DCS、SIS、PLC三大控制系统的特点与差异分析

DCS、SIS、PLC三大控制系统的特点与差异分析

任瑞涛

宁夏宝丰能源集团股份有限公司 宁夏 银川 750000

摘要：本文简略阐述了DCS、SIS、PLC三大控制系统本身的特点，并针对三者z之间所具有的差异性展开了综合性的探究，旨在明确区分各种控制系统的优劣势，为后续系统的高效应用提供参考。

关键词：工业生产；控制系统；装置

引言：当前在工业生产领域较常应用DCS、SIS以及PLC三种控制系统，但从本质上来看，其在实际应用阶段存在着诸多不同，然而现阶段在上述控制系统的实际应用方面依然面临着一定的不利因素，基于此，有必要对其展开更为深入的研究。

1DCS、SIS、PLC三大控制系统的特点分析

1.1DCS

对于DCS控制系统来说，其主要包括三层，分别是过程控制级、集中操作监控级以及综合信息管理级，不同的层级中间包含着两级通信电路，通信网络则会为各装置之间的通信联系提供支持。过程控制级的构成涉及到部分测控装置、智能调节器以及现场控制站，在集中操作监控级中则包含着网间连接器、操作站以及监控计算机等多个部分，网间连接器同上位管理级之间共同组成了信息综合管理级。该控制系统主要包括以下几方面特点。首先便是其技术应用的特殊性，网络是该控制系统实施最主要的技术之一，其全部的操作都直接关系到网络的应用，不管是哪个网络都要基于网络展开工作，其中最为基础的便是分散过程控制级。其次便是其在硬件设备组装方式方面的特殊性，对于工业化生产来说，不同的工业生产有着各不相同的生产条件和需求，所以其在控制系统方面的要求也存在着较大的差异性，若是单纯采用传统的控制系统难以随便都控制系统进行调整。但DCS控制系统所使用的是积木化的硬件设备组装形式，所以，工作人员能够从用户自身的实际需求出发，对系统的规模进行优化调整。DCS控制系统如图1所示。

图1 DCS控制系统

再次，其软件的设计呈现出模块化的特点，这种设计形式能够在极大程度上提升功能的多样性，进而为用户提供更多的选择，此举不仅能够起到减小工作量的作用，还可以减少对于系统空间的占用，可以为计算机的高质量运行创造良好的条件。与此同时，在DCS控制系统中，通信网络有着至关重要的核心作用，DCS控制系统各个环节的运行都需要有基本的通信网络作为支持，其在应用过程中能够充分连接多台计算机，进而达到各种资源和信息共享的效果[1]。最后，其具有相对较高的可靠性，DCS控制系统中采用的硬件设备都比较安全有效，其实现了对于自动处理、故障自诊断以及冗余技术等的优化应用，可以高效环节DCS控制系统运行过程中所面临的不利因素，并且能够展现出较强的抗干扰能力。

1.2SIS

SIS作为一种控制系统主要是应用在安全领域，安全仪表系统的应用能够针对生产装置先进诶段的实际运行情况展开全方位的监视工作，通常情况下来说，其都处在静态下，但若是出现能源中断、设备故障以及系统故障等现象，其便能够通过手动或者是自动的方式恢复到安全状态下，进而为工艺装置更加安全地生产创造良好条件，最大限度减少设备损伤以及人身伤害等事故的产生。SIS系统的应用在综合系统整体安全生命周期的基础上提出了SIL方法，具体指的是安全完整性等级，对那些应用保障基本功能性和安全性所需要的措施和工具进行规范。相关工作人员在实际对SIS系统展开设计和开发工作时应当严格按照IEC 61508的要求，与此同时，还需要确保其能够通过独立机构的认证，在保障上述基本要求之后才能够正式应用工业现场生产过程中，以支撑生产活动的持续平稳开展。

SIS控制系统有着更加良好的可维护以及可用性，并且一旦产生问题便能够在短时间范围内实现迅速响应，其整体有着较强的实时性，其响应时间基本上维持在50-100ms范围之内，而对于部分小型的SIS系统来说，其还有着更短的响应时间。此外，该控制系统大多也有着事件顺序记录的功能，能够根据时间的顺序对输入和输出情况进行实时动态的记录，而且其记录的精度相对较高，这能够为相关工作人员更加高效地进行事故分析奠定了坚实的基础。

1.3PLC

PLC控制系统的构成包括电源、输入、输出模块以及CPU模块等等，其特点集中在以下几方面。首先，其编程方式相对简单，更加方便工作人员掌握学习方法。针对PLC控制系统而言，其最主要的技术便是图形块的图形编程语言。从本质上来看，梯形图和继电器控制电路之间在电路方面呈现出相类似的特点，其原理更加简单，学习和操作都更加方便。PLC控制系统不仅也有着极为强大的功能，其在应用的过程中还有着较高的性价比，通常情况下，小型工业生产活动中所使用的PLC控制系统基本上都会应用小型设备仪器,如图2所示。

