PLC与单片机和DCS的比较分析

孙 萍，周 璇（镇江船艇学院，212003）



PLC与单片机和DCS的比较分析

孙 萍，周 璇
（镇江船艇学院，212003）

摘要：随着计算机控制技术的飞速发展，PLC与单片机、DCS以其特性在各应用领域各显其能，并不断相互渗透和融合，使自动化系统性能日趋完善，本文分析了PLC与单片机、DCS系统的差异。

关键词：PLC；单片机；DCS系统；差异

1 PLC与单片机的差异

单片机（Single Chip Microcomputer）是集中央处理器、存储器、定时/计数器、输入/输出接口在一块集成电路芯片上的微型计算机，单片机具有结构简单、价格便宜、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等优点，其最大优点是体积小，可放在仪表内部，它在数据采集和数据处理方面优于PLC，一般用于数据采集、数据处理和工业控制。根据具体控制系统要求，单片机可以进行深层次开发，即量身定制控制系统，可以将控制系统的体积做得很小。

单片机与PLC相比有如下弱点：

（1）不易掌握。单片机一般采用C语言或汇编语言，要求设计者具有一定的计算机硬、软件知识。尽管汇编语言程序执行效率优于C语言，但是，对于复杂控制任务程序的编写比较耗时，开发周期长。

（2）使用麻烦。如果单片机实现自动控制，需要要在输入/输出的接口上做大量的工作。现场设备与单片机的连接、接口的扩展、输入/输出信号的处理以及接口的工作方式等，都必须考虑，而且，系统的调试繁琐且麻烦。

（3）可靠性低。单片机进行工业控制的突出问题是抗干扰能力差。

单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。单片机控制系统，必须从底层硬件开发做起，这样一来，对普通用户来讲，难度大并且需要花费较长的周期，再者，在使用过程中也无法修改系统的功能，在工业环境中较难应用。单片机系统更适合为某一类产品定制开发，其成本更低，特别是可以进行底层深入开发，功能裁剪更为便捷。随着技术的发展，单片机片内集成功能越来越强大，有着体积小、成本低的显著特点，在电机数字控制、电子仪表、机器人、家用电器、节能装置等领域，都有着广泛的应用。单片机与PLC相比在控制装置的小型化和智能化方面都具有一定的优势。

2 PLC与DCS的差异

集散型计算机控制系统（DCS），它是由测量控制技术、信号处理技术、计算机技术、通信网络技术、信息技术、阴极射线管显示器技术、图形显示技术及人机接口技术等相互渗透、综合发展而产生的，其通用性强、控制功能完善、数据处理方便、系统组态灵活、人机界面友好、显示操作集中、安装简单规范、调试方便以及运行安全可靠等，这些都是DCS系统的特点，DCS的这些特性特别适合大规模生产过程和大型设备的管理、控制和操作。DCS发展迅速，应用遍及冶金、石油、电站、化工、造纸、食品加工、市政、建材、交通、输气管线、热网管道、污水处理等工业过程控制领域，其实质是对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术。

当今DCS系统功能不再局限于生产过程的控制，而且具备信息管理功能，信息管理系统与生产过程控制系统紧密结合，形成了管理、控制一体化，DCS通常应用于过程控制领域。PLC初期功能比较简单，基本只用于离散系统控制。随着计算机技术和通信技术的迅猛发展，PLC的功能不断丰富和强大，在一些过程控制领域，PLC也得到广泛的应用，逐步蚕食了DCS的传统市场。例如，在冶金领域，除高炉控制系统外，转炉控制、联铸联轧等控制系统都已经采用了PLC。在水处理领域里，早期净水处理系统基本采用DCS技术，现在不论是净水还是污水处理系统，基本都采用PLC控制。由此可见，PLC与DCS都广泛应用于工业控制的各个领域，它们的优势各有不同，技术的进步与发展推进了它们之间的融合与渗透。PLC与DCS特点比较如下：

（1）可编程控制器PLC在开关量的逻辑控制以及顺序控制方面具有很多优势；而由回路仪表的控制发展而来的DCS，在模拟量处理及回路调节方面则具有一定的优势。DCS和 PLC的发展都与计算机控制技术发展密切相关。

（2）DCS在石油化工流程行业里有独特的功能，例如，DCS的模块功能全面，容易实现跟踪、切换、限步等功能；PLC则必须通过专用的功能模块才能搭建。DCS强调连续过程控制的精度，可实现前馈控制、串级控制、多级控制、PID控制、模糊控制和自适应控制等复杂控制，DCS系统具有功能强大的SCADA软件包，许多专家软件（化工工艺参数配置和控制算法等），便是针对不同行业开发的，比PLC应用方便。然而，PLC仅具有PID功能，控制精度不如DCS高。

（3）随着计算机及通信网络技术的发展，DCS逐步把顺序控制装置、数据采集装置、回路控制仪表、过程监控装置有机地结合在一起，构成了各种集散控制系统，能满足不同控制系统的要求；在初期逻辑运算功能的基础上，PLC也增加了数值运算及闭环调节功能，其运算速度在不断提高，控制规模和复杂度也不断增长。随着PLC网络技术的发展，以PLC为核心部件的分布式控制系统也得以广泛应用。

（4）PLC体积小，使用灵活，价格相对较低，在通信功能及管理能力方面不及DCS； DCS通信及管理能力较强，在大型、复杂的过程控制中占主导地位，但体积大，价格相对较高。

（5）PLC与DCS在发展过程中互相渗透，互为补充，差别逐渐减小，它们都能构成复杂的分布式计算机控制系统。DCS在控制系统高端市场仍是主流技术。

随着各种网络通信规约的标准化，开放系统体系结构的发展，过去存在的各种计算机系统不能互相通信的“孤岛”问题也迎刃而解，这样，变使得面向过程控制的集散控制系统和面向生产管理与调度的管理信息系统（Management Information System，MIS）之间可以互相传递信息，逐步形成了DCS与MIS集成的计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System， CIMS）和计算机集成生产系统（Computer Integrated Producing System， CIPS），使得企业自动化水平大幅度提高，实现整个生产过程的总体优化，形成现代企业的计算机管理、控制的一体化系统。

新一代集散型控制系统DCS以实现综合自动化为目的，通过对生产活动所需的各种信息的集成，将控制、调度、管理、经营、决策等功能综合集成于一体。

如今，自动控制系统的构成越来越多样化，当今的集散控制系统已经与传统意义上的集散控制系统不能同日而语，它已是一种广义的概念，它既包括传统DCS厂家推出的新一代集散控制系统，也包括由PLC、高速总线网和专业组态软件平台所构成的系统。

新型PLC与新型DCS相互渗透和融合的步伐越来越快，相互间都形成了向对方靠拢的趋势。

参考文献

［1］戴一平等.PLC控制技术［M］.北京：清华大学出版社，2013，11.

［2］徐文尚等.电气控制技术与PLC［M］.机械工业出版社，2012，10.

［3］林小宁 主编. 可编程控制器应用技术［M］. 电子工业出版社，2013，02

Comparative analysis of PLC and single chip microcomputer and DCS

Sun Ping，Zhou Xuan
（Zhenjiang watercraft College，212003）

Abstract：With the rapid development of computer control technology，PLC and single chip microcomputer， DCS to the characters in the application of different and mutual penetration and integration，the automation system performance is becoming more and more perfect，this paper analyzes the differences between PLC and single chip microcomputer， DCS system.

Keywords：PLC；single chip microcomputer；DCS system；difference

作者简介

孙萍，（1965.2）职位：副教授，镇江船艇学院， 从事电子技术与自动控制方面教学与研究