PLC與單片機和DCS的比較分析

孫 萍，周 璇（鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，212003）

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PLC與單片機和DCS的比較分析

孫 萍，周 璇
（鎮(zhèn)江船艇學(xué)院，212003）

摘要：隨著計算機控制技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC與單片機、DCS以其特性在各應(yīng)用領(lǐng)域各顯其能，并不斷相互滲透和融合，使自動化系統(tǒng)性能日趨完善，本文分析了PLC與單片機、DCS系統(tǒng)的差異。

關(guān)鍵詞：PLC；單片機；DCS系統(tǒng)；差異

1 PLC與單片機的差異

單片機（Single Chip Microcomputer）是集中央處理器、存儲器、定時/計數(shù)器、輸入/輸出接口在一塊集成電路芯片上的微型計算機，單片機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點，其最大優(yōu)點是體積小，可放在儀表內(nèi)部，它在數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理方面優(yōu)于PLC，一般用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和工業(yè)控制。根據(jù)具體控制系統(tǒng)要求，單片機可以進行深層次開發(fā)，即量身定制控制系統(tǒng)，可以將控制系統(tǒng)的體積做得很小。

單片機與PLC相比有如下弱點：

（1）不易掌握。單片機一般采用C語言或匯編語言，要求設(shè)計者具有一定的計算機硬、軟件知識。盡管匯編語言程序執(zhí)行效率優(yōu)于C語言，但是，對于復(fù)雜控制任務(wù)程序的編寫比較耗時，開發(fā)周期長。

（2）使用麻煩。如果單片機實現(xiàn)自動控制，需要要在輸入/輸出的接口上做大量的工作。現(xiàn)場設(shè)備與單片機的連接、接口的擴展、輸入/輸出信號的處理以及接口的工作方式等，都必須考慮，而且，系統(tǒng)的調(diào)試繁瑣且麻煩。

（3）可靠性低。單片機進行工業(yè)控制的突出問題是抗干擾能力差。

單片機是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的。單片機控制系統(tǒng)，必須從底層硬件開發(fā)做起，這樣一來，對普通用戶來講，難度大并且需要花費較長的周期，再者，在使用過程中也無法修改系統(tǒng)的功能，在工業(yè)環(huán)境中較難應(yīng)用。單片機系統(tǒng)更適合為某一類產(chǎn)品定制開發(fā)，其成本更低，特別是可以進行底層深入開發(fā)，功能裁剪更為便捷。隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機片內(nèi)集成功能越來越強大，有著體積小、成本低的顯著特點，在電機數(shù)字控制、電子儀表、機器人、家用電器、節(jié)能裝置等領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用。單片機與PLC相比在控制裝置的小型化和智能化方面都具有一定的優(yōu)勢。

2 PLC與DCS的差異

集散型計算機控制系統(tǒng)（DCS），它是由測量控制技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、陰極射線管顯示器技術(shù)、圖形顯示技術(shù)及人機接口技術(shù)等相互滲透、綜合發(fā)展而產(chǎn)生的，其通用性強、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、系統(tǒng)組態(tài)靈活、人機界面友好、顯示操作集中、安裝簡單規(guī)范、調(diào)試方便以及運行安全可靠等，這些都是DCS系統(tǒng)的特點，DCS的這些特性特別適合大規(guī)模生產(chǎn)過程和大型設(shè)備的管理、控制和操作。DCS發(fā)展迅速，應(yīng)用遍及冶金、石油、電站、化工、造紙、食品加工、市政、建材、交通、輸氣管線、熱網(wǎng)管道、污水處理等工業(yè)過程控制領(lǐng)域，其實質(zhì)是對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)測、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)。

當今DCS系統(tǒng)功能不再局限于生產(chǎn)過程的控制，而且具備信息管理功能，信息管理系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，形成了管理、控制一體化，DCS通常應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域。PLC初期功能比較簡單，基本只用于離散系統(tǒng)控制。隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC的功能不斷豐富和強大，在一些過程控制領(lǐng)域，PLC也得到廣泛的應(yīng)用，逐步蠶食了DCS的傳統(tǒng)市場。例如，在冶金領(lǐng)域，除高爐控制系統(tǒng)外，轉(zhuǎn)爐控制、聯(lián)鑄聯(lián)軋等控制系統(tǒng)都已經(jīng)采用了PLC。在水處理領(lǐng)域里，早期凈水處理系統(tǒng)基本采用DCS技術(shù)，現(xiàn)在不論是凈水還是污水處理系統(tǒng)，基本都采用PLC控制。由此可見，PLC與DCS都廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，它們的優(yōu)勢各有不同，技術(shù)的進步與發(fā)展推進了它們之間的融合與滲透。PLC與DCS特點比較如下：

