PLC與DCS技術(shù)的統(tǒng)一已經(jīng)創(chuàng)建一種環(huán)境：對過程制造商來說，為他們的應(yīng)用選擇最好的技術(shù)更具有挑戰(zhàn)性。成功的評價應(yīng)從開發(fā)你的應(yīng)用的要求的清晰的流程和你的設(shè)計、維護和操作人員的需要開始。為幫助清晰地定義這些要求和你公司的需要，本文概述了能幫你做出正確的選擇七個關(guān)鍵問題。

分布控制系統(tǒng)（DCS）或可編程序控制器（PLC）
對過程工業(yè)" title="過程工業(yè)">過程工業(yè)的制造商來說，選擇最好的自動化技術(shù)" title="自動化技術(shù)">自動化技術(shù)的過程并沒有以前容易。以前，很容易決定應(yīng)用選擇PLC還是DCS，因為他們理解它們的優(yōu)點和缺點。近年來，這種選擇變得越來越難，主要由于微處理器技術(shù)的進步，它已經(jīng)允許PLC和DCS技術(shù)統(tǒng)一?，F(xiàn)在，隨著工業(yè)向柔性制造發(fā)展，過程工業(yè)中的許多應(yīng)用共享以前認為是PLC或DCS的要求。這些混合應(yīng)用典型地要求過程控制系統(tǒng)" title="過程控制系統(tǒng)">過程控制系統(tǒng)既具有PLC的能力，也具有DCS的能力。因此，理解PLC和DCS功能的統(tǒng)一對公司選擇最好的系統(tǒng)是非常重要的。

在本文中，我們摒棄一些傳統(tǒng)的DCS和PLC的觀點，例如，如表1所示，為了開拓七個關(guān)鍵的標準，這些標準將會幫助你的公司選擇最滿足公司目標的系統(tǒng)。我們也會證實應(yīng)用的要求的清晰的流程和設(shè)計、維護和操作人員的需要為什么對公司發(fā)現(xiàn)合適的自動化技術(shù)是極為重要的。最后，我們會提供統(tǒng)一的清單（表5），從而幫助你決定哪種類型的系統(tǒng)對你的應(yīng)用最合適。



選擇“合適的”自動化技術(shù)的好處
在全球競爭的時代，過程工業(yè)的制造商被迫實現(xiàn)極好的運行從而確?，F(xiàn)在和將來位于前列。新自動化技術(shù)的選擇影響這個目標。因此，選擇過程對一個公司保持比以前更有競爭力非常重要。事實上，技術(shù)的選擇的重要性遠遠超過自動化投資本身的成本。
選擇合適的技術(shù)和正確的供應(yīng)商能幫助你的公司：
① 快速響應(yīng)變化的市場環(huán)境，從而保持有競爭力的優(yōu)勢；
② 在工廠的生命周期內(nèi)，最小化業(yè)主的總成本（TCO）；
③ 設(shè)計一個容易長期維護與升級的系統(tǒng)；
④ 實現(xiàn)將來的目標。

讓我們得到技術(shù)原型
在新自動化系統(tǒng)的市場中，對某些人來說，選擇基于可用產(chǎn)品的評論的自動化系統(tǒng)是典型的過程。這種方法的問題受原來的原型或第一個銷售人員宣傳的影響。讓我們看看基于DCS或PLC系統(tǒng)的組件，從而發(fā)現(xiàn)它們實際上是怎樣不同或相似的。首先，圖形化的系統(tǒng)架構(gòu)" title="系統(tǒng)架構(gòu)">系統(tǒng)架構(gòu)看起來類似。兩個系統(tǒng)都共享下列組件：
① 現(xiàn)場設(shè)備
② 輸入/輸出模塊
③ 控制器
④ 人機界面(HMI)
⑤ 設(shè)計（Engineering）
⑥ 監(jiān)視控制
⑦ 商務(wù)集成
當看到下列系統(tǒng)架構(gòu)時，你應(yīng)該注意：事實上，在每個系統(tǒng)中使用的技術(shù)都是非常相似的；當你考慮應(yīng)用的本質(zhì)和要求時，差異變得更明顯。

圖1 典型的DCS系統(tǒng)架構(gòu)



圖2 典型的基于PLC系統(tǒng)架構(gòu)

