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
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。

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