1.4 SCADA、PLC與DCS

PLC、DCS與SCADA是各種控制相關期刊、雜志和網絡上最常見到的幾個自動化專業相關的詞匯，不少人常常會混淆。PLC、DCS與SCADA都是屬于廣義的計算機控制系統，因此它們都具有計算機控制系統的典型特征。在一個綜合自動化系統中，它們都處于系統的最底層，即都屬于過程控制層。

DCS系統，即集散控制系統，產生于20世紀70年代末。它適用于測控點數多而集中、測控精度高、測控速度快的工業生產過程（包括間歇生產過程）。DCS有其自身比較統一、獨立的體系結構，具有分散控制和集中管理的功能。DCS的體系結構如圖1.5所示。DCS測控功能強、運行可靠、易于擴展、組態方便、操作維護簡便，但系統的價格相對昂貴。DCS在石油化工、煤化工、電廠等大型企業中得到廣泛應用。主要的DCS產品有Honeywell公司的Experion PKS、Emerson過程管理公司的PlantWeb、Foxboro公司的A2、橫河公司的R3、ABB公司的IndustrialIT和西門子公司的PCS7等。國產DCS廠家主要有北京和利時、浙大中控和上海新華控制等。PLC即可編程控制器。這是一類在制造業用量最大的控制設備，其組成原理框圖如圖1.6所示。PLC產生于制造業，具有邏輯控制功能強、性能穩定、可靠性高、技術成熟、使用廣泛、價格合理等特點。與一般的計算機控制系統不同，PLC在程序運行上采取“掃描”方式工作，如圖1.7所示。在系統程序監控下，PLC周而復始地按照固定順序對系統內部的各種任務進行查詢、判斷和執行。這個過程實際上是一個不斷循環的順序掃描過程，一個順序掃描過程稱為一個掃描周期。為了增加對突發事件的響應，新一代的PLC還增加了中斷響應，以提高實時性。

圖1.5 DCS的體系結構

圖1.6 PLC組成原理框圖

圖1.7 PLC程序處理過程

除了制造業、過程工業和間歇過程外，還有大量的生產監控，這些過程多數采用SCADA系統。SCADA系統與DCS和PLC的不同主要表現在：

（1）PLC與DCS是產品的名稱，也代表某種技術，而SCADA更側重功能和技術，在市場上找不到一種公認的SCADA產品。SCADA系統的構建更加強調集成，根據過程監控要求從市場上采購各種自動化產品而構造成滿足客戶要求的系統。正因為如此，SCADA的構建十分靈活，可選擇的產品和解決方案也很多。在SCADA系統中，常選用PLC作為下位機設備，因此，可以把PLC看作是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是不具有可比性的。有人會把SCADA系統也稱為DCS，主要是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，而不像DCS系統那樣，主體設備來自一家DCS制造商，因此，把SCADA系統稱為DCS并不恰當。

（2）因為PLC與DCS可以是產品，它們有成熟和完善的體系結構，系統的可靠性等性能更有保障，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PLC或DCS。

（3）應用場合不同。由于歷史的原因，造成了不同的控制設備各自稱霸一個行業市場。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系統的邏輯控制功能在不斷增強，而PLC連續控制的功能在不斷增強，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地模糊。

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。但總體上來說，還是遵循傳統的思路，即在制造業的控制中，還是首選PLC，而過程控制系統首選DCS。而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，下位機的選擇會有不同。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。以大型的污水處理工程為例，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。當然，在國內，采用DCS作為污水處理廠計算機控制系統主控設備也是有的。但是，遠程泵站與污水處理廠之間的距離通常會比較遠，這里要采取電話線通信或無線通信，而這種通信方式在DCS中是比較少的，因此，污水處理過程控制具有更多SCADA系統的特性，這也是國內外污水處理廠的控制普通采用SCADA系統而較少采用DCS的原因之一。