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1、什么是DCS，你讲得清楚吗？讲到控制系统，很多人貌似讲得头头是道，继续深究下去，什么是控制器，什么是PLC，什么是DCS，什么是FCS？三两句话介绍完基本概念后，顿时语塞，怎么聊都感觉枯燥生硬。今天来挑战一下这个枯燥的话题，什么是DCS？欢迎留言拍砖。1、DCS是什么？DCS，是“DistributedControlSystem的缩写，即集散控制系统，又称为分布式控制系统。它是相对于集中控制系统而言的，一种新型计算机控制系统，在集中控制系统的基础上发展、演变而来的。现如今的DCS系统能够广泛地用于工业装置的生产控制和经营管理，在化工、电力、冶金等流程自动化领域的应用已经特别普及。我们首先能够明
2、确的是：DCS是历史悠久的典型控制系统形态。控制系统分上下位机，上位机组态侧重GUI图形用户界面，下位机组态侧重算法。有朋友可能会问什么是组态？其实组态就是搭建系统软件和硬件环境，再简单地讲，组态就是用已有的简单功能组合出更复杂的功能。那上下位机又是什么呢？举个例子：设想本人开发一个控制系统。首先要做的是告诉计算机本人想干什么，然后由计算机通知控制器，最后控制器再告诉执行器详细该怎么做。这里面只跟计算机发生对话，这里的计算机就是上位机，接受计算机指令的控制器就是下位机。其实计算机和控制器本质上讲都是计算机，只是外在表现形式，应用环境和编程方式的差异，导致我们必须采取一些便于理解的命名方式。上位
3、机要跟人互动，所以侧重GUI，有显示器或触摸屏、鼠标和键盘灯外设等人机交互设备。下位机要跟执行机构互动，所以侧重算法，人们要把需求编写成可执行的程序下载到下位机，上位机给出的指令触发下位机程序执行，下位机更像是一个黑盒子，执行经过中人们无法直观的看到每一个经过和步骤，只能对结果进行分析，对不对，准不准，好不好。那组态和上下位机跟DCS有什么关系呢？由于DCS也是控制系统，遵循控制系统的基本形态，也有上下位机，也要进行软件和硬件组态。Distributed分布式是讲DCS这个控制系统的特点和差异化。2、怎样理解分布式？我们要搞明白什么是DCS，就要从分布式这个特点开场。接下来就从DCS的进化史和
4、发展方向来理解一下，什么是DCS，什么是分布式。第一次工业革命，蒸汽时代，自动控制只能完成很简单的功能。按物理点位计算，只是如今的DI和DO，能实现的功能是：开和关，也就是一台机车的启停罢了。最多就是在一些外设机械设备介入下实现正反转和简单的速度控制。第二次工业革命，电气化时代，诸如继电器等电子设备普及，人们开场在现场就地控制一些大型设备。和之前比照改善在于，比方一个设备十分大，我用了就地控制就不用爬上设备去做启停操作了。再后来，人们还觉得费事，由于从这个设备跑到那个设备进行操作也很费事。所以，就把这些需要控制的按钮都放在一个屋子里，再装上简单的指示灯，操作员盯着显示屏上一大堆指示灯，随时准备
5、按下操作台上一排排的启停按钮。第三次工业革命，信息时代，随着电子计算机技术的发展，控制系统一直发展，构成了成熟的集中控制系统，也就是我们讲的CCRCentralControlRoom，可以以叫做集控中心。为什么后来又分散了？由于人们发现集中控制会出现很多问题，当点位过于集中，控制规模过大的时候，假如某一个关键途径模块出现问题，可能导致很大一片控制区域瘫痪。这是中央集权制度的通病，一倒一大片。所以，人们考虑把硬件做的分散一些，并且分散到控制区域附近，增加操作员站，并且保留CCR。其中操作员站处理现场详细事务，CCR监管整个控制区域的衔接、协调事务。人们仍然在控制室里面，但整个系统运行却更稳定了。
6、除此之外，为了提高通信效率，通过完善，又进化出了新种族FCSFildebusControlSystem，现场总线控制系统意思是讲原来你为了通信要为每一种甚至每一个控制组建配备一名类似通讯员一样的角色，可机构太臃肿、队伍太庞大导致效率低下，所以取消一对一的通信，大家都通过指定机构完成所有通信工作，这个指定机构就是现场总线Fildebus。第四次工业革命，物联网时代，人们做了很多完善工作，让控制系统看上去更高大上一些，更多决策辅助，更多数据统计和分析。于是分支出或添加了很多功能比方OEE、MES、ERP随着物联网时代的到来，近期又出来个新控制系统：ICS，大致思路是系统功能化、硬件模块化、组织机构
