1 引言：

     作為工業(yè)自動化的基本技術(shù)平臺級別體系結(jié)構(gòu)悟民，PLC與dcs各有所長惶芒，雖然在傳統(tǒng)上各有強項和領(lǐng)地产贤，但隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展擎势，雙方的界限越來越模糊了旅榨，這就需要plc和dcs制造商深入的研究市場需求和對方的長處、特點楚携，使產(chǎn)品性能不斷的提高秃值，才能在日益激烈的市場競爭中利于不敗之地。

2 plc體系結(jié)構(gòu)

2.1 plc的定義

        plc（programmer logic controller）稱為可編程序控制器茅囱，它是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計思想哑逾，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件浆英，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品吹复，是一種數(shù)字運算操作的專用電子計算機。它是將邏輯運算批型，順序控制轧愧，時序和計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序含滴，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容丐巫，經(jīng)過模擬谈况，數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進行控制的裝置递胧。

2.2 plc的發(fā)展歷程

        1969年dec公司按照gm（美國通用汽車公司）的要求研制了世界上第一臺plc并且在gm公司得到成功的應(yīng)用碑韵。此后gould modicon公司使plc商品化。plc是專門設(shè)計出來用于同繼電器產(chǎn)品競爭并逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器缎脾。plc作為一種工業(yè)專用計算機祝闻，經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展的歷程。

        1969－1972為第一階段遗菠，是plc的初期階段治筒，在該階段的各廠家的plc差別很大、沒有統(tǒng)一的硬件和軟件標準舷蒲、功能簡單、專用性強友多，硬件主要以分離元件為主牲平，體積較大、性能較差锥约、可靠性不高帖奠。

        1972-1987為第二階段，在該階段plc逐步演化為一種專用的工業(yè)計算機侮搭，可靠性大大提高创邦，成本大幅度降低，面向過程的梯形圖和語句表語言面世闭凡，系統(tǒng)逐步向標準化過渡丝您，這些都為plc的普及奠定了基礎(chǔ)。

        1981-至今秩菩，iec正式發(fā)表了plc的標準但珍，各廠家的plc都向規(guī)范化發(fā)展。梯形圖粉簇、語句表绎术、sfc語言已經(jīng)成熟，同時還有和高級編程語言的接口蛀膊，其存儲能力材诽、運算速度、對模擬量的處理功能已經(jīng)大大加強恒傻，現(xiàn)在的大中型plc已經(jīng)具有以前dcs所“特有”的經(jīng)典pid算法脸侥、斜坡函數(shù)建邓、自適應(yīng)算法、模糊控制等算法湿痢。

2.3 plc特點和功能

（1）plc的主要特點涝缝。plc的特點是：工作可靠、運行速度快譬重、積木式結(jié)構(gòu)拒逮、組合靈活、良好的兼容性臀规、程序編制及生成簡單滩援、豐富、網(wǎng)絡(luò)功能強塔嬉。

（2）plc的主要功能玩徊。plc系統(tǒng)能很好的完成工業(yè)實時順序控制、條件控制谨究、記數(shù)控制写寄、步進控制等功能；能夠完成模/數(shù)（a/d）烟瞳、數(shù)/模（d/a）轉(zhuǎn)換纽材、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)航娩、實時監(jiān)控等功能敛纺。

        多年的實踐表明，plc耐用炫茄、可靠虹体，是專為工廠設(shè)計的，具有根據(jù)工作環(huán)境要求加固的元件状奴，實時掃描實踐及故障診斷功能怨耸，故障排除簡便，深得用戶偏愛炮姑。

        plc如此可靠的原因是一個可執(zhí)行繼電器邏輯杖户、順序功能圖、功能塊检痰、結(jié)構(gòu)文本包归、命令目錄或其組合的實時核心或操作系統(tǒng)。若出現(xiàn)故障铅歼，其內(nèi)置安全裝置能保持機械受損公壤，且能保持有序、有預(yù)見的順序椎椰。

2.4 plc的發(fā)展趨勢

        由于plc有極快的邏輯運算和極強的邏輯控制厦幅、順序控制能力沾鳄，在離散控制中有無與倫比的可靠性，方便簡單易學的編程方法确憨，使其在以離散為主的工業(yè)自動化領(lǐng)域中有無可爭議的領(lǐng)導地位译荞。隨著目前的plc技術(shù)的逐步發(fā)展，plc已經(jīng)具備了傳統(tǒng)dcs所具有的pid算法休弃、模糊控制吞歼、自適應(yīng)控制等，使其具備了相當?shù)倪^程控制的功能塔猾。

        plc技術(shù)發(fā)展的最終趨勢仍然是人們所爭論的焦點之一篙骡。隨著工業(yè)控制發(fā)展的要求和其技術(shù)的不斷發(fā)展，plc正迎來其成熟期永炭，以下功能將逐步增強：

