SIMATIC西門子授權(quán)代理商丨調(diào)兵山市西門子變頻器一級代理

 西門子SIS與ESD、DCS、PLC四者，在化工生產(chǎn)過程中，常常被誤解，本文從四者*基本的概念，到四者之間具體的關(guān)系進(jìn)行逐一講解，幫助儀表人了解并掌握。

       SIS與DCS之間的區(qū)別

       SIS與DCS在石油、石化生產(chǎn)過程中分別起著不同的作用，如下圖所示：生產(chǎn)裝置從安全角度來講，可分為3個層次：**層為生產(chǎn)過程層，第二層為過程控制層，第三層為安全儀表系統(tǒng)停車保護(hù)層。

       SIS與ESD之間的區(qū)別

       SIS是系統(tǒng)化的概念，更關(guān)注整體性的概念，從命名就可以看出來，SIS關(guān)注回路，關(guān)注系統(tǒng)整體。安全型的現(xiàn)場檢測器件（變送器，儀表，傳感器）-> 安全型 A -》安全型控制器-安全型的DO -》安全型的現(xiàn)場執(zhí)行器件（安全關(guān)斷閥，泄壓閥，保護(hù)器等）。

       而ESD 通常是指，安全控制系統(tǒng)廠家生產(chǎn)的，安全型控制器，（CPU），IO，等純控制系統(tǒng)的概念。

       從本質(zhì)上來講，SIS 的硬件系統(tǒng)不光包括，SIS控制器及IO（例如 Triconex，HIMA，西門子400FH）。

       還應(yīng)包括所有跟控制器接口的其他輸入部件，例如獲得TUV SIL認(rèn)證的傳感器，變送器，檢測裝置；

       還應(yīng)該包括所有輸出部件，如獲得 TUV SIL認(rèn)證的執(zhí)行器（液壓安全執(zhí)行器，氣動安全執(zhí)行器，電動型安全執(zhí)行器），

       還應(yīng)該有獲得認(rèn)證的現(xiàn)場設(shè)備。要求嚴(yán)格的現(xiàn)場，閥門本體也必須是有TUV 證書的。

例如核電廠的安全閥不光是鍋爐與壓力容器質(zhì)檢合格，還應(yīng)該有核檢證書，還應(yīng)該有 TUV的安規(guī)證書，明確標(biāo)明是SIL幾等級。

       ESD是生產(chǎn)廠家的安全性控制器用在不同的場合，根據(jù)不同的用途，有著這些不同的叫法，從理論上說，只有ESD，“未必” 會是個完整的SIS控制系統(tǒng)。  ESD僅僅是 SIS中的一環(huán)，是在實體硬件中，是*重要的一環(huán)。

       DCS與PLC之間的區(qū)別

       1、從發(fā)展的方面來說：

       DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來。DCS從先天性來說較為側(cè)重儀表的控制，比如我們使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系統(tǒng)甚至沒有PID數(shù)量的限制（PID,比例微分積分算法，是調(diào)節(jié)閥、變頻器閉環(huán)控制的標(biāo)準(zhǔn)算法，通常PID的數(shù)量決定了可以使用的調(diào)節(jié)閥數(shù)量）。

       PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來，*初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力，PLC從開始就強調(diào)的是邏輯運算能力。

 
       2、從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性的方面來說：

       市場上控制類產(chǎn)品繁多，無論DCS還是PLC，均有很多廠商在生產(chǎn)和銷售。對于PLC系統(tǒng)來說，一般沒有或很少有擴(kuò)展的需求，因為PLC系統(tǒng)一般針對于設(shè)備來使用。一般來講，PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對PLC來講也是很困難的事。PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比如西門子的MPI總線性網(wǎng)絡(luò)，甚至增加一臺操作員站都不容易或成本很高。

       DCS在發(fā)展的過程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS系統(tǒng)，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說系統(tǒng)內(nèi)部（過程級）的通訊協(xié)議不盡相同，但操作級的網(wǎng)絡(luò)平臺不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò)，采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。在這種網(wǎng)絡(luò)中，控制器、計算機(jī)均作為一個節(jié)點存在，只要網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的地方，就可以隨意增減節(jié)點數(shù)量和布置節(jié)點位置。基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實現(xiàn)資源共享。

       3、從數(shù)據(jù)庫來說：

       DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。在DCS系統(tǒng)中一旦一個數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中，就可在任何情況下引用，比如在組態(tài)軟件中，在監(jiān)控軟件中，在趨勢圖中，在報表中……而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常都不是統(tǒng)一的，組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫。為什么常說西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS？因為西門子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，而PCS7要求控制器起碼到S7 414-3以上的型號。

