PLC與DCS技術的統(tǒng)一已經創(chuàng)建一種環(huán)境：對過程制造商來說，為他們的應用選擇最好的技術更具有挑戰(zhàn)性。成功的評價應從開發(fā)你的應用的要求的清晰的流程和你的設計、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" title="自動化技術">自動化技術的過程并沒有以前容易。以前，很容易決定應用選擇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的進步，它已經允許PLC和DCS技術統(tǒng)一?，F在，隨著工業(yè)向柔性制造發(fā)展，過程工業(yè)中的許多應用共享以前認為是PLC或DCS的要求。這些混合應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)。我們也會證實應用的要求的清晰的流程和設計、維護和操作人員的需要為什么對公司發(fā)現合適的自動化技術是極為重要的。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)對你的應用最合適。



選擇“合適的”自動化技術的好處
在全球競爭的時代，過程工業(yè)的制造商被迫實現極好的運行從而確?，F在和將來位于前列。新自動化技術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。
選擇合適的技術和正確的供應商能幫助你的公司：
① 快速響應變化的市場環(huán)境，從而保持有競爭力的優(yōu)勢；
② 在工廠的生命周期內，最小化業(yè)主的總成本（TCO）；
③ 設計一個容易長期維護與升級的系統(tǒng)；
④ 實現將來的目標。

讓我們得到技術原型
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" title="系統(tǒng)架構">系統(tǒng)架構看起來類似。兩個系統(tǒng)都共享下列組件：
① 現場設備
② 輸入/輸出模塊
③ 控制器
④ 人機界面(HMI)
⑤ 設計（Engineering）
⑥ 監(jiān)視控制
⑦ 商務集成
當看到下列系統(tǒng)架構時，你應該注意：事實上，在每個系統(tǒng)中使用的技術都是非常相似的；當你考慮應用的本質和要求時，差異變得更明顯。

圖1 典型的DCS系統(tǒng)架構



圖2 典型的基于PLC系統(tǒng)架構

例如，在DCS系統(tǒng)架構圖中，通常，I/O、控制器、網絡、HMI服務器是冗余的。因為冗余增加成本及復雜性，為實現他們要求的系統(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)架構說明了一個最常見的應用：離散現場設備的控制，例如，電機與驅動。為有效地控制電機和驅動，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。

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

在選擇系統(tǒng)之前，請自問七個問題
現在，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解決方案的供應商PLC/DCS的不同領域長達25年，我們感覺到我們置之度外。

設計七個問題使你考慮你的公司的運作方法和應用要求，考慮你工廠（設計、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 設計期望是什么？

注意問題和答復的統(tǒng)一列表如表5所示。測定你應該使用PLC或DCS簡單的方法是填這個調查表，填寫所有應用的答復。如果你的所有答案都在一列，你的應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PLC和DCS功能的過程控制系統(tǒng)的混合應用。

1. 你制造的是什么，怎樣制造？
這看起來是非常基礎的問題，但是它是決定應用以及最適合的自動化系統(tǒng)要求的基礎。產品制造的方法、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">工廠自動化應用，原來都是采用PLC設計，涉及特殊項目的制造和裝配。這些應用也采用一個或多個機器以及相當數量的材料運動。這種加工類型的典型特點是：當材料通過生產線加工時，操作員通常能監(jiān)視它們。本質上，過程大多是邏輯控制，通常都有高速要求（產量=效益）。這種類型的加工通常由PLC和HMI 結合控制。
過程自動化應用典型涉及通過各種化學原料的反應或物理變化導致原材料變形，從而生產新的不同的產品或原料。這些應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：操作員不能看見產品。通常，它是在容器內，本質上是有危險的。雖然響應時間沒有那樣快（100ms或更長），但是，通常有從簡單到復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是典型地更適合復雜的批量制造設備，這些設備要求高級的靈活性和配方管理。批量應用的要求決定是否簡單或復雜：



