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dcs的定义

dcs是分布式控制系统（distributed control system）的简称，亦称为集散控制系统，它是由回路仪表控制系统发展而来，是在计算机、通讯、控制和crt技术迅速发展的基础上产生的。

3.2 dcs的发展历程

上世纪60年代以后，随着生产工程的大型化和复杂化，诞生了计算机集中监视和控制的集中控制系统。集中控制方便了监视、操作和管理，同样也使危险性高度集中，系统一旦故障，对装置造成的影响和危险性都是非常大的。随着微处理机的诞生，为新型控制系统的开放创造了无比优越的条件。1975年，随着计算机、通讯、控制和crt 4c技术的不断发展和完善，美国honeywell**向**推出了分散控制系统tdc-2000，从套dcs诞生至今，dcs系统已经经历了3个发展阶段。

1975至1980年为初创阶段。由于软硬件技术的限制，此时的dcs系统性能还不十分完善，硬件结构还不十分成熟。

1981至1987年为2个阶段。这一时期容错、冗余技术已经成熟使用，系统可靠性很高，性能十分优越，各种控制功能十分丰富。在该阶段dcs从单纯的工业过程自动化控制向生产管理自动化发展。这一代的dcs主要将lan（local area network）技术引入，使dcs的网络功能大大加强。

1987至今为3个发展阶段。各厂家采用标准化组织（iso）开放系统互连（osi）结构基础上产生制造自动化协议（map）标准来解决不同机型的互连问题。 dcs系统在硬件上使用了**的cpu及冗余技术，存储容量及通讯速度大幅度提高，软件上采用通用操作系统。在该阶段dcs将控制、监督和管理调度**结合起来，实现了各种生产经营信息的自动化管理。

3.3 dcs的特点和功能

（1）dcs的主要特点。dcs具有以下主要特点：控制与显示分离；采用网络通信技术；完备的开放系统；可靠性高；具有综合性和专业性；实现了人机对话技术；系统扩展灵活；管理能力强。

（2）dcs的主要功能。dcs系统能很好的完成工业连续控制、回路仪表控制等，dcs多年的实践表明，其在连续控制领域已经成为一种成熟的技术和完善的控制系统，同时其友好的人机界面、建立在冗余技术上的可靠性、强大的网络功能、单一的数据库、组态灵活等特点得到了广大用户的**。

3.4 dcs的发展趋势

dcs在连续控制领域有这其重要的地位，到目前为止，对于dcs未来发展问题有许多争论，但下面的几个问题是大多数认识认为dcs急需解决的问题；

（1）开放性。关于开放性，这个问题是制约dcs发展的一个很大的因素，由于dcs各厂家对于自己的网络协议和系统软件采取严格的保密措施，这就造成了如果别的厂家的plc或其它的控制设备就不可能很好的无缝的接入dcs控制系统，往往需要经过复杂的协议转换，得到的通讯速率和通讯能力都很不理想，例如honeywell公司的tps系统和ab公司的plc5系列的plc进行通讯就需要通过串口并加上双方为通讯开发出来的辅助设备来实现，但当通讯量较大时，其实时性就大大降低，这个问题就阻碍了dcs的应用领域和竞争力。目**些dcs厂家已经意识到该问题的严重性，目前honeywell公司主推的pks控制系统就采取了controlnet的通讯网络，舍弃了传统的lcn网，且采用了服务器结构的形式，使其开放性大大加强。除去通信问题以外，操作系统、数据库、人机界面、控制策略的组态等方面，都有开放性问题，所以随着技术进步，dcs的开放性需要逐渐加强，而且还应发挥其特色，使分散型计算机控制系统，从传统dcs中解放出来，使dcs与cips系统的调度层、管理层、决策层（辅助决策层）进行无缝连接，将dcs的相关信息上传，使其实时数据库、历史数据库为上述３层所共用，避免重复建库，为**控制和优化建好平台，与上层的关系数据库共享数据，真正实现管控一体化。