（1）小型化掺昵。控制設(shè)備的小型化將有利于有效的活用工廠的空間魏桅，同時可以削減設(shè)備消耗的材料費博遵、設(shè)置工數(shù)、運輸費用等成本钳葬。

（2）互換性挣堪。plc的歷史已經(jīng)比較久遠，至今為止已經(jīng)積累了很多硬件和軟件資產(chǎn)趣闹，因此，在針對用戶的要求榛架，在改進控制器的同時箍负，要盡可能的有效活用已有的資產(chǎn)。

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（3）開放化唤鳍。plc一般總是使用梯形圖邏輯控制程序麦回，現(xiàn)在，所有類型的其他產(chǎn)品正在努力獲得并使用一些或者全部與iec 61131-3標準兼容的程序設(shè)計語言恕刘，包括梯形圖邏輯圖表缤谎、功能模塊圖表、順序功能圖表褐着、結(jié)構(gòu)化文本和指令表等程序設(shè)計語言坷澡。

（4）高性能化。plc的性能隨著設(shè)備技術(shù)的進步而不斷進步含蓉。以前用多個plc執(zhí)行的控制频敛，現(xiàn)在集中在一臺高速、大容量的plc上馅扣，以降低設(shè)備的成本斟赚，以便增強設(shè)備的競爭力着降，提高產(chǎn)品的附加價值。

（5）開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)拗军。根據(jù)生產(chǎn)目的任洞，沒有浪費的系統(tǒng)構(gòu)成，對于設(shè)備的變更和擴張可以迅速的做出反應(yīng)的工廠柔性系統(tǒng)構(gòu)造非常必要发侵。

         將控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)有機的結(jié)合在一起交掏，無論從那里都能自由的訪問的無縫網(wǎng)絡(luò)顯得格外重要。

        全球工業(yè)計算機 控制領(lǐng)域屏酌，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)庇讥、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議予问，已經(jīng)發(fā)生巨大變革润沸，幾乎到處都有PLC，但這種趨勢也許不會繼續(xù)發(fā)展下去涕笛。隨著軟plc(softplc)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進一步完善和發(fā)展燥箍，安裝有softplc組態(tài)軟件和基于工業(yè)pc控制系統(tǒng)的市場份額正在逐步得到增長，這些事實使傳統(tǒng)plc供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化列汽，他們必須面對現(xiàn)實朦晋，在傳統(tǒng)plc的技術(shù)發(fā)展與提高方面做出更加開放的高姿態(tài)。對于控制軟件來講喳律，這是plc控制器的核心周狱，plc供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)得非常積極赤朽。此外稿辙，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將plc融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)气忠。

（6）過程控制和管理功能邻储。隨著plc、dcs和ipc（工業(yè)現(xiàn)場控制用計算機）之間的競爭逐步加強旧噪，各plc廠家正在逐步將傳統(tǒng)dcs所特有的過程控制功能逐步移植到plc中吨娜，使其在過程控制領(lǐng)域能夠與dcs進行競爭，這方面plc已經(jīng)取得了很大的成果淘钟。為了滿足生產(chǎn)管理的需要,各plc廠家也在其軟件開發(fā)上增加了管理軟件宦赠，通過與其plc 的實時通訊采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并通過相應(yīng)的軟件完成生產(chǎn)管理所需要的管理功能。

3 dcs體系結(jié)構(gòu)

3.1 dcs的定義

        dcs是分布式控制系統(tǒng)（distributed control system）的簡稱米母，亦稱為集散控制系統(tǒng)袱瓮，它是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，是在計算機爱咬、通訊尺借、控制和crt技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的绊起。

3.2 dcs的發(fā)展歷程

        上世紀60年代以后，隨著生產(chǎn)工程的大型化和復雜化燎斩，誕生了計算機集中監(jiān)視和控制的集中控制系統(tǒng)箩晦。集中控制方便了監(jiān)視、操作和管理树吏，同樣也使危險性高度集中淀甘，系統(tǒng)一旦故障，對裝置造成的影響和危險性都是非常大的漫介。隨著微處理機的誕生风镊，為新型控制系統(tǒng)的開放創(chuàng)造了無比優(yōu)越的條件。1975年赏碑，隨著計算機满颂、通訊、控制和crt 4c技術(shù)的不斷發(fā)展和完善射愧，美國honeywell首次向全球推出了分散控制系統(tǒng)tdc-2000矛熬，從第一套dcs誕生至今，dcs系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了3個發(fā)展階段卓俱。