例如，在DCS系統(tǒng)架構(gòu)圖中，通常，I/O、控制器、網(wǎng)絡(luò)、HMI服務(wù)器是冗余的。因為冗余增加成本及復(fù)雜性，為實現(xiàn)他們要求的系統(tǒng)可用性與防止非計劃停機，DCS用戶必須仔細評價他們的冗余需求。
PLC系統(tǒng)架構(gòu)說明了一個最常見的應(yīng)用：離散現(xiàn)場設(shè)備的控制，例如，電機與驅(qū)動。為有效地控制電機和驅(qū)動，要求控制器能高速執(zhí)行（典型地，掃描周期為10-20 ms），負責維護PLC的電氣技術(shù)人員能用他們熟悉的語言（繼電器梯形圖邏輯）閱讀和解決組態(tài)的問題。

從技術(shù)觀點來看，你能發(fā)現(xiàn)PLC和DCS是相似的，它們正在準備合并。因此，我們必須超越應(yīng)用經(jīng)驗的技術(shù)和供應(yīng)商在這些系統(tǒng)中內(nèi)嵌的專門知識，從而我們能更好地理解最好應(yīng)用的“黃金分割點”。

在選擇系統(tǒng)之前，請自問七個問題
現(xiàn)在，我們將會提到本文的核心——在選擇系統(tǒng)之前，請自問七個問題。

請認識到我們在以下分析中使用廣泛的概括，每個應(yīng)用對這些“規(guī)則”都有例外，然而，規(guī)則仍是有效的。因為作者工作在提供DCS和PLC解決方案的供應(yīng)商PLC/DCS的不同領(lǐng)域長達25年，我們感覺到我們置之度外。

設(shè)計七個問題使你考慮你的公司的運作方法和應(yīng)用要求，考慮你工廠（設(shè)計、運行、維護等）所有主要股東的觀點。
① 你制造的是什么，怎樣制造？
② 制造產(chǎn)品的價值和停機成本是多少？
③ 你認為系統(tǒng)的“心臟”是什么？
④ 操作員需要做什么才能成功？
⑤ 要求系統(tǒng)性能是什么？
⑥ 要求多大程度的定制？
⑦ 設(shè)計期望是什么？

注意問題和答復(fù)的統(tǒng)一列表如表5所示。測定你應(yīng)該使用PLC或DCS簡單的方法是填這個調(diào)查表，填寫所有應(yīng)用的答復(fù)。如果你的所有答案都在一列，你的應(yīng)用明顯要求采用這種類型的系統(tǒng)。如果你有多個PLC和DCS的選項，你有要求實現(xiàn)PLC和DCS功能的過程控制系統(tǒng)的混合應(yīng)用。

1. 你制造的是什么，怎樣制造？
這看起來是非常基礎(chǔ)的問題，但是它是決定應(yīng)用以及最適合的自動化系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)。產(chǎn)品制造的方法、需要的性能和任何過程的物理限制，所有這些都影響系統(tǒng)選擇。

典型的工廠自動化" title="工廠自動化">工廠自動化應(yīng)用，原來都是采用PLC設(shè)計，涉及特殊項目的制造和裝配。這些應(yīng)用也采用一個或多個機器以及相當數(shù)量的材料運動。這種加工類型的典型特點是：當材料通過生產(chǎn)線加工時，操作員通常能監(jiān)視它們。本質(zhì)上，過程大多是邏輯控制，通常都有高速要求（產(chǎn)量=效益）。這種類型的加工通常由PLC和HMI 結(jié)合控制。
過程自動化應(yīng)用典型涉及通過各種化學原料的反應(yīng)或物理變化導(dǎo)致原材料變形，從而生產(chǎn)新的不同的產(chǎn)品或原料。這些應(yīng)用也可以由多個過程單元通過管道連接到一起。一個主要的特點是：操作員不能看見產(chǎn)品。通常，它是在容器內(nèi)，本質(zhì)上是有危險的。雖然響應(yīng)時間沒有那樣快（100ms或更長），但是，通常有從簡單到復(fù)雜的大量的模擬量控制（例如，PID或回路控制）。雖然PLC的模擬量控制能力也足夠使用，但是通常這種類型的過程由DCS控制。選擇過程的決定因素通常是控制應(yīng)用的規(guī)模（例如，廠級或單一的單元和一些I/O點）。

也許有順序控制或批量控制。PLC能有效地用于簡單的批量控制，然而，DCS是典型地更適合復(fù)雜的批量制造設(shè)備，這些設(shè)備要求高級的靈活性和配方管理。批量應(yīng)用的要求決定是否簡單或復(fù)雜：



