有模件共享网络数据，使这些设备 可以互享信息、相互协调、实现先进、复杂的控制策略。 UCN也是采用总线方式连接各个节点。UCN网通过NIM 和LCN网相连并进行实时

28、数据通讯。 系统柜内供电 DCS机柜供电系统，冗余配置。一对 220VAC电源通过电源背板分别向各个卡 件箱供电。一对电源最多可以带两个系统 柜. 机 柜 正 面 机柜、卡件箱 机柜（2100800800）采用前后开门式标准 机柜，前面装有各种卡件和电源，背面装有FTA。 （LCN）卡件箱分为：双节点卡件箱和5槽卡件箱； 双节点卡件箱上2下3中间是两个电源。5槽卡件 箱只有一个电源和5个插槽。 （UCN）IOP卡件箱：每个系统柜有3个IOP卡件 箱每个卡件箱里有15个槽位，可以分别安装各种 I/O卡件。 还有一种7槽IOP卡件箱这里不做说明 网络通讯介质 网络通讯介质可以分为三类： A：同轴电

29、缆 B：双绞线 C：光纤 同轴电缆 分有50、75两种。TPS（LCN）采用 的是同轴电缆通讯介质。 50同轴电缆传输数字信号，传输速率为 10Mbps，它的抗干扰能力强，多站适应性 较好，在集散系统中应用较多。 75同轴电缆一般传输模拟信号，也可传 输数字信号，传输速率为50Mbps，常用于 电视系统。 双绞线、光纤 双绞线：可以传输数字信号和模拟信号， 有价格低廉、数据传输率低为1-2Mbps， 可连接的设备少等特点，使用广泛，现场 总线常采用双绞线。 光纤：不受电磁干扰影响，数据传输速率 高达几百兆波特率，可以支持的设备多， 但价格贵，集散系统远程通信采用光缆。 I/O卡件性能 I/O卡

30、件类型 I/O卡件的常用类型有以下几种： 模拟信号输入AI（1-5V电压或4-20mA) 模拟信号输出AO（4-20mA) 数字信号输入DI 数字信号输出DO 热电阻信号输入RTD 脉冲输入卡PI AI卡件 功能： 接收现场变送器采集的信号（温度、压 力、物位、流量、密度等）。 信号类型： 接收1-5V、4-20mA、电阻信号 毫伏信号 FTA接线方式： 两线制、三线制、四线制 AO卡件 功能： 发送信号到现场驱动执行机构动作 （气动调节阀、变频器等） 信号类型： 4-20mA FTA接线方式： 两线制 DI卡件 DI功能： 接收现场回来的干接点信号（电机 的运行状态信号、阀门的开关状态、泵的

31、 运行状态等) 信号类型： 干接点信号 FTA接线方式： 两线制 DO卡件 DO功能： 发出信号驱动现场的设备如（开关 阀的开/关、电机的停/启、泵的停/启） 信号类型： 干接点信号 接线方式： 二线制 当DI/DO接收或发出有源信号时要加继电器隔离 FTA FTA：TPS系统的接线端子板。不同的卡件有其 相应的FTA 功能特点 支持冗余接线方式 支持配电与不配电接线方式 实现现场与中控接线隔离 节省中间接线 节省安装空间 TPS的网络类型 TPS系统分为以下三种网络类型： A. PIN：（工厂控制网络）可以访问过程络网中的 数据 B. LCN：过程控制网络(GUS位于这一层） C. UCN：

32、万能控制络（与现场的设备和仪表相连） 网络结构 本厂DCS系统的概况 一、中央控制室一、中央控制室 名名 称称 数量数量 单位单位 操作站(双屏) 61 台 包括： 彩色LCD(22”) 122 台 操作键盘 61 台 鼠 标 61 台 辅助操作台 20 套 每台包括： 开关按钮 约20 只 彩色喷墨打印机 12 台 光纤通讯系统 5 套 包括:网络服务器(冗余）网络计算机, 网络接口, 交换机(冗余)、光电转换器、 光纤等 大屏幕监视系统 1 套 (6台大屏幕监视器) 生产调度管理系统 1 套 包括:监视终端设备、OPC服务器(冗余)、 交换机(冗余)、光电转换器、 网络 接口, 光缆、打印

33、机等。（具体数量待定） 二、煤气化装置控制室二、煤气化装置控制室 名名 称称 数量 数量 单位单位 1. 过程接口和控制器 供货商确定 2. 端子柜/安全栅柜 供货商确定 3. 继电器柜 供货商确定 4. 操作站(双屏) 6 台 包括： 彩色LCD(22”) 12 台 操作键盘 6 台 鼠 标 6 台 5. 工程师站 2 台 包括： 彩色LCD(22”) 2 台 操作键盘 2 台 鼠 标 2 台 6. 通讯系统 1 套 7. 彩色喷墨打印机 1 台 8. 辅助操作台 1 套 每台包括： 开关按钮 约 20 只 9. 历史数据存储单元 1 套 10. 通讯接口 约200 个 (通讯协议为MODB

34、US RTU) 11 GPS 3 套 三、甲醇装置控制室三、甲醇装置控制室 名名 称称 数量数量 单位单位 1. 过程接口和控制器 供货商确定 2. 端子柜/安全栅柜 供货商确定 3. 继电器柜 供货商确定 4. 操作站(双屏) 5 台 包括： 彩色LCD(22”) 10 台 操作键盘 5 台 鼠 标 5 台 5. 工程师站 1 台 包括： 彩色LCD(22”) 1 台 操作键盘 1 台 鼠 标 1 台 6. 通讯系统 1 套 7. 彩色喷墨打印机 1 台 8. 辅助操作台 1 套 每台包括： 开关按钮 约20 只 9. 历史数据存储单元 1 套 10. 通讯接口RS485 约25 个 (通讯