（2）价格。关于价格，当然应从性能价格比、产品生命周期及用户根据实际生产装置的自控要求对dcs进行选型、工程费用、维修费用等方面综合考虑。重要的是目前plc系统、工控机系统（ipc）的价格都是以廉价著称，所以dcs厂商在这方面面临的形势很严峻，今后dcs应在降、减少维修费用、发展远程诊断和维护及完善服务体系等方面多下功夫，应对plc和ipc与之的竞争。

dcs和plc的设计原理区别较大，plc是由继电器控制原理发展起来的，它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控
制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成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，在程序运行过程中，执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的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是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数和过程变量之间的关系都做成功能块（有的dcs系统称为膨化块）。dcs和plc的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。80年代以后，plc除逻辑运算外，控制回路用的算法功能已经大大加强，但 plc用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。而dcs把所有输入都当成模拟量，1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于plc解算一个pid运算在几十毫秒，这与dcs的运算时间不相上下。

在接地电阻方面，对plc也许要求不高，但对dcs一定要在几欧姆以下（通常在4欧姆以下）。模拟量隔离也是非常重要的。

相同i/o点数的系统，用plc比用dcs，其成本要低一些（大约能省40%左右）。plc没有**操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比dcs要低很多。如果被控对象主要是设备连锁、回路相对很少，采用plc较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多，好采用dcs。dcs在控制器、i/o板、通讯网络等的冗余方面，一些**运算、的特殊要求方面都要比plc好的多。plc由于采用通用软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。

 定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

特点：
1 ．可靠性高，抗干扰能力强
2 ．控制程序可变， 具有 很好的柔性
3 ．编程简单，使用方便
4 ．功能完善
5 ．扩充方便，组合灵活
6 ．减少了控制系统设计及施工的工作量
7 ．体积小、重量轻，是“机电一体化”特有的产品

6ES72111BE400XB0	CPU 1211C   AC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111AE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/DC,6输入/4输出,集成2AI
6ES72111HE400XB0	CPU 1211C   DC/DC/Rly,6输入/4输出,集成2AI
6ES72121BE400XB0	CPU 1212C   AC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121AE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/DC,8输入/6输出,集成2AI
6ES72121HE400XB0	CPU 1212C   DC/DC/Rly,8输入/6输出,集成2AI
6ES72141BG400XB0	CPU 1214C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141AG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI
6ES72141HG400XB0	CPU 1214C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI
6ES72151BG400XB0	CPU 1215C   AC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151AG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72151HG400XB0	CPU 1215C   DC/DC/Rly,14输入/10输出,集成2AI/2AO
6ES72171AG400XB0	CPU 1217C   DC/DC/DC,14输入/10输出,集成2AI/2AO

 可编程序控制器(Programmable Controller)原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC(Programmable Logic Controller)，但并非说PLC只能控制逻辑信号。PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。

PLC的基本组成

PLC基本组成包括*处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。

1. *处理器

*处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。

小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。

CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。

2. 存储器

PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。

1)系统程序存储器

PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。

系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。

系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。

EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。

2)用户程序存储器

用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。

通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。

3)数据存储器

PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。

RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。

3. 接口

输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。

现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。

1)输入接口

输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。

以图2所示的直流输入接口电路为例，R1是限流与分压电阻，R2与C构成滤波电路，滤波后的输入信号经光耦合器T与内部电路耦合。当输入端的按钮SB接通时，光耦合器T导通，直流输入信号被转换成PLC能处理的5V标准信号电平(简称TTL)，同时LED输入指示灯亮，表示信号接通。微电脑输入接口电路一般由寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路组成，这些电路集成在一个芯片上。交流输入与交直流输入接口电路与直流输入接口电路类似。

滤波电路用以输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。

2)输出接口

输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。

微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。

3)其它接口

若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。 PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。

4. 编程器

编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。

编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。

目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。

5. 电源

PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。