1.2.3 兩類典型工業控制系統——SCADA系統與DCS的比較

1.SCADA系統與DCS的相同點

SCADA系統和DCS的相同點如下。

（1）兩者具有相同的系統結構。從系統結構來看，兩者都屬于分布式計算機測控系統，普遍采用客戶機/服務器模式。具有控制分散、管理集中的特點。承擔現場測控的主要是現場控制站（或下位機），上位機側重監控與管理。

（2）通信網絡在兩種類型的控制系統中都起著重要的作用，且通常情況下，至少具有兩層網絡結構。早期的SCADA系統和DCS都采用專有協議，目前更多的是采用國際標準或事實的標準協議。

（3）下位機編程軟件逐步采用符合IEC61131-3和IEC61449等標準的編程語言，編程方式的差異逐步縮小。

（4）近年來，隨著計算機軟硬件技術、網絡通信技術等的發展，SCADA系統和DCS的差異在縮小，兩者在功能上越來越接近。

2.SCADA系統與DCS的不同點

作為兩類典型的工業控制系統，SCADA系統與DCS雖然存在一些相同之處，但也有明顯的不同，主要表現在以下幾點。

（1）系統內涵有所不同。

DCS是產品的名稱，也代表某種技術，而SCADA系統更側重功能和集成，在市場上找不到一種廣為各行業用戶所接受的SCADA系統產品（雖然有很多廠家宣稱自己有類似的產品）。SCADA系統的構建更加強調集成，根據生產過程監控要求從市場上采購各種自動化產品來構建滿足客戶要求的系統。正因為如此，SCADA系統的構建十分靈活，可選擇的產品和解決方案也很多。有時候會把SCADA系統稱為DCS，主要是因為這類系統也具有控制分散、管理集中的特點。但由于SCADA系統的軟硬件控制設備來自多個不同的廠家，而DCS的軟硬件來自同一個廠家。因此，雖然兩者在技術上有相通之處，但是仍有明顯的不同，把SCADA系統稱為DCS并不恰當。

（2）系統集成度有所不同。

DCS具有更加成熟、完善、緊密的體系結構，系統的可靠性等性能更有保障，在控制層面，能實現更加復雜的控制功能。而SCADA系統是用戶集成的，因此，其整體性能與用戶的集成水平緊密相關，通常要低于DCS。正因為DCS是專用系統，所以DCS的開放性比SCADA系統差。

（3）系統結構不同。

目前，一般的SCADA系統都配置專門的SCADA服務器，只有該服務器與現場控制器通信，其他操作員站等站點只和SCADA服務器通信，即操作員站通過該服務器與現場控制站（下位機）進行數據交換，從而實現操作與監控。DCS存在兩類模式。一類模式和SCADA系統一樣，有專門的服務器，如西門子PCS7和霍尼韋爾的PKS，操作員站只和服務器通信，工程師站和現場控制站直接通信完成組態。另外一類模式沒有這種專門的服務器，所有的操作員站都和現場控制站通信，如艾默生過程管理公司的DeltaV和橫河電機的Centum等。這兩類模式各有特點，但采用前者的DCS產品更多。

（4）通信網絡不同。

由于DCS控制的設備比較集中，其測控網絡范圍局限在廠區，因此，DCS的通信網絡通常是局域網，獨立性強，企業可以自行維護，運行成本較低；而大型SCADA系統的通信網絡一般是廣域網，通常依賴電信服務供應商（如中國移動、中國電信等）才能工作，且要持續向供應商繳納通信服務等費用，運行維護成本高。

（5）應用程序開發與調試有所不同，具體表現在以下幾個方面。

①DCS中的變量不需要二次定義。由于DCS中上位機（服務器、操作員站等）、下位機（現場控制器）的軟件集成度高，特別是有統一的實時數據庫，因此，變量只要定義一次，就在控制器回路組態中可用，在上位機人機界面等其他地方也可用。而在SCADA系統中，一個I/O點，如現場的一個電機設備故障信號，在控制器中要定義一次，在組態軟件中還要定義一次，同時要求對兩者進行映射（上位機中定義的地址要與控制器中的存儲器地址一致），如果地址映射不正確，那么上位機中的參數狀態與控制器中就不一致。

這里以圖1.10為例進行說明。這里下位機是施耐德Quantum PLC，上位機是組態王7.50，上位機和下位機通過以太網通信，協議是Modbus TCP，PLC的編程環境是Unity Pro V11.0。從圖1.10中可以看出，現場的一個“允許遠控”轉換開關的數字量輸入，將進入PLC第一個數字量輸入模塊的第一個輸入通道，其PLC地址就確定了。在Unity Pro中定義該變量（見圖1.10（a）），這樣PLC中的編程就可使用（見圖1.10（b））。上位機人機界面要使用該變量（如顯示該開關的狀態），就要添加這個PLC設備的驅動，然后定義屬于這個設備（Quantum）的變量R1_AUTO（見圖1.10（c））。這樣在上位機中就可以使用R1_AUTO進行組態了。當然，為了統一上位機和下位機中的變量，一般PLC中的變量名稱/標簽與上位機組態軟件中對應的變量用同樣的名稱。

顯然，采用這種方式進行控制系統集成有明顯不足。目前一些上位機軟件支持變量導入與導出，即可以把變量從組態軟件中導出，利用Excel等軟件快速編輯變量，把該文件導入上位機中，從而簡化上位機中的變量定義。有些組態軟件支持從PLC導入變量。另外，對于觸摸屏的編程，采用類似西門子博圖（TIA Portal）這樣的全集成自動化軟件已能做到資源共享，在觸摸屏中可以直接使用控制器中定義的數據類型、變量等。

