PLC與單片機和DCS的比較分析

孫 萍，周 璇（鎮江船艇學院，212003）

?

PLC與單片機和DCS的比較分析

孫 萍，周 璇
（鎮江船艇學院，212003）

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

關鍵詞：PLC；單片機；DCS系統；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，單片機具有結構簡單、價格便宜、功耗低、功能強、性能價格比高、易于推廣應用等優點，其最大優點是體積小，可放在儀表內部，它在數據采集和數據處理方面優于PLC，一般用于數據采集、數據處理和工業控制。根據具體控制系統要求，單片機可以進行深層次開發，即量身定制控制系統，可以將控制系統的體積做得很小。

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，要求設計者具有一定的計算機硬、軟件知識。盡管匯編語言程序執行效率優于C語言，但是，對于復雜控制任務程序的編寫比較耗時，開發周期長。

（2）使用麻煩。如果單片機實現自動控制，需要要在輸入/輸出的接口上做大量的工作。現場設備與單片機的連接、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，系統的調試繁瑣且麻煩。

（3）可靠性低。單片機進行工業控制的突出問題是抗干擾能力差。

單片機是隨著超大規模集成電路技術的發展而誕生的。單片機控制系統，必須從底層硬件開發做起，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的功能，在工業環境中較難應用。單片機系統更適合為某一類產品定制開發，其成本更低，特別是可以進行底層深入開發，功能裁剪更為便捷。隨著技術的發展，單片機片內集成功能越來越強大，有著體積小、成本低的顯著特點，在電機數字控制、電子儀表、機器人、家用電器、節能裝置等領域，都有著廣泛的應用。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勢。

2 PLC與DCS的差異

集散型計算機控制系統（DCS），它是由測量控制技術、信號處理技術、計算機技術、通信網絡技術、信息技術、陰極射線管顯示器技術、圖形顯示技術及人機接口技術等相互滲透、綜合發展而產生的，其通用性強、控制功能完善、數據處理方便、系統組態靈活、人機界面友好、顯示操作集中、安裝簡單規范、調試方便以及運行安全可靠等，這些都是DCS系統的特點，DCS的這些特性特別適合大規模生產過程和大型設備的管理、控制和操作。DCS發展迅速，應用遍及冶金、石油、電站、化工、造紙、食品加工、市政、建材、交通、輸氣管線、熱網管道、污水處理等工業過程控制領域，其實質是對生產過程進行集中監測、操作、管理和分散控制的一種控制技術。

當今DCS系統功能不再局限于生產過程的控制，而且具備信息管理功能，信息管理系統與生產過程控制系統緊密結合，形成了管理、控制一體化，DCS通常應用于過程控制領域。PLC初期功能比較簡單，基本只用于離散系統控制。隨著計算機技術和通信技術的迅猛發展，PLC的功能不斷豐富和強大，在一些過程控制領域，PLC也得到廣泛的應用，逐步蠶食了DCS的傳統市場。例如，在冶金領域，除高爐控制系統外，轉爐控制、聯鑄聯軋等控制系統都已經采用了PLC。在水處理領域里，早期凈水處理系統基本采用DCS技術，現在不論是凈水還是污水處理系統，基本都采用PLC控制。由此可見，PLC與DCS都廣泛應用于工業控制的各個領域，它們的優勢各有不同，技術的進步與發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在開關量的邏輯控制以及順序控制方面具有很多優勢；而由回路儀表的控制發展而來的DCS，在模擬量處理及回路調節方面則具有一定的優勢。DCS和 PLC的發展都與計算機控制技術發展密切相關。

（2）DCS在石油化工流程行業里有獨特的功能，例如，DCS的模塊功能全面，容易實現跟蹤、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強調連續過程控制的精度，可實現前饋控制、串級控制、多級控制、PID控制、模糊控制和自適應控制等復雜控制，DCS系統具有功能強大的SCADA軟件包，許多專家軟件（化工工藝參數配置和控制算法等），便是針對不同行業開發的，比PLC應用方便。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絡技術的發展，DCS逐步把順序控制裝置、數據采集裝置、回路控制儀表、過程監控裝置有機地結合在一起，構成了各種集散控制系統，能滿足不同控制系統的要求；在初期邏輯運算功能的基礎上，PLC也增加了數值運算及閉環調節功能，其運算速度在不斷提高，控制規模和復雜度也不斷增長。隨著PLC網絡技術的發展，以PLC為核心部件的分布式控制系統也得以廣泛應用。

（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、復雜的過程控制中占主導地位，但體積大，價格相對較高。

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

隨著各種網絡通信規約的標準化，開放系統體系結構的發展，過去存在的各種計算機系統不能互相通信的“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和面向生產管理與調度的管理信息系統（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（Computer Integrated Manufacturing System， CIMS）和計算機集成生產系統（Computer Integrated Producing System， CIPS），使得企業自動化水平大幅度提高，實現整個生產過程的總體優化，形成現代企業的計算機管理、控制的一體化系統。

新一代集散型控制系統DCS以實現綜合自動化為目的，通過對生產活動所需的各種信息的集成，將控制、調度、管理、經營、決策等功能綜合集成于一體。

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

新型PLC與新型DCS相互滲透和融合的步伐越來越快，相互間都形成了向對方靠攏的趨勢。

參考文獻

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

［2］徐文尚等.電氣控制技術與PLC［M］.機械工業出版社，2012，10.

［3］林小寧 主編. 可編程控制器應用技術［M］. 電子工業出版社，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，鎮江船艇學院， 從事電子技術與自動控制方面教學與研究