7、扁平化3、DCS的系统构成以上讲了DCS的进化史，有点务虚了，朋友们会问，那如今DCS的基本形态和构成是如何的呢？相信下面这张图能够很直观的解释DCS是什么、干什么用的。举个例子：由于某个工艺需要，水箱液位需要保持在一定范围内，当水箱液位出现较大波动且超出此范围后，能够选择去现场手动调节控制水位的阀门，可以以通过DCS发出指令去调节。就如上图所示，DCS相当于大脑，对眼睛看到的情况即现场检测仪表传输过来的信号，如水位降低做出反响即发出指令，如增大进水阀开度，现场执行设备接遭到指令做出相应的动作如增大进水阀门开度，保持水位在一定范围。4、PLC和DCS的关系在工业自动化控制中，PLC和DCS都占
8、有举足轻重的地位。关于二者的关系，我们能够这样来描绘：DCS控制系统每个节点都能够配控制器，控制器能够是PLC。PLC一般应用在小型自控场所，比方设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁，而大型的应用一般都是DCS。当然，这个概念不太准确，但很直观，习惯上我们把大于600点的系统称为DCS，小于这个规模叫做PLC。我们的热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就是称为PLC。知乎网友“ZHIBOJUPLC属于小系统，专注于某一方面的控制从设备角度出发，比方风机控制。DCS属于大系统，站得更高，管得更多从工段或工厂角度出发，比方某电厂发电机组控制。假如硬要讲区别，PLC更侧重于逻辑运算，就是1和0的
9、运算，而且PLC的运算速度要远远高于DCS，PLC都是毫秒级，DCS基本都是秒级好一点的能够到达200毫秒的高扫。以在火电厂热工自动化领域应用为例，火电厂主机控制系统用的是DCS，而PLC主要应用在电厂辅助车间。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。随着国内电厂装机容量的不断扩大及电力系统改革的推进，对辅助车间控制的要求也不断提高，在这个大环境，DCS系统进入辅助车间控制已成为趋势。NT6000DCS因其综合的技术经济优势，已经并将继续在辅助车间控制方面发挥越来越大
10、的作用。在辅助车间应用广泛的PLC，也并不会就此退出热工自动化的历史舞台，史无前例的竞争压力将会促使PLC厂商在技术上向DCS标准靠拢，在价格上作出更大的努力。DCS和PLC市场竞争的结果，将会使用户获得更大的利益。5、DCS和PLC的控制处理能力一个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。从集散体系的要求来讲，不允许有控制集中的情况出现，过多点数的控制器在实际应用中是毫无用途的，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，他们的主要精神在于提供体系的可靠性和灵敏性。而PLC不一样
11、，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制造商的核心目的。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。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NT6000DCS的T2550控制器为例。控制器能够设置四个不同优先级的任务，最小运算周期能够设为10ms，配合高速I/O卡件，控制周期能够到达1520ms。而模拟量运算设置在其它周期较长的任务中。6、DCS和PLC的可扩展性和兼容性PLC系统没有或很少有扩展的需求，由于PLC系
12、统针对于设备来使用。PLC也很少有兼容性的要求，比方两个或以上的系统要求资源分享，对PLC来讲也是很困难的事。PLC采用专用的网络构造，比方西门子的MPI总线性网络，甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。DCS在发展的经过中也是各厂家自成体系，但大部分的DCS系统，比方横河YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等等，虽讲系统内部经过级的通讯协议不尽一样，但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络，采用标准或变形的TCP/IP协议。这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中，控制器、计算机均作为一个节点存在，只要网络到达的地方，就能够随意增减节点数量和布置节点位置。另外，基于windows系统的