②DCS控制器中的功能塊與人機界面的面板（Faceplate）通常成對出現。例如，在控制器中組態一個PID回路后，在人機界面組態時可以直接根據該回路名稱調用一個具有完整的PID功能的人機界面面板，面板中的參數自動與控制回路中的參數一一映射，如圖1.11所示。而SCADA系統中的用戶必須在人機界面組態軟件中自行設計這樣的面板，同時把面板中的數據與控制器中的功能塊數據進行關聯，整個設計過程較為煩瑣和費時。

③DCS具有更多的面向模擬量控制的功能塊。由于DCS主要面向模擬量較多的應用場合，各種類型的模擬量控制較多。為了便于組態，DCS開發環境中具有更多的面向過程控制的功能塊。而不同的SCADA系統的I/O變量的類型分布不一致，通常情況下，數字量點數會更多一些，下位機處理順序控制邏輯更方便。

④組態語言有所不同。DCS編程主要采用圖形化的編程方式，如西門子PCS7使用CFC，羅克韋爾使用功能塊圖等。而在SCADA系統中，主要使用梯形圖和ST等編程語言。當然，在編寫順序控制程序時，DCS中也用SFC編程語言，這點與SCADA系統中的下位機編程是一樣的。

⑤調試環境不同。DCS應用軟件組態和調試時有一個相對統一的環境，在該環境中，可以方便地進行硬件組態、網絡組態、控制器應用軟件組態、人機界面組態及相關的調試，而SCADA系統整個功能的實現相對分散。

（6）應用場合不同。

DCS主要用于對控制精度要求高、測控點集中的流程工業，如石油、化工、冶金、電站等。SCADA系統特指遠程分布式計算機測控系統，主要用于對測控點十分分散、分布范圍廣泛的生產過程或設備的監控，通常情況下，測控現場是無人或少人值守的，如對移動通信基站的監控、對長距離石油輸送管道的監控、對城市煤氣管線的監控等。總體而言，因技術與歷史等原因，導致不同類型的控制系統各自稱霸相應的行業。

（7）市場規模不同。

由于DCS是成套系統，硬件設備及軟件授權等費用高。若I/O點數少于100點，則DCS的單點成本會較高。而SCADA系統中采用的控制器的I/O點數的配置更加靈活，可以根據I/O點數選擇相應的控制器，因此，對于I/O點數少的系統來說，SCADA系統的相對成本更低，更容易被用戶選用。由于SCADA系統的控制器配置靈活，遠程監控的市場需求更大，因此從市場規模來看，SCADA系統遠遠超過DCS。

3.SCADA系統、DCS與PLC的比較

（1）DCS和SCADA系統具有工程師站、操作員站、現場控制站和通信網絡，而PLC只有現場控制站，其主要功能就是進行現場控制，常選用PLC作為SCADA系統的下位機設備，因此，可以把PLC看作SCADA系統的一部分。PLC也可以集成到DCS中，成為DCS的一部分。從這個角度來說，PLC與DCS和SCADA系統是沒有可比性的。

（2）系統規模不同。PLC可以用在控制點數從幾個到上萬個的不同領域，因此，其應用范圍極其廣泛。而DCS主要用于規模較大的過程，否則其性價比較低。

然而，隨著技術的不斷發展，各種類型的控制系統相互吸收融合其他系統的特長，DCS與PLC在功能上不斷增強，具體地說，DCS的邏輯控制功能在不斷增強，PLC的連續控制功能也在不斷增強，兩者都廣泛吸收了現場總線技術，因此它們的界限也在不斷模糊。

隨著技術的不斷進步，各種控制方案層出不窮，一個具體的工業控制問題可以有不同的解決方案。但總體而言，還是遵循傳統的思路，即在制造業的控制中，還是首選PLC或SCADA系統解決方案，而過程控制系統首選DCS。對于監控點十分分散的控制過程，多數還是會選SCADA系統，只是隨著應用的不同，下位機的選擇也會有所不同。

當然，由于控制技術的不斷融合，在實際應用中，有些控制系統的選型還是具有一定的靈活性的。以大型污水處理工程為例，由于它通常包括污水管網、泵站、污水處理廠等，在地域上較為分散，檢測與控制點絕大多數為數字量I/O，模擬量I/O的數量遠遠少于數字量I/O，控制要求也沒有化工生產過程那么嚴格，因此，多數情況下，還是選用SCADA系統，而下位機多采用PLC，通信系統采用有線與無線相結合的解決方案。在國內，也有采用DCS作為污水處理廠主控系統的應用。但是，遠程泵站與污水處理廠之間的距離通常比較遠，且分布比較分散，還是會選用PLC進行現場控制，泵站PLC與廠區DCS之間采用有線通信或無線通信，而這種通信方式主要用在SCADA系統中，在DCS中是比較少見的。因此，污水處理過程控制具有很多SCADA系統的特性，這也是國內外污水處理廠的控制普遍采用SCADA系統而較少采用DCS的原因之一。對于大型油田自動化系統來說，通常同時采用SCADA系統和DCS。在油井側使用SCADA系統是最為經濟的方案，聯合站測控點多且分布較為密集，采用DCS是最合適的選擇。但如果從整個油田工業控制系統來看，其總體結構還是屬于SCADA系統。