       1975至1980年為初創(chuàng)階段鳖群。由于軟硬件技術(shù)的限制，此時的dcs系統(tǒng)性能還不十分完善庶艾，硬件結(jié)構(gòu)還不十分成熟袁余。

        1981至1987年為第2個階段。這一時期容錯咱揍、冗余技術(shù)已經(jīng)成熟使用泌霍，系統(tǒng)可靠性很高，性能十分優(yōu)越述召，各種控制功能十分豐富。在該階段dcs從單純的工業(yè)過程自動化控制向生產(chǎn)管理自動化發(fā)展蟹地。這一代的dcs主要將lan（local area network）技術(shù)引入积暖，使dcs的網(wǎng)絡(luò)功能大大加強。

        1987至今為第3個發(fā)展階段怪与。各廠家采用國際標準化組織（iso）開放系統(tǒng)互連（osi）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上產(chǎn)生制造自動化協(xié)議（map）標準來解決不同機型的互連問題夺刑。 dcs系統(tǒng)在硬件上使用了更先進的cpu及冗余技術(shù)，存儲容量及通訊速度大幅度提高分别，軟件上采用通用操作系統(tǒng)遍愿。在該階段dcs將控制、監(jiān)督和管理調(diào)度有機結(jié)合起來耘斩，實現(xiàn)了各種生產(chǎn)經(jīng)營信息的自動化管理淌影。

3.3 dcs的特點和功能

（1）dcs的主要特點游隅。dcs具有以下主要特點：控制與顯示分離；采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)脾韧；完備的開放系統(tǒng)腊的；可靠性高；具有綜合性和專業(yè)性聂突；實現(xiàn)了人機對話技術(shù)敷裁；系統(tǒng)擴展靈活；管理能力強言刨。

（2）dcs的主要功能泌景。dcs系統(tǒng)能很好的完成工業(yè)連續(xù)控制、回路儀表控制等焦伸，dcs多年的實踐表明坑匆，其在連續(xù)控制領(lǐng)域已經(jīng)成為一種成熟的技術(shù)和完善的控制系統(tǒng)，同時其友好的人機界面预锅、建立在冗余技術(shù)上的可靠性饵来、強大的網(wǎng)絡(luò)功能、單一的數(shù)據(jù)庫民傻、組態(tài)靈活等特點得到了廣大用戶的好評胰默。

3.4 dcs的發(fā)展趨勢

        dcs在連續(xù)控制領(lǐng)域有這極其重要的地位，到目前為止漓踢，對于dcs未來發(fā)展問題有許多爭論牵署，但下面的幾個問題是大多數(shù)認識認為dcs急需解決的問題；

（1）開放性喧半。關(guān)于開放性奴迅，這個問題是制約dcs發(fā)展的一個很大的因素，由于dcs各廠家對于自己的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和系統(tǒng)軟件采取嚴格的保密措施挺据，這就造成了如果別的廠家的plc或其它的控制設(shè)備就不可能很好的無縫的接入dcs控制系統(tǒng)取具，往往需要經(jīng)過復雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換，得到的通訊速率和通訊能力都很不理想扁耐，例如honeywell公司的tps系統(tǒng)和ab公司的plc5系列的plc進行通訊就需要通過串口并加上雙方為通訊開發(fā)出來的輔助設(shè)備來實現(xiàn)暇检，但當通訊量較大時，其實時性就大大降低婉称，這個問題就阻礙了dcs的應(yīng)用領(lǐng)域和競爭力块仆。目前一些dcs廠家已經(jīng)意識到該問題的嚴重性，目前honeywell公司主推的pks控制系統(tǒng)就采取了controlnet的通訊網(wǎng)絡(luò)甩幔，舍棄了傳統(tǒng)的lcn網(wǎng)饶机，且采用了服務(wù)器結(jié)構(gòu)的形式，使其開放性大大加強。除去通信問題以外芽贫，操作系統(tǒng)藤瞪、數(shù)據(jù)庫、人機界面珠焦、控制 策略的組態(tài)等方面讽噪，都有開放性問題，所以隨著技術(shù)進步股背，dcs的開放性需要逐漸加強渠吮，而且還應(yīng)發(fā)揮其特色，使分散型計算機控制系統(tǒng)痹橙，從傳統(tǒng)dcs中解放出來僻绸，使dcs與cips系統(tǒng)的調(diào)度層、管理層涕克、決策層（輔助決策層）進行無縫連接蛀醉，將dcs的相關(guān)信息上傳，使其實時數(shù)據(jù)庫衅码、歷史數(shù)據(jù)庫為上述３層所共用拯刁，避免重復建庫，為先進控制和優(yōu)化建好平臺逝段，與上層的關(guān)系數(shù)據(jù)庫共享數(shù)據(jù)垛玻，真正實現(xiàn)管控一體化。

