DCS的根本结构和PLC的差异

DCS为涣散操控体系的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。指的是操控风险涣散、办理和显现会集。60年代末有人研发了作逻辑运算的可编程序操控器（Programmable Logic Controller）。简称PLC。首要运用于轿车制作业。70年代中期以完结模仿量操控的DCS推向商场，替代以PID运算为主的模仿外表操控。首要提出DCS这样一种思维的是原制作外表的厂商，其时首要运用于化工职业。后又有核算机职业从事DCS的开发。　　70年代微机技能还不老练，核算机技能还不行兴旺。操作站、操控器、I/O板和网络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的，也便是一切部件都是专用的。
　　70年代初，有人用如PDP/1124这样的小型机替代本来的会集装置的模仿外表操控。衔接到中央操控室的电缆许多。如用小型机既作为操控器、一起把衔接小型机的CRT又作为显现设备（即人机界面）。一台小型机需接纳几千台变送器或其他传感器来的信号，完结几百个回路的运算。很显然其风险有点会集。和模仿外表衔接的电缆相同多，而且一旦小型机坏了，操控和显现都没有了。数字操控没有到达预期的意图。
　　后有人提出把操控和显现分隔。一台核算机完结操控核算使命，另一台核算机完结显现使命。别的，一个工艺进程作为被控目标或许需求显现和操控的点许多，其间有一些还需求闭环操控或逻辑运算，工艺进程作为被控目标的各个部分会有相对独立性，能够分红若干个独立的工序，再把在核算机操控体系中独立的工序上需求显现和操控的输入、输出的点分配到数台核算机中去，把本因由一台小型机完结的运算使命由几台或几十台核算机（操控器）去完结。其间一台机器坏了不影响大局。所谓“狼群替代山君”的战术，这便是风险涣散的意思。把显现、操作、打印等办理功用会集在一起，用网络把上述完结操控和显现的两部分连成一个体系。其时有人把这种体系称为集散体系。
　　风险究竟要涣散到多少算适宜呢？这与其时的核算机技能的开展水平有关。70年代中期，彻底涣散便是一个操控器完结一个回路的运算。其时因为人们对数字技能不太熟息，习气于模仿外表，70年代末、80年代从前流行回路操控器，把数字操控器做成和本来模仿外表在外观上简直彻底相同，不改动操作习气 ，内部把PID运算数字化。一块外表（一台核算机）完结一个回路的操控使命。其价格较为贵重，但风险是涣散了。然后用通讯网络把各个操控器和以CRT为根底的人机界面连成一个体系。这时网络结构一般都是星形结构。回路的操控器的制作本钱太高，价格/功用比欠好。后来为了减低本钱，就有两回路的、四回路的操控器， 它的价格/功用比稍好一些。关于一个大中型体系来说，DCS的价格/功用比比回路操控器组成的体系要好。有些特别当地仍是要用到一些回路操控器。
　　假如所要完结的回路太多，如一个操控器收集几千点、完结几百个回路的运算，风险又太会集。在这种情况下，风险必需涣散。跟着核算机技能的开展，核算机的运算才能、存储容量和可靠性不断提高，一台核算机所完结的使命也能够添加。完结的使命也可会集一点。别的，操控器、网络等冗余技能也得到了开展，操控运算也可会集一些。
　　从现在的DCS来看，一个操控器完结几十个回路的运算和几百点的收集、再加适量的逻辑运算，经现场运用，作用是比较好的。这就发生操控器晋级的问题了。有时操控器和检测元件的间隔仍是比较远，这就促进现场总线的开展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线，以及HART协议接纳板等都用到DCS体系中。
　　DCS分为三大部分，带I/O板的操控器、通讯网络和人机界面（HMI）。由I/O板经过端子板直接与生产进程相连，读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型，每一种I/O板都有相应的端子板。
　　模仿量输入，4-20毫安的规范信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板；4-16个通道不等；
　　模仿量输出，一般都是4-20毫安的规范信号，一般它的通道比较少，4-8个个通道；
　　开关量输入；16-32个通道：
　　开关量输出，开关量输入和输出还分不同电压等级的板，如直流24伏、125伏；沟通220伏或115伏等；8-16个通道不等；
　　脉冲量输入，用于收集速率的信号；4-8通道不等；
　　快速中止输入；
　　HART协议输入板；
　　现场总线I/O板；
　　每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信号的安全和无缺，信号在进入I/O板曾经信号要进行整修，如上下限的查看、温度补偿、滤波，这些作业能够在端子板完结，也能够分隔完结，完结信号整修的板现在有人称它们为信号调度板。
　　I/O总线和操控器相连。80年代的DCS因为操控器的运算才能不强，为了添加I/O点数，把操控器的使命分隔，实际上是有三种类型的操控器。即：完结闭环运算的操控器、模仿量数据收集器和逻辑运算器。它们别离有自己的I/O总线，各种DCS的I/O总线各不相同。假如要求快速，最好选用并行总线。一般选用串行总线比较多。尤其是RS485总线较多，模仿量数据收集器和逻辑运算器的I/O点数能够多一些。
　　闭环操控器、模仿量数据收集器和逻辑运算器能够和人机界面直接连在通讯网络上，在网络上的每一个不同的操控器作为网络上的一个独立结点。每一个结点完结不同的功用。它们都应有网络接口。有的DCS为了节约网络接口，把一切的进程操控用的设备即闭环操控器、模仿量数据收集器和逻辑运算器预先连在操控总线上，称为进程操控站。这能够添加进程操控站能接纳的I/O点数，又能节约接口。然后再经过接口连到网络上，与人机界面相连。跟着核算机计术的开展，操控器的运算才能不断增强，如PC机做的一个操控器才能很强，既可接纳模仿量运算，也接纳开关量逻辑运算。一个操控器成为网络上的一个结点。经过网络与人机界面相连。