2．制造產(chǎn)品的價值和停機成本是多少？
如果制造每個單一的產(chǎn)品的價值相對低，停機后果只是導(dǎo)致完不成生產(chǎn)任務(wù)，但是只有極少的額外成本或?qū)^程有很小的損害，PLC是可能的選擇。如果批量的價值非常高，或原材料成本或市場價值非常高，停機不僅導(dǎo)致完不成生產(chǎn)任務(wù)，而且有潛在的危險和破壞條件，應(yīng)選擇DCS。有一千萬美元的批量癌癥制藥廠，它依賴嚴格的連續(xù)的溫度控制，例如，如果有小故障，則有很多危險。在一些化工應(yīng)用中，保持過程穩(wěn)定是關(guān)鍵的，由于系統(tǒng)故障，產(chǎn)品在管道中凝固。如果煉油廠的催化裂化器故障，需要數(shù)天才能修復(fù)系統(tǒng)。這意味著煉油廠損失許多收入。DCS系統(tǒng)，典型地包括可選冗余，對這些應(yīng)用的額外的前期投資是值得的。

相反，釀酒廠的裝瓶操作每天需要運行10小時才能滿足生產(chǎn)計劃，它能停機用于系統(tǒng)維護、解決故障、升級，對下一條生產(chǎn)線影響極小，是經(jīng)典的PLC應(yīng)用。

在24/7/365 運行的過程應(yīng)用中，停機是不惜一切代價避免的難題之一。金錢不是決定因素。在系統(tǒng)選擇過程中，危險的停機明顯是另一個決定因素。例如，煉油廠有連續(xù)燃燒氣體的火炬。控制這些火炬的系統(tǒng)不能發(fā)生故障，因為如果氣體不燃燒，它逐漸積聚，從而導(dǎo)致極端危險的環(huán)境。應(yīng)用中揮發(fā)性氣體越多，就越要求多重冗余的解決方案，從而確保需要時系統(tǒng)是可用的。

3．你認為系統(tǒng)的“心臟”是什么？
典型地，工廠自動化控制系統(tǒng)的“心臟”是控制器(PLC), 它包含所有移動產(chǎn)品通過裝配線的邏輯。HMI通常是機器控制面板或基于PC的工作站，它為操作員提供補充的或例外的數(shù)據(jù)。另外，從數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生的運行信息也是工廠自動化應(yīng)用的要求——極其需要更高級的HMI。

在過程自動化中，存在可揮發(fā)性的和危險的環(huán)境，操作員不能看見實際的產(chǎn)品，HMI基本上被認為是系統(tǒng)的“心臟”。在這種形式下，HMI是在過程中提供僅有的完全“窗口”的中控室控制臺，使操作員能監(jiān)視和控制發(fā)生在工廠各個管道和容器內(nèi)的過程。

4．操作員需要做什么才能成功？
在PLC環(huán)境中，操作員的主要角色是處理例外。狀態(tài)信息和例外報警幫助操作員認識到在過程中發(fā)生了什么，在許多情況下都是“光輸出”。

DCS 工廠要求操作員做出決定并連續(xù)與過程相互影響來保持系統(tǒng)運行。事實上，利用操作員的過程知識通常對極好運行和保持過程最佳運行是關(guān)鍵的。特別是在產(chǎn)品等級變化和當調(diào)整過程解決生產(chǎn)環(huán)境（例如，不同的給料）的變化問題時，對工廠來說，操作員是值得雇傭的。操作員將會改變設(shè)定點，打開/關(guān)閉閥，或手動移動批量到生產(chǎn)的下一階段。在HMI上，面板和模擬量趨勢提供發(fā)生在生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵的視圖，報警管理系統(tǒng)把操作員的注意力集中到他們必須干涉從而保持過程在目標性能范圍內(nèi)運行的區(qū)域。假如HMI故障，為了人員和設(shè)備安全，工廠必須停機。

在所有鍋爐中，特別需要操作員“自動”與“手動”。DCS操作員是最終系統(tǒng)的保持者，他們的前期HMI設(shè)計投資對總體項目的成功是必要的。

5．要求系統(tǒng)性能是什么？
邏輯執(zhí)行的速度是關(guān)鍵的區(qū)別。PLC設(shè)計用于滿足高速應(yīng)用的要求，這些應(yīng)用要求掃描周期10毫秒或更少，包括涉及運動控制、高速連鎖或控制電機與驅(qū)動的運行。快速掃描周期對有效控制這些設(shè)備是必須的。