图2 PLC控制系统

尽管其规模小，但其中存在着大量的编程元件，这一工作往往要消耗极大的而工作量，由此可见，PLC控制系统的功能性不可忽视，尽管PLC控制系统具有继电器的功能，但因为其在应用阶段设备较少，并且工作任务过重，与传统继电器相比，其也不会产生过大的成本投入，所以其性价比有较大优势

[2]。

经过多年的发展，PLC控制系统已经发展出了更加完善的硬件设备，与此同时，其各种元件技术的应用也呈现出更强的完善性以及标准性，用户能够立足于自身需求展开系统配置工作，进而实现对于多样化功能的有机组合，以充分同其需求相适应。除此以外，PLC控制系统有着更高的可靠性，在应用阶段还有着良好的抗干扰性，其在实施的过程中能够通过软件的应用突破传统继电器的局限性，在极大程度上缓解了因为触电接触不良所面临的损坏以及故障。除此以外，在PLC控制系统中还包含着一定的抗干扰软硬件，其存在能够起到减少多种因素对其所造成的干扰的作用，进而提升生产中数据的准确性和实效性。

2DCS、SIS、PLC三大控制系统差异性的综合性探究

2.1DCS角度

从DCS的角度来看，该控制系统同SIS控制系统之间所存在的差异性主要集中在以下几方面。

首先，不同的控制系统在执行功能方面相对不同，其中DCS控制系统基本上是对常规的生产控制功能进行执行，以充分同生产正常操作要求相适应，其在工业生产中的应用比较广泛，是至关重要的基本过程控制系统之一，其中的控制回路基本上是反馈回路。控制器能够在系统误差的基础上从特定的控制算法出发对过程变量进行调节。在系统运行阶段，工作人员应当从具体的生产情况出发实时动态地针对系统参数展开调整工作。SIS则大多属于开环回路，主要应用在生产状态的监视工作中，针对现有的危险条件进行科学合理的判断，以最大限度降低风险出现的可能性，并减小风险产生所带来的负面影响。

其次，在工作状态方面，DCS控制系统有着更加动态和主动的特点，以充分同其生产需求相适应，其在实际应用的过程中应当按照系统要求和扰动状态展开运行，若是其因为故障而停止运行，便会导致生产工作整体面临失控的现象。而SIS则有着被动和休眠的特点，当DCS处在运行状态下时，SIS则会处在静态下，这也代表着，DCL控制下的生产具有一定的安全性。

最后，在工作目标方面，DCS控制系统的应用主要是为了确保生产过程能够达到良好的连续性，但SIS控制系统则更加侧重于把控生产过程中的可靠性，其在工作目标上有着一定的差异性，但服务对象相同，各自系统之间同样存在着相应的联系。

2.2SIS角度

在工业生产活动中，DCL和PLC都是基本过程控制系统，尽管SIS与二者都是控制系统的重要组成，但从本质上来看，其中存在着极为明显的差异性，具体集中在以下两个方面。

一方面，SIS同DCL和PLC之间有着各不相同的执行功能，其中DCL和PLC主要是对常规的生产功能进行执行，安全仪表系统的主要功能则是针对生产过程进行监视，实时动态了解其中所存在的危险性，以免造成难以挽回的后果，所以在工业生产活动中应当妥善准备好上述两种系统，分别负责基本控制以及生产过程监视工作，进而为系统整体能够实现更加高质量的运行创造良好的条件。

另一方面，两种控制系统在应对失效问题时往往有着不同的表现，针对基本过程控制系统而言，其经常会遇到很多类型的是小问题，例如，在实际进行工业生产的过程中，一旦其控制阀出现故障，那么其便难以达到相应的开关状态，这不可避免地会对其生产过程造成负面影响，所以会在短时间范围内迅速展现出其故障。针对安全仪表系统而言，其在多数情况下都会处在休眠状态下，所以工作人员大多难以通过肉眼直观发现其中的问题和失效现象。因此，为了能够高效应对其失效问题，相关工作人员应当在日常实践中实时动态地开展对其的在线或者是离线测试工作。