　　操控器是DCS的核心部件，它相当于一台PC机。有的DCS的操控器自身便是PC机。它首要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片，还有两个接口，一个向下接纳I/O总线来的信号，另一个接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存贮完结各种运算功用的操控算法（有的DCS称为功用块库）。在库中存功用块，如操控算法PID、带死区PID，积分别离PID，算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后；比较先进的算法有史密斯预估，C言语接口、矩阵加、矩阵乘；逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。一般用站功用块不仅把模仿量和开关量结合起来，还与人连系起来。功用块越多，用户编写运用程序（即组态）越便利。组态依照工艺要求，把功用块衔接起来构成操控计划。把操控计划存在E2PROM中。因为E2PROM能够擦写，组态要随工艺改动而改动，所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时，用户从功用块库中选择要的功用块，填上参数，把功用块衔接起来。构成操控计划存到E2PROM中。这时操控器在组态方法，投入运转后就成为运转方法。
　　操控器中装置有操作体系，功用块组态软件和通讯软件。
　　为了体系安全运转，闭环操控器必定是冗余运转的，一用一备，而且是热备。为了使冗余成功，应留意以下几点：两个操控器的硬件、软件版别必需共同；查看发送-接纳的芯片是否无缺；冗余的芯片是否无缺。两个模件的设定是否相同、还要查看有没有带手操站等。
　　通讯网络把进程站和人机界面连成一个体系。通讯网络有几种不同的结构行式。如总线式、环形和星形。总线形在逻辑上也是环形的。星形的只适用于小体系。不论是环形仍是总线形，一般都选用播送式。其它一些协议方法已用的较少。通讯网络的速率在10M和100M左右。
　　人机界面有4种不同方法的结点，它们是操作站、工程师作业站、前史趋势站和动态数据服务器。
　　 操作站装置有操作体系、监控软件和操控器的驱动软件。显现体系的标签、动态流程图和报警信息。
　　工程师作业站给操控器组态（CAD），也能够给操作站组态（作动态流程图）。假如监控软件作图才能很强，作图作业能够由监控软件独立完结。工程师站的别的一个功用是读操控器的组态，用于操控器晋级，查找毛病。咱们称之为逆向工程师站。
　　前史趋势站用于存储前史数据，一般用磁盘阵列（称为RAID技能）。
　　动态数据服务器是DCS和MIS体系的接口，也是DCS和Web的阻隔设备。
　　DCS和PLC的规划原理差异较大，PLC是由摸仿原继电器操控原理开展起来的，70年代的PLC只要开关量逻辑操控，首要运用的是轿车制作职业。它以存储履行逻辑运算、次序操控、守时、计数和运算等操作的指令；并经过数字输入和输出操作，来操控各类机械或生产进程。用户编制的操控程序表达了生产进程的工艺要求，并事前存入PLC的用户程序存储器中。运转时按存储程序的内容逐条履行，以完结工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运转进程中，每履行一步该计数器主动加1，程序从开始步（步序号为零）起顺次履行到终究步（一般为END指令），然后再回来开始步循环运算。PLC每完结一次循环操作所需的时刻称为一个扫描周期。不同类型的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作，这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的根底上得以开展的。把一切的函数、各进程变量之间的联系都作成功用块（有的DCS体系称为膨化块）。70年代中期的DCS只要模仿量操控。如TDC2000体系，一个操控器一秒钟内能完结8个PID回路的运算。首要运用的是化工职业。DCS和PLC的体现的首要差别是在开关量的逻辑解算和模仿量的运算上，即便后来两者彼此有些浸透，可是仍是有差异。80年代今后，PLC除逻辑运算外，也有一些操控回路用的算法，但要完结一些杂乱运算仍是比较困难，PLC用梯形图编程，模仿量的运算在编程时不太直观，编程比较费事。但在解算逻辑方面，体现出快速的长处，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把一切的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模仿量。而DCS把一切输入都当成模仿量，1位便是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。关于PLC解算一个PID运算在几十毫秒，这与DCS的运算时刻平起平坐。大型PLC运用别的一个CPU来完结模仿量的运算。把核算结果送给PLC的操控器。不同类型的DCS，解算PID所需时刻不同，但都在几十毫秒的量级。如前期的TDC2000体系，1秒钟内完结8个回路的操控运算。跟着芯片技能的开展，解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时刻与功用块的组织方法和组态方法有关。
　　在接地电阻方面，对PLC或许要求不高，但对DCS必定要在几欧姆以下（一般在4欧姆以下）。模仿量阻隔也是非常重要的。在有爆破风险的当地，应装备实质安全栅。
　　相同I/O点数的体系，用PLC比用DCS，其本钱要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以保护本钱比DCS要低许多。一个PLC的操控器，能够接纳几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。DCS的操控器，只能几百个I/O点（不超越500个I/O）。假如被控目标首要是设备连锁、回路很少，选用PLC较为适宜。假如首要是模仿量操控、而且函数运算许多，最好选用DCS。DCS在操控器、I/O板、通讯网络等的冗余方面，一些高档运算、职业的特别要求方面都要比PLC好的多。PLC因为选用通用监控软件，在规划企业的办理信息体系方面，要简单一些。
　　特别要指出的是，DCS的专用操作站，不是不移至理的。它是由前史原因构成的。DCS厂家如再不敞开操作站，与工厂的办理信息体系连网，单个DCS就有从商场中消失的风险。
　　跟着新技能的诞生，负面影响也跟着而来。新操作站的敞开，病毒和黑客简单侵入到体系。在作规划时，在操作站上设置暗码，体系多加阻隔和防火墙。把负面影响减到最小。