DCS和PLC的设计原理区别

dcs和plc的设计原理区别较大，PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作，这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块（有的DCS系统称为膨化块）。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统，一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是还是有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外，也有一些控制回路用的算法，但要完成一些复杂运算还是比较困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。而DCS把所有输入都当成模拟量，1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于PLC解算一个PID运算在几十毫秒，这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。不同型号的DCS，解算PID所需时间不同，但都在几十毫秒的量级。如早期的TDC2000系统，1秒钟内完成8个回路的控制运算。随着芯片技术的发展，解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与功能块的安排方式和组态方式有关。 　　在接地电阻方面，对PLC也许要求不高，但对DCS一定要在几欧姆以下（通常在4欧姆以下）。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的地方，应配置本质安全栅。 　　相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（多可达8000多个I/O）。DCS的控制器，只能几百个I/O点（不超过500个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多，好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通讯网络等的冗余方面，一些运算、行业的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 　　特别要指出的是，DCS的专用操作站，不是天经地义的。它是由历史原因形成的。DCS厂家如再不开放操作站，与工厂的管理信息系统连网，个别DCS就有从市场中消失的危险。 　　随着新技术的诞生，负面影响也跟着而来。新操作站的开放，病毒和黑客容易侵入到系统。在作设计时，在操作站上设置密码，系统多加隔离和防火墙。把负面影响减到小。

控制器、伺服系统、减速机，是工业机器人的三大核心部件，国产工业机器人想要真正崛起，必须要把这三样的国产化率水平提上来。之前聊了PLC控制器，给大家揭秘一下国产伺服的真实水平，为什么我说东风导弹发射系统、神舟飞船、嫦娥工程，用的都是高国产化率的伺服系统，看完你就明白了。

说之前先给大家解释一下伺服系统到底是什么玩意，伺服系统是由伺服电机、伺服驱动器、编码器组成。

我拿6轴机器人举个例子，方便大家理解。六轴机器人有6个关节，每个关节处都配备了一台伺服电机，机器人为什么会动？就是靠这个伺服电机去实现的，大家可以把它想象成是我们人手的各个关节的动作。控制器就是我们人类的大脑，它会根据程序的设定，发出各种指令，伺服驱动就相当于人体的神经系统，把控制器发出的指令，传导给伺服电机，后伺服电机再根据指令，来实现机器人各个方向的运动。

目前按照功率大小，伺服系统可分为小型伺服、中型伺服和大型伺服系统。 小于1KW的小型伺服，主要应用于工业机器人、电子制造等小型机械。1-7.5KW的中型伺服，主要应用于机床、注塑机等领域，大于7.5KW的大型伺服，主要用于驱动重型机械设备。

工业机器人现在普遍用的都是交流伺服系统，我们看一下国内交流伺服系统的市场占有率，2020年，日本安川和国产汇川技术，以11%的份额，并列名，三菱和松下占10%，台达占9%，西门子占7%，国产的禾川科技、埃斯顿、信捷电气，以3%的份额并列第5名。

西门子、博世力士乐、施耐德、罗克韦尔等欧美品牌，别看他们市场份额小，他们吃的都是中大型高功率的高端市场，只不过小型伺服的市场需求会更大一点，像我之前介绍过的那些大型重型机床、还有航空工业，这些领域是他们的传统艺能。埃斯顿的伺服在机床、工业机器人上用的比较多，信捷的话伺服一般般，主要业务还是PLC。其他比较好的国产品牌还有星辰科技、华中数控，这俩牌子主要是供应给企业使用的，待会细说。

先说一下国产伺服老大汇川技术，国内综合性工控。这家公司，你们可以把它看做是缩小版的华为，大部分创业元老，是从华为公司出来的高管。伺服驱动器、伺服电机、编码器，都是汇川自主研发生产的，我找了国内市面上比较流行的9个伺服品牌，我们就拿汇川的SV660型号，和安川、三菱、西门子等品牌做个简单比较。看一套伺服的性能怎么样，主要就是看这四个指标，编码器的精度，电机的过载能力，高转速，还有速度频率响应的能力。

大家对比一下各家参数可以看出来，松下综合表现是好的，松下有在国内建厂，本地优势明显，主要以小功率为主，转速高，稳定性较好。其次就是安川和台达。安川的运动控制器做得不错，但售后服务是真的烂。台达的缺点就是功率偏小，但。西门子的优点就是运动控制性能强，产品强调高度集成化，产品体积要比国产和日系更小，结实耐用，不得不说西门子的工艺设计水平是真的高。缺点主要还是贵，买它大功率的还行，小功率买西门子我感觉不划算。

再看看汇川，在编码器精度、过载能力、电机高转速、速度频率响应方面，和安川已经很接近了，可以说就是同一个档次的水平，而且汇川的价格还便宜很多。

总体看的话，国产在中低功率上，已经和国外基本处于同一水平线，应用在大型机械设备上的大型伺服，在功能、性能、可靠性方面，还是和进口存在客观差距。不过高功率汇川已经在不断突破了，相信没几年，汇川就能在高功率市场有所作为。另外我要提醒大家一点，我们伺服驱动器的核心芯片，几乎全部依赖进口，希望能引起重视。

其实对于我们要求不是太高的中小企业来说，其他杂牌不敢说，汇川我敢说是完全够用的，大家要根据自己的实际应用环境来选择，不要盲目崇尚国外品牌，30块钱能达到的性能要求，为什么要花100块钱？省下70留着给员工发福利不香吗？大家要明白一点，并不是每种应用场合，都对伺服的要求非常高。在某些要求不是很高的场合，完全可以采用国产伺服代替，你不需要那么高大上的位置精度控制，除非你做的产品要求非常高那另当别论。

接着说一下供应企业的星辰科技和华中数控，这两家公司的存在感，不要看什么盈利能力，主要还是为了避免国际形势的恶化，导致的重点型号、关键元器件的断供，是为了推进国产化进程而存在的。华中数控旗下的登奇机电，刚上了央视的大型工业纪录片，动力澎湃第五集，能代表国产伺服电机的高水平，

佛山登奇主要对标的是西门子.施耐德的中低端系列，也可以直接给这两家贴牌代工。登奇主要优势是可以做超大功率的伺服电机，几十kw到几百kw，以及可以定制生产上万牛米的DD马达。

具体说一下星辰科技，是航天高端伺服领域的头部企业，注意了这是家民企，给出的要求就是，要“ 的元器件数量、的元器件种类”，全部国产化的要求，目前已经推出了符合要求的纯国产伺服系统。有些朋友可能不太理解为什么非要双国产，看看这些伺服都是用在哪的，军用雷达、神州飞船、嫦娥工程、天宫空间站工程、还有历年国庆阅兵上的武器装备，还是我国大型舰船部分武器系统伺服的供应商。

这些重大项目都涉及核心机密，肯定是不可能采用国外核心元器件的，哪怕我们国产性能差一点、维修频率高一点，也必须用国产。中美贸易摩擦的不确定性仍然存在，美国出口管制越来越严、少数高端电子元器件和材料，依旧存在卡脖子的风险，因此自主可控的重要性将进一步增强，国产化替代也将进一步加速，只有核心技术掌握在自己手里，我们才有制定规则的话语权，而规则直接关系到我们的利益分配。