（1）可編程控制器PLC在開關(guān)量的邏輯控制以及順序控制方面具有很多優(yōu)勢；而由回路儀表的控制發(fā)展而來的DCS，在模擬量處理及回路調(diào)節(jié)方面則具有一定的優(yōu)勢。DCS和 PLC的發(fā)展都與計算機控制技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)。

（2）DCS在石油化工流程行業(yè)里有獨特的功能，例如，DCS的模塊功能全面，容易實現(xiàn)跟蹤、切換、限步等功能；PLC則必須通過專用的功能模塊才能搭建。DCS強調(diào)連續(xù)過程控制的精度，可實現(xiàn)前饋控制、串級控制、多級控制、PID控制、模糊控制和自適應(yīng)控制等復(fù)雜控制，DCS系統(tǒng)具有功能強大的SCADA軟件包，許多專家軟件（化工工藝參數(shù)配置和控制算法等），便是針對不同行業(yè)開發(fā)的，比PLC應(yīng)用方便。然而，PLC僅具有PID功能，控制精度不如DCS高。

（3）隨著計算機及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DCS逐步把順序控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、回路控制儀表、過程監(jiān)控裝置有機地結(jié)合在一起，構(gòu)成了各種集散控制系統(tǒng)，能滿足不同控制系統(tǒng)的要求；在初期邏輯運算功能的基礎(chǔ)上，PLC也增加了數(shù)值運算及閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，其運算速度在不斷提高，控制規(guī)模和復(fù)雜度也不斷增長。隨著PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以PLC為核心部件的分布式控制系統(tǒng)也得以廣泛應(yīng)用。

（4）PLC體積小，使用靈活，價格相對較低，在通信功能及管理能力方面不及DCS； DCS通信及管理能力較強，在大型、復(fù)雜的過程控制中占主導(dǎo)地位，但體積大，價格相對較高。

（5）PLC與DCS在發(fā)展過程中互相滲透，互為補充，差別逐漸減小，它們都能構(gòu)成復(fù)雜的分布式計算機控制系統(tǒng)。DCS在控制系統(tǒng)高端市場仍是主流技術(shù)。

隨著各種網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約的標準化，開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，過去存在的各種計算機系統(tǒng)不能互相通信的“孤島”問題也迎刃而解，這樣，變使得面向過程控制的集散控制系統(tǒng)和面向生產(chǎn)管理與調(diào)度的管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS）之間可以互相傳遞信息，逐步形成了DCS與MIS集成的計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System， CIMS）和計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)（Computer Integrated Producing System， CIPS），使得企業(yè)自動化水平大幅度提高，實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程的總體優(yōu)化，形成現(xiàn)代企業(yè)的計算機管理、控制的一體化系統(tǒng)。

新一代集散型控制系統(tǒng)DCS以實現(xiàn)綜合自動化為目的，通過對生產(chǎn)活動所需的各種信息的集成，將控制、調(diào)度、管理、經(jīng)營、決策等功能綜合集成于一體。

如今，自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成越來越多樣化，當今的集散控制系統(tǒng)已經(jīng)與傳統(tǒng)意義上的集散控制系統(tǒng)不能同日而語，它已是一種廣義的概念，它既包括傳統(tǒng)DCS廠家推出的新一代集散控制系統(tǒng)，也包括由PLC、高速總線網(wǎng)和專業(yè)組態(tài)軟件平臺所構(gòu)成的系統(tǒng)。

新型PLC與新型DCS相互滲透和融合的步伐越來越快，相互間都形成了向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。

參考文獻

［1］戴一平等.PLC控制技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2013，11.

［2］徐文尚等.電氣控制技術(shù)與PLC［M］.機械工業(yè)出版社，2012，10.

［3］林小寧 主編. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］. 電子工業(yè)出版社，2013，02

Comparative analysis of PLC and single chip microcomputer and DCS

Sun Ping，Zhou Xuan
（Zhenjiang watercraft College，212003）

Abstract：With the rapid development of computer control technology，PLC and single chip microcomputer， DCS to the characters in the application of different and mutual penetration and integration，the automation system performance is becoming more and more perfect，this paper analyzes the differences between PLC and single chip microcomputer， DCS system.

Keywords：PLC；single chip microcomputer；DCS system；difference

作者簡介

孫萍，（1965.2）職位：副教授，鎮(zhèn)江船艇學(xué)院， 從事電子技術(shù)與自動控制方面教學(xué)與研究