2．制造產品的價值和停機成本是多少？
如果制造每個單一的產品的價值相對低，停機后果只是導致完不成生產任務，但是只有極少的額外成本或對過程有很小的損害，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，停機不僅導致完不成生產任務，而且有潛在的危險和破壞條件，應選擇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。在一些化工應用中，保持過程穩(wěn)定是關鍵的，由于系統(tǒng)故障，產品在管道中凝固。如果煉油廠的催化裂化器故障，需要數天才能修復系統(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，對下一條生產線影響極小，是經典的PLC應用。

在24/7/365 運行的過程應用中，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?？刂七@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，從而導致極端危險的環(huán)境。應用中揮發(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據。另外，從數據分析產生的運行信息也是工廠自動化應用的要求——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鍵的。特別是在產品等級變化和當調整過程解決生產環(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。操作員將會改變設定點，打開/關閉閥，或手動移動批量到生產的下一階段。在HMI上，面板和模擬量趨勢提供發(fā)生在生產過程中的關鍵的視圖，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運行的區(qū)域。假如HMI故障，為了人員和設備安全，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)行的速度是關鍵的區(qū)別。PLC設計用于滿足高速應用的要求，這些應用要求掃描周期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動的運行?？焖賿呙柚芷趯τ行Э刂七@些設備是必須的。

大多數情況下，DCS并沒有那么快。調節(jié)控制回路正常在100到500毫秒范圍內掃描。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備過度磨損，例如閥，導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，高的可靠性是關鍵的任務。然而，通常使PLC完全冗余導致的成本是不值得的。

為了改變組態(tài)與設計，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逐漸有能力實現從簡單到復雜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，通過供應商的不同平臺的能力的專門知識和經驗使應用更多。它是經驗和知識，來自數十年滿足客戶的需要，從而系統(tǒng)有差別，而不是技術有差別。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)要求滿足獨特的應用需要。

系統(tǒng)集成商現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用的要求。規(guī)定是可用的，從而確保功能和產品集成到無縫架構中。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，預設計的解決方案（包括標準、模板和額外的庫）是DCS應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，通常帶來重復性和可靠性的無限制的功能設計。在DCS內，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對平臺“僵化”的標準功能。

7．設計期望是什么？
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”的設計解決方案，對小應用來說，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“的設計解決方案，迫使他們把巨大的努力投入到前期設計中。集中在前期的設計對最小化成本、壓縮項目工期、創(chuàng)建一個能由工廠人員長期維護的應用是關鍵的。因為DCS應用是典型的大規(guī)模的和廠級范圍的，在應用中增加庫和模板的能力對最小化重復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。
用DCS控制整個工廠的過程工程師要求更直觀的編程平臺，它利用預定義的和預測試的功能，從而節(jié)約時間并能重復使用。
對工作來說，有恰當的工具也是重要的。對許多離散控制應用來說，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。

你有混合應用嗎？
既然我們已經評論選擇PLC或DCS的關鍵標準，你可以考慮你的應用要求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則容易實現高級的組態(tài)架構。


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




怎樣選擇混合應用的控制系統(tǒng)供應商？
現在，大多數著名的自動化供應商提供一種技術——PLC或DCS，如圖3所示。當為混合應用做評估時，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之間的技術差異正在迅速消失，留下的僅僅是供應商的經驗和特殊領域的知識作為關鍵的差別。然而，專門領域知識的差異不是一夜之間就能完成的，供應商已經積累30多年的重要的知識，因此請謹慎在他們的產品宣傳手冊中聲稱具有DCS或PLC能力的供應商。對混合應用來說，想確保能解決他們要求的用戶應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商。

結論
由于PLC與DCS混合控制器的出現，取代了許多以前的系統(tǒng)。這種結合為混合應用,為這些以前使用PLC控制他們的電氣基礎設施（例如，電機，驅動和電機控制中心（MCC））而使用DCS用于調節(jié)控制的過程工廠開辟了一種新的選擇。記?。哼@不是關于技術。更重要的是，它是關于現在和將來你的應用和供應商有最好解決方案、傳統(tǒng)、經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)現傳統(tǒng)的PLC或DCS不再滿足你的要求。如果你有混合應用，你也許需要最好地結合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商。


圖3混合行業(yè)與供應商提供的系統(tǒng)功能的合并




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