（2）價格奶躯。關(guān)于價格帚桩，當然應(yīng)從性能價格比、產(chǎn)品生命周期及用戶根據(jù)實際生產(chǎn)裝置的自控要求對dcs進行選型嘹黔、工程費用账嚎、維修費用等方面綜合考慮。更重要的是目前PLC系統(tǒng)儡蔓、工控機系統(tǒng)（ipc）的價格都是以廉價著稱郭蕉，所以dcs廠商在這方面面臨的形勢很嚴峻，今后dcs應(yīng)在降低成本喂江、減少維修費用召锈、發(fā)展遠程診斷和維護及完善服務(wù)體系等方面多下功夫，應(yīng)對plc和ipc與之的競爭构鸭。

4 plc與dcs的工程性分析比較

        dcs和plc的設(shè)計原理區(qū)別較大，plc是由繼電器控制原理發(fā)展起來的力邻，它以存儲執(zhí)行邏輯運算旬性、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令抒崖；并通過數(shù)字輸入和輸出操作庵窄，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求婉烈，并事先存入plc的用戶程序存儲器中炉展。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作巩蕊。plc的cpu內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器聪磁，在程序運行過程中，執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1塑验，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為end指令）瞎暑，然后再返回起始步循環(huán)運算。plc每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期与帆。不同型號的plc了赌，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。程序計數(shù)器這樣的循環(huán)操作玄糟，這是dcs所沒有的勿她。這也是使plc的冗余不如dcs的原因。dcs是在運算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的阵翎。把所有的函數(shù)和過程變量之間的關(guān)系都做成功能塊（有的dcs系統(tǒng)稱為膨化塊）逢并。dcs和plc的表現(xiàn)的主要差別是在開關(guān)量的邏輯解算和模擬量的運算上，即使后來兩者相互有些滲透贮喧，但是還是有區(qū)別筒狠。80年代以后，plc除邏輯運算外箱沦，控制回路用的算法功能已經(jīng)大大加強辩恼，但 plc用梯形圖編程，模擬量的運算在編程時不太直觀谓形，編程比較麻煩荸速。但在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點柒谈，在微秒量級穴阱，解算1k邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理胖辨，16位（也有32位的）為一個模擬量爱蚣。而dcs把所有輸入都當成模擬量，1位就是開關(guān)量讹毁。解算一個邏輯是在幾百微秒至幾毫秒量級间炮。對于plc解算一個pid運算在幾十毫秒焙厂，這與dcs的運算時間不相上下∥酪　

        在接地電阻方面扫钝，對plc也許要求不高，但對dcs一定要在幾歐姆以下（通常在4歐姆以下）掐边。模擬量隔離也是非常重要的刁祸。

       相同i/o點數(shù)的系統(tǒng)，用plc比用dcs斋竞，其成本要低一些（大約能省40%左右）倔约。plc沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的窃页，所以維護成本比dcs要低很多跺株。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路相對很少脖卖，采用plc較為合適乒省。如果主要是模擬量控制、并且函數(shù)運算很多畦木，最好采用dcs袖扛。dcs在控制器、i/o板十籍、通訊網(wǎng)絡(luò)等的冗余方面蛆封，一些高級運算、行業(yè)的特殊要求方面都要比plc好的多勾栗。plc由于采用通用監(jiān)控軟件惨篱，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些幌侧。

5 結(jié)束語

        plc和dcs都已經(jīng)成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流令掠。plc和dcs都是在計算機技術(shù)、通訊技術(shù)整栏、電子技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的辫扯，其可靠性高、編程方便碗昭、運行簡單等優(yōu)點侄突，使它們已經(jīng)成為工業(yè)控制的主流。

        在目前市場經(jīng)濟的前提下体笨，無論什么控制系統(tǒng)都要遵循開放的原則涎狐，plc在開放性方面遠遠走在dcs的前面，其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相對開放烧啊、界面軟件的通用等已經(jīng)成為plc競爭的一大優(yōu)勢赐汤，而且目前plc的過程控制能力和管理功能大大加強蕉妇，大有取代dcs的勢頭。dcs由于歷史原因螺谅，其開放性遠遠不能滿足目前客戶所提出的要求，如果dcs不在該方面快速發(fā)展来累，等到plc發(fā)展到一定的程度砚作，dcs的命運可想而知。

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