2.3PLC角度

相对于PLC来说，DCS控制系统在制药、冶金以及化工等过程控制领域中有着更加广泛的应用，其基本上是针对现场参数展开监视工作，并对其进行实时动态的调节控制，而PLC控制系统则主要应用于机械加工类等逻辑控制领域，尽管从目前来看，PLC控制系统在过程问题上也有了一定的研究成果，但从专业性的角度来看，其与DCS相比依然存在诸多的欠缺，所以未来应当积极对其进行完善，以有效实现其应用领域的进一步拓宽[3]。从架构的角度来看，DCS本身属于分散式控制系统，但对于PLC控制系统来说，其则更加侧重于装置属性，所以从本质上来看，其差异性存在于系统和装置层面。系统本身包含着装置的功能，并且可以达到良好的协调效果，PLC装置的应用能够实现单元自身所拥有的功能，结合控制点的实际情况来看，若是模拟量能够满足100个点以上的要求，大多会选用DCS，反之则会使用PLC。

对于整个系统来说，DCS网络在其中有着中枢神经的作用，通常情况下来说按照国际标准协议TCP/IP、其高速通信网络整体有着更高的安全性以及可靠性，还能够实现进一步拓展，但从实际情况来看，PLC普遍是为单个小系统工作，在同其之间展开通信时大多会使用单网结构的网络形式。

最早使用PLC主要是为了能够渠道继电器，通常来说继电器的响应逻辑基本上会维持在几毫米方位之内，这便在一定程度上提高了对于PLC响应速度的要求，一般PLC的循环周期会维持在10毫秒左右。最早应用DCS控制系统主要是为了使其取代二次仪表。从实际情况来看，常规仪表的应用是为了实现对于液位、温度、流量以及压力等的测量，其响应速度大多会处在几百毫秒至几秒之间，所以对其响应速度不存在过高的要求。然而常规的控制计算方法相对于继电器来说都欧哲更加复杂的逻辑，所以DCS将重点放在了计算方面，这便使其速度有所减慢，DCS控制系统在扫描过程中所花费的时间通常维持在50毫秒左右。在扫描方式上，PLC的应用贯穿在程序开始到结束的全过程中，不断针对其展开循环扫描工作，而DCS则是根据控制环扫描，这种扫描方式支持多任务同时工作，所以可以在一定程度上提升工作效率

[4]。

DCS系统在实际应用阶段能够展现出良好的兼容性以及可扩展性，所以在大多数大型系统工程中有着较强的应用价值，绝大部分的操作及网络平台在运行阶段均会采用以太网络形式，此举能够为系统后续的进一步扩展提供方便条件。对于PLC控制系统来说，其主要的功能便是实现对于设备的有效控制，基本上都有着良好的兼容性以及扩展功能，所以若是需要在两个及以上的系统中对资源进行共享，便会使得PLC的运行存在过大的困难。

结合现阶段的实际情况来看，在PLC系统中面临着数据库不统一的现象，归档软件、监控软件以及组态软件都有与之相对应的数据，但在DCS系统中的数据库则能够呈现出更加统一的特点，具体指的是，只要是数据中有系统中的一个数据，便可以在所有情景下对其进行引用。DCS控制系统的设计采用的双电源以及双冗余网络，若是系统在运行过程中出现关键部分的控制元件故障，那么同其之间存在关联的冗余元件便会根据实际情况对工作元件进行转换，为系统的安全高效运行提供保障。但最早所使用的PLC控制系统并没有积极应用冗余设计思想，系统本身未能展现出更加良好的安全性以及可靠性，后续经历过长期实践革新才真正达到双冗余控制效果。除此以外，DCS系统的硬件插板可以进行带电热插拔，具体指的是其一块模块产生故障或者是被破坏时，当系统处在正常运行的状态下，相关工作人员能够第一时间对被损坏的硬件进行更换，但部分PLC控制系统本身并不存在上述功能[5]。

结论：综上所述，合理使用相应的控制系统能够支撑工业生产的高质量进行，对于行业未来的持续平稳发展有着积极的促进作用。因此，相关研究人员应当加强对于多种控制系统的合理把控，进而在充分明确其应用特点和优势的基础上对其进行合理选用，以充分提升其应用效果。

参考文献：

[1]王蕾,张碧帅.DCS控制系统在焦炉煤气制甲醇中甲醇精馏工序的应用[J].山西化工,2022,42(1):176-178.

[2]仇辉.热电联产企业分散控制系统(DCS)不同架构的应用及优缺点分析[J].中国科技纵横,2022(9):43-45.

[3]陈玉年,纪政,朱能飞,等.maxDNA大型分散控制系统在1000MW超超临界机组DEH和ETS中的应用[J].工业控制计算机,2022,35(1):26-28.

[4]段彬.海为云组态软件和PLC在污水处理控制系统中的应用[J].焦作大学学报,2022,36(1):92-96.

[5]吴晓霞.西门子PLC与变频技术在煤矿皮带输送机控制系统中的应用研究[J].机械管理开发,2022,37(2):152-154.