大多數(shù)情況下，DCS并沒有那么快。調(diào)節(jié)控制回路正常在100到500毫秒范圍內(nèi)掃描。在一些情況下，控制邏輯執(zhí)行的快是有害的——可能引起最終控制設(shè)備過度磨損，例如閥，導(dǎo)致太早的維護和過程問題。

冗余，各種保險的額外成本，在典型的DCS系統(tǒng)中是值得的，高的可靠性是關(guān)鍵的任務(wù)。然而，通常使PLC完全冗余導(dǎo)致的成本是不值得的。

為了改變組態(tài)與設(shè)計，使PLC系統(tǒng)離線，也許有小的影響，因為平臺沒有連續(xù)運行或因為過程容易重啟。相反，當過程運行時，在DCS系統(tǒng)中能在線改變組態(tài)。許多過程應(yīng)用計劃維護一年停機一到兩次，其他的，例如，高爐，能連續(xù)運行5-7年。

模擬量控制是重要的。DCS原來設(shè)計用于模擬量控制，但是說DCS定位在模擬量控制市場是重申傳統(tǒng)的考慮。PLC逐漸有能力實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜PID控制，但是DCS明顯是大量高級模擬量控制的選擇，包括串級回路、模型預(yù)測控制、比率、前饋回路。

這些是高級的過程控制解決方案，通過供應(yīng)商的不同平臺的能力的專門知識和經(jīng)驗使應(yīng)用更多。它是經(jīng)驗和知識，來自數(shù)十年滿足客戶的需要，從而系統(tǒng)有差別，而不是技術(shù)有差別。例如，如果公司不能解釋他們的前饋回路是怎樣工作的，他們不能提供真正的DCS控制。

6．要求多大程度的定制？
能創(chuàng)建定制應(yīng)用的期望和要求在DCS和PLC用戶之間變化很大。
因為從根本上說，PLC設(shè)計用于所有行業(yè)，它被理解為：定制程序和功能的開發(fā)要求滿足獨特的應(yīng)用需要。

系統(tǒng)集成商現(xiàn)在能在堆垛機上使用PLC，將來能在激光切割機上使用PLC。PLC提供一個功能和基礎(chǔ)的生成塊的“工具箱”，這些塊是定制開發(fā)并連接到一起來解決應(yīng)用的要求。規(guī)定是可用的，從而確保功能和產(chǎn)品集成到無縫架構(gòu)中。另外，強大的編程語言典型地可用于促進從零創(chuàng)建定制編碼。

當新系統(tǒng)工作時，預(yù)設(shè)計的解決方案（包括標準、模板和額外的庫）是DCS應(yīng)用工程師額外的期望。DCS最高優(yōu)先級是提供可靠性和可用行，通常帶來重復(fù)性和可靠性的無限制的功能設(shè)計。在DCS內(nèi)，在不創(chuàng)建兼容性問題情況下，重要的是它不能接受許多定制的修改。期望系統(tǒng)具有完全解決方案的功能，該解決方案使用已經(jīng)對平臺“僵化”的標準功能。

7．設(shè)計期望是什么？
工廠自動化工程師想要可定制的控制平臺，它能提供快速編程從而完成任務(wù)的單獨組件。通常，集成人員和工程師打開PLC“工具箱”，準備開始編程。PLC提供的工具是典型地優(yōu)化的工具，從而支持“從下到上”的設(shè)計解決方案，對小應(yīng)用來說，PLC工作的很好。
另一方面，DCS工程師，典型地最有效地使用“從上到下“的設(shè)計解決方案，迫使他們把巨大的努力投入到前期設(shè)計中。集中在前期的設(shè)計對最小化成本、壓縮項目工期、創(chuàng)建一個能由工廠人員長期維護的應(yīng)用是關(guān)鍵的。因為DCS應(yīng)用是典型的大規(guī)模的和廠級范圍的，在應(yīng)用中增加庫和模板的能力對最小化重復(fù)工作和提升標準的使用是非常重要的。

按這種方式考慮——PLC控制一臺機器，而DCS控制一個工廠。
例如，鉛筆制造商使用PLC正在極快地生產(chǎn)大量的鉛筆。通過用機器碼編程，工程師有可能再壓縮10毫秒，從而有能力制造更多的鉛筆，獲得更多的利潤。

