PLC與單片機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC與單片機(jī)、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(dòng)化系統(tǒng)性能日趨完善，本文分析了PLC與單片機(jī)、DCS系統(tǒng)的差異。

關(guān)鍵詞：PLC；單片機(jī)；DCS系統(tǒng)；差異

1 PLC與單片機(jī)的差異

單片機(jī)（Single Chip Microcomputer）是集中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、輸入/輸出接口在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、功耗低、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，其最大優(yōu)點(diǎn)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(jī)可以進(jìn)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(jī)與PLC相比有如下弱點(diǎn)：

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

（2）使用麻煩。如果單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，需要要在輸入/輸出的接口上做大量的工作?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與單片機(jī)的連接、接口的擴(kuò)展、輸入/輸出信號(hào)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(jī)進(jìn)行工業(yè)控制的突出問題是抗干擾能力差。

單片機(jī)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(jī)控制系統(tǒng)，必須從底層硬件開發(fā)做起，這樣一來，對(duì)普通用戶來講，難度大并且需要花費(fèi)較長(zhǎng)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(jī)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(jìn)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(jī)片內(nèi)集成功能越來越強(qiáng)大，有著體積小、成本低的顯著特點(diǎn)，在電機(jī)數(shù)字控制、電子儀表、機(jī)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(jī)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(shì)。

2 PLC與DCS的差異

集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS），它是由測(cè)量控制技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)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(qiáng)、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、系統(tǒng)組態(tài)靈活、人機(jī)界面友好、顯示操作集中、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范、調(diào)試方便以及運(yùn)行安全可靠等，這些都是DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，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(shí)質(zhì)是對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種控制技術(shù)。

當(dāng)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(jiǎn)單，基本只用于離散系統(tǒng)控制。隨著計(jì)算機(jī)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(qiáng)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(chǎng)。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(gè)領(lǐng)域，它們的優(yōu)勢(shì)各有不同，技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展推進(jìn)了它們之間的融合與滲透。PLC與DCS特點(diǎn)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(shì)；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(shì)。DCS和 PLC的發(fā)展都與計(jì)算機(jī)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(dú)特的功能，例如，DCS的模塊功能全面，容易實(shí)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(qiáng)調(diào)連續(xù)過程控制的精度，可實(shí)現(xiàn)前饋控制、串級(jí)控制、多級(jí)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(qiáng)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(duì)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(jì)算機(jī)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(jī)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(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，PLC也增加了數(shù)值運(yùn)算及閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，其運(yùn)算速度在不斷提高，控制規(guī)模和復(fù)雜度也不斷增長(zhǎng)。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(jià)格相對(duì)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(qiáng)，在大型、復(fù)雜的過程控制中占主導(dǎo)地位，但體積大，價(jià)格相對(duì)較高。

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

隨著各種網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化，開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，過去存在的各種計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System， CIMS）和計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng)（Computer Integrated Producing System， CIPS），使得企業(yè)自動(dòng)化水平大幅度提高，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的總體優(yōu)化，形成現(xiàn)代企業(yè)的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化為目的，通過對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)所需的各種信息的集成，將控制、調(diào)度、管理、經(jīng)營(yíng)、決策等功能綜合集成于一體。

如今，自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成越來越多樣化，當(dāng)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(tái)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(shì)。

參考文獻(xiàn)

［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(jī)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(jiǎn)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(dòng)控制方面教學(xué)與研究