35、协议为MODBUS RTU) 11 GPS 1 套 四、四、MTP装置控制室装置控制室 名名 称称 数量数量 单位单位 1. 过程接口和控制器 供货商确定 2. 端子柜/安全栅柜 供货商确定 3. 继电器柜 供货商确定 4. 操作站(双屏) 5 台 包括： 彩色LCD(22”) 10 台 操作键盘 5 台 鼠 标 5 台 5. 工程师站 1 台 包括： 彩色LCD(22”) 1 台 操作键盘 1 台 鼠 标 1 台 6. 通讯系统 1 套 7. 彩色喷墨打印机 1 台 8. 辅助操作台 6 套 每台包括： 开关按钮 约20 只 9. 历史数据存储单元 1 套 10. 通讯接口RS485 约20

36、 个 (通讯协议为MODBUS RTU) 11 GPS 1 套 五、五、PP装置控制室装置控制室 名名 称称 数量数量 单位单位 1. 过程接口和控制器 供货商确定 2. 端子柜/安全栅柜 供货商确定 3. 继电器柜 供货商确定 4. 操作站(双屏) 5 台 包括： 彩色LCD(22”) 10 台 操作键盘 5 台 鼠 标 5 台 5. 工程师站 1 台 包括： 彩色LCD(22”) 1 台 操作键盘 1 台 鼠 标 1 台 6. 通讯系统 1 套 7. 彩色喷墨打印机 1 台 8. 辅助操作台 6 套 每台包括： 开关按钮 约20 只 9. 历史数据存储单元 1 套 10. 通讯接口RS48

37、5 约44 个 (通讯协议为MODBUS RTU) 11 GPS 1 套 空分现场操作室布置图 空分DCS系统图 DCS和和PLC的区别的区别 DCS和PLC是两个完全不同而又有着千丝万缕联系的概念。 DCS和PLC都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物， 主控制系统用的是DCS，而PLC主要应用在辅助车间。 DCS和PLC都有操作员站提供人机交互的手段、都依靠基 于计算机技术的控制器完成控制运算、都通过I/O卡件完 成与一次元件和执行装置的数据交换、都具备称之为网络 的通信系统。DCS和PLC如此相似，为什么会有完全不同 的概念，我们在工程实践中如何进行选择？我们从历史沿 革、技术特点、发

38、展方向等几个方面作一综述 DCS和PLC的历史沿革及核心概念 DCS为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。 指的是危险分散、数据集中。70年代中期进入市 场，完成模拟量控制，代替以PID运算为主的模 拟控制仪表。首先提出DCS这样一种思想的是仪 表制造厂商，当时主要应用于化工行业。而PLC 于60年代末研制成功，称作逻辑运算的可编程序 控制器（Programmable Logic Controller）， 简称PLC。主要应用于汽车制造业。 DCS和PLC的设计原理区别较大，PLC是从摸仿 原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只

39、有开关量逻辑控制。它以存储执行逻辑运算、顺 序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通 过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产 过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工 艺要求。将其存入PLC的用户程序存储器，运行 时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程 要求的操作。 DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所 有的函数、各过程变量之间的关系都设计成功能 块。70年代中期的DCS只有模拟量控制。 DCS和PLC控制器的主要差别是在开关量和模拟 量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是 仍然有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外， 也增加了一些控制回路算法，但要完成一些复杂 运算

40、还是比较困难，PLC用梯形图编程，模拟量 的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在 解算逻辑方面，表现出快速的优点。而DCS使用 功能块封装模拟运算和逻辑运算，无论是逻辑运 算还是复杂模拟运算的表达形式都非常清晰，但 相对PLC来说逻辑运算的表达效率较低。 DCS和PLC在历史沿革上的差异是明显的，对它 们后续的发展产生了重大影响。然而，对后续发 展影响最大的，并不是起源技术上的差别，而是 其起源概念的差别。DCS的核心概念是危险分散， 数据集中的计算机控制系统，因此DCS的发展过 程，就是在不断的运用计算机技术、通讯技术和 控制技术的最新成果，来构建一个完整的集散控 制体系，DCS给用户提

41、供的是一个完整的面向工 业控制的安全可靠高效灵活的解决方案。而PLC 的核心概念是可编程序控制器，目的是用来取代 继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能， 建立柔性程序控制装置。所以，PLC不断发展的 主线是在不断地提高各项能力指标，给用户提供 一个完善的功能灵活的控制装置。 DCS和PLC的技术特点与相互渗透 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。 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

42、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，P

43、LC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DCS的控制器解算一个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

44、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。 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

45、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。 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，

46、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。 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

47、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 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

48、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。 DCS和PLC作为计算机技术和控制技术结 合的产物，为自动化水平的提高都作出了 各自的贡献。由于两者在应用上有较大的 相通性，在不同的时期，其各自的技术或 价格优势，都会直接影响到其市场地位。 而市场的反应也会或快或慢地反映到各自 的技术发展和价格调整上。从总的趋势来 看，DCS和PLC在技术上的融合和促进将 会是竞争的主流，而在性价比方面，你来 我往地不断攀升，也将是发展的主旋律。 谢谢！