PLC工程師要求靈活性和開放架構(gòu)。
用DCS控制整個工廠的過程工程師要求更直觀的編程平臺，它利用預(yù)定義的和預(yù)測試的功能，從而節(jié)約時間并能重復(fù)使用。
對工作來說，有恰當?shù)墓ぞ咭彩侵匾?。對許多離散控制應(yīng)用來說，梯形圖邏輯是理想的和首選的組態(tài)語言，例如，高速連鎖或電機與驅(qū)動的控制。另一方面，對連續(xù)控制和報警配置的實施來說，功能塊圖是首選的組態(tài)語言。

你有混合應(yīng)用嗎？
既然我們已經(jīng)評論選擇PLC或DCS的關(guān)鍵標準，你可以考慮你的應(yīng)用要求PLC和DCS的能力。如果需要PLC和DCS的能力，你也許需要混合應(yīng)用的過程控制系統(tǒng)，如表3所示。

什么是“混合”？

混合的定義：離散功能（PLC處理非常簡單與經(jīng)濟）與DCS的高級模擬量連續(xù)控制能力合并基于系統(tǒng)工作和服務(wù)的行業(yè)定義，例如，制藥，精細化工，食品和飲料等PLC簡單化與高級操作員顯示成本，報警管理，DCS則容易實現(xiàn)高級的組態(tài)架構(gòu)。


怎樣為混合應(yīng)用選擇過程控制系統(tǒng)？
本文已經(jīng)描述了經(jīng)典PLC和DCS系統(tǒng)之間的關(guān)鍵的屬性與差別。這種相同的信息能用于確定適合混合應(yīng)用的過程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵要求，例如，在制藥廠，精細化工和食品&飲料行業(yè)。




怎樣選擇混合應(yīng)用的控制系統(tǒng)供應(yīng)商？
現(xiàn)在，大多數(shù)著名的自動化供應(yīng)商提供一種技術(shù)——PLC或DCS，如圖3所示。當為混合應(yīng)用做評估時，認識到這一點非常重要。

為使他們提供的解決方案對混合行業(yè)的用戶有吸引力，許多供應(yīng)商吹捧他們的系統(tǒng)具有PLC和DCS功能的能力。眾所周知，PLC和DCS之間的技術(shù)差異正在迅速消失，留下的僅僅是供應(yīng)商的經(jīng)驗和特殊領(lǐng)域的知識作為關(guān)鍵的差別。然而，專門領(lǐng)域知識的差異不是一夜之間就能完成的，供應(yīng)商已經(jīng)積累30多年的重要的知識，因此請謹慎在他們的產(chǎn)品宣傳手冊中聲稱具有DCS或PLC能力的供應(yīng)商。對混合應(yīng)用來說，想確保能解決他們要求的用戶應(yīng)考慮選擇有長期的已證明的有 PLC和完全DCS解決方案的跟蹤記錄的供應(yīng)商。

結(jié)論
由于PLC與DCS混合控制器的出現(xiàn)，取代了許多以前的系統(tǒng)。這種結(jié)合為混合應(yīng)用,為這些以前使用PLC控制他們的電氣基礎(chǔ)設(shè)施（例如，電機，驅(qū)動和電機控制中心（MCC））而使用DCS用于調(diào)節(jié)控制的過程工廠開辟了一種新的選擇。記住：這不是關(guān)于技術(shù)。更重要的是，它是關(guān)于現(xiàn)在和將來你的應(yīng)用和供應(yīng)商有最好解決方案、傳統(tǒng)、經(jīng)驗和滿足你需要的知識的廣度的要求。

無論你選擇什么，我們希望你能根據(jù)本文的信息做出更明智和更好的見多識廣的決定。你也許能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的PLC或DCS不再滿足你的要求。如果你有混合應(yīng)用，你也許需要最好地結(jié)合PLC和DCS的過程控制系統(tǒng)，能提供離散和過程能力，所有系統(tǒng)基于通用平臺的供應(yīng)商。


圖3混合行業(yè)與供應(yīng)商提供的系統(tǒng)功能的合并




關(guān)于作者
Bob Nelson，西門子能源&自動化公司PLC市場經(jīng)理，Todd Stauffer，西門子能源&自動化公司DCS市場經(jīng)理，他們有四十年的自動化和控制行業(yè)的經(jīng)驗。
更多詳情，請聯(lián)系：
Bob Nelson: bob.nelson@siemens.com
Todd Stauffer: todd.stauffer@siemens.com