       4、從時間調(diào)度上來說：

       PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。（現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn)，對任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制）而DCS可以設(shè)定任務(wù)周期。比如，快速任務(wù)等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時間很短，我們可以用200ms的任務(wù)周期采樣，而溫度傳感器的滯后時間很大，我們可以用2s的任務(wù)周期采樣。這樣，DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。

       5、從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)面來說：

       一般來講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一層為過程級網(wǎng)絡(luò)，大部分DCS使用自己的總線協(xié)議，比如橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等，這些協(xié)議均建立在標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎(chǔ)上。現(xiàn)場IO模塊，特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)（機(jī)器代碼，213/掃描周期）十分龐大，現(xiàn)場干擾因素較多，應(yīng)該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。基于RS485串口異步通訊方式的總線結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)場通訊的要求。

       IO的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)CPU轉(zhuǎn)換后變?yōu)檎螖?shù)據(jù)或?qū)嵭螖?shù)據(jù)，在操作級網(wǎng)絡(luò)（第二層網(wǎng)絡(luò)）上傳輸。操作級網(wǎng)絡(luò)可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，因操作級網(wǎng)絡(luò)一般布置在控制室內(nèi)，對抗干擾的要求相對較低。采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是*佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。

       PLC系統(tǒng)的工作任務(wù)相對簡單，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會太大，常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過程級網(wǎng)絡(luò)和操作級網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起，要程級網(wǎng)絡(luò)簡化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會或很少使用以太網(wǎng)。

       6、從應(yīng)用對象的規(guī)模上來說：

       PLC一般應(yīng)用在小型自控場所，比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應(yīng)用一般都是DCS。當(dāng)然，這個概念不太準(zhǔn)確，但很直觀，習(xí)慣上我們把大于600點的系統(tǒng)稱為DCS，小于這個規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產(chǎn)品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱為PLC。

分割線

       說了這么多PLC與DCS的區(qū)別，但我們應(yīng)該認(rèn)識到，PLC與DCS發(fā)展到今天，事實上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開，很多時候之間的概念已經(jīng)模糊了。

現(xiàn)在，我們來討論一下彼此的相同（似）之處。

        1）從功能來說：

       PLC已經(jīng)具備了模擬量的控制功能，有的PLC系統(tǒng)模擬量處理能力甚至還相當(dāng)強大，比如橫河FA-MA3、西門子的S7 400、ABB 的ControlLogix 和施耐德的系統(tǒng)。而DCS也具備相當(dāng)強勁的邏輯處理能力，比如我們在CS3000上實現(xiàn)了一切我們可能使用的工藝聯(lián)鎖和設(shè)備的聯(lián)動啟停。

        2）從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說:

PLC與DCS的基本結(jié)構(gòu)是一樣的。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計算機(jī)系統(tǒng)控制上了，傳統(tǒng)的編程器早就被淘汰。小型應(yīng)用的PLC一般使用觸摸屏，大規(guī)模應(yīng)用的PLC全面使用計算機(jī)系統(tǒng)。和DCS一樣，控制器與IO站使用現(xiàn)場總線（一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協(xié)議的總線方式），控制器與計算機(jī)之間如果沒有擴(kuò)展的要求，也就是說只使用一臺計算機(jī)的情況下，也會使用這個總線通訊。但如果有不止一臺的計算機(jī)使用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會和DCS一樣，上位機(jī)平臺使用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。 

       3）PLC和DCS的發(fā)展方向:

       小型化的PLC將向更專業(yè)化的使用角度發(fā)展，比如功能更加有針對性、對應(yīng)用的環(huán)境更有針對性等等。大型的PLC與DCS的界線逐步淡化，直至完全融和。

       DCS將向FCS的方向繼續(xù)發(fā)展。FCS的核心除了控制系統(tǒng)更加分散化以外，特別重要的是儀表。FCS在國外的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到儀表級。控制系統(tǒng)需要處理的只是信號采集和提供人機(jī)界面以及邏輯控制，整個模擬量的控制分散到現(xiàn)場儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場總線連接整個儀表系統(tǒng)。(目前國內(nèi)有橫河在中海殼牌石化項目中用到了FCS,儀表級采用的是智能化儀表例如:EJX等，具備世界*先進(jìn)的控制水準(zhǔn))。