13、OPC、DDE等开放协议，各系统可以很方便的通讯，以实现资源分享。7、DCS和PLC数据库DCS一般都提供统一的数据库。换句话讲，在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中，就可在任何情况下引用，比方在组态软件中，在监控软件中，在趋势图中，在报表中而PLC系统的数据库通常都不是统一的，组态软件和监控软件甚至归档软件都有本人的数据库。为什么常讲西门子的S7400要到了414以上才称为DCS？由于西门子的PCS7系统才使用统一的数据库，而PCS7要求控制器最少到S7414-3以上的型号。8、DCS和PLC的时间调度PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。PLC程序是从头到尾执行一次后又从头开场
14、执行。如今一些新型PLC有所改良，不过对任务周期的数量还是有限制而DCS能够设定任务周期。比方，快速任务等。同样是传感器的采样，压力传感器的变化时间很短，我们能够用200ms的任务周期采样，而温度传感器的滞后时间很大，我们能够用2s的任务周期采样。这样，DCS能够合理的调度控制器的资源。9、DCS和PLC的网络构造一般来讲，DCS惯常使用两层网络构造，一层为经过级网络，大部分DCS使用本人的总线协议，比方横河的Modbus、西门子和ABB的Profibus、ABB的CANbus等，这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。现场IO模块，十分是模拟量的采样数据机器代码，
15、213/扫描周期特别庞大，同时现场干扰因素较多，因而应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。基于RS485串口异步通讯方式的总线构造，符合现场通讯的要求。IO的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据，在操作级网络第二层网络上传输。因而操作级网络能够采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准，同时因操作级网络一般布置在控制室内，对抗干扰的要求相对较低。因而采用标准以太网是最佳选择。TCP/IP协议是一种标准以太网协议，一般我们采用100Mbit/s的通讯速度。PLC系统的工作任务相对简单，因而需要传输的数据量一般不会太大，所以常见的PLC系统为一层网络构造。经过级网络和操作级
16、网络要么合并在一起，要不经过级网络简化成模件之间的内部连接。PLC不会或很少使用以太网。10、DCS和PLC的市场情况和发展方向在热工自动化领域，主厂房控制系统基本上毫无例外地使用DCS。而在辅助车间才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系统非常昂贵，人们以为辅助车间的运行能够间断，可靠性要求不是很高，且模拟量控制要求较少，从降低成本的角度出发，往往选择PLC来构建控制系统。而锅炉、汽机和发电机的控制系统，要求长期稳定可靠地运行，信号中含有相当比例的模拟量，从系统的性能出发，人们不得不选择了昂贵的DCS。另外，分析一下主厂房DCS和辅助车间控制系统的市场竞争情况，我们会发现一个有趣的现象。主厂
17、房DCS的竞争往往在不同品牌的供给商或代理商之间展开，竞争剧烈，DCS的价格不断下调。而辅助车间控制系统的竞争往往在同一品牌PLC的各个工程商之间进行，门槛较低，竞争愈加剧烈，但是PLC的价格下调幅度却并不如DCS明显。主要原因是DCS的生产商直接介入竞争，在宏大的市场压力下，不断下调设备制造费用和工程施行费用。而PLC的生产商不直接介入竞争，各个工程商只能下调本身有限的工程费用，空间有限。从如今情况看来，DCS与高档PLC的价格差距已不明显，辅助车间仍然较多地采用PLC，是市场的惯性使然。PLC和DCS产品市场可谓风起云涌、竞争剧烈。纵观PLC市场群星璀璨：世界上有200多家公司生产400多
18、个品种系列的PLC，应用于电力、石油石化、冶金、材料、包装、造纸、汽车和市政各个行业。从行业角度来看，国外厂商占山为王，有着属于各自的势力范围。DCS市场与PLC相差无几，基本由国外业内强者所把持，可喜的是一批本土厂商如Hollysys、Supcon、Xinhua等企业逐步发展壮大。由于DCS技术含量高，很多对产品的需求都建立在项目的基础上，这样对DCS的需求也将是一个周期性较长的经过，因而DCS市场格局短时间内难有较大改变。当然，由于行业发展速度的不规律性，侧重行业不同的公司可能会因而而发生一些变化。在今后的控制系统的发展中，我们将会看到DCS和PLC技术逐步融合的局面，这对它们各自的发展以及各行各业的发展都有种促进的作用。