DCS与PLC控制新版系统的特点分析.doc

DCS 和PLC 控制系统特点分析DCS 和PLC 全部是应用于自控领域控制系统。伴随工业生产快速发展,工业自动化程度越来越高,对自动控制系统可*性、可操作性要求越来越高。有很多人在选择控制系统时对选择DCS 还是PLC ,哪一个更适合自己需求极难决定。文章针对这种情况,对DCS 和PLC 系统发展、基础结构、配置、应用等进行比较和分析,期望对广大读者有所帮助。1 起源集散控制系统DCS (Distributed Control System) 是基于”4C”技术(Computer Control Communication CRT) 在20 世纪70 年代中期出现新型工业控制系统。采取分布式计算机系统结构,目标是为了降低风险,提升系统可*性。它将整个控制系统根据区域、功效和回路作合适分解,再经过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。1975 年Honey2well 企业推出了第一套DCS 控制系统,首先被应用于石油化工行业。可编程控制器PLC( Programmable Logic Controller) 是一个数字运算操作电子系统,专为在工业环境下使用而设计。工业生产过程中,大量开关量次序控制,根据逻辑条件进行次序动作,并根据逻辑关系进行连锁保护动作控制,及大量离散量数据采集,这些功效传统上是通过气动或电气控制系统来实现。1968 年美国GM(通用汽车) 企业提出替换继电气控制装置要求,第二年,美国数字企业研制出了基于集成电路和电子技术控制装置,首次采取程序化手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC) 。2 结构及特点(1) DCS 是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合产物。从结构上划分,DCS 包含过程级、操作级和管理级。过程级关键由过程控制站、I/ O 单元和现场仪表组成,是系统控制功效关键实施部分。操作级包含:操作员站和工程师站,完成系统操作和组态。管理级关键是指工厂管理信息系统(MIS 系统) ,作为DCS 更高层次应用,目前中国应用这一系统行业较少。DCS 关键技术在于网络,从上到下是树状拓扑和并行连续链路结构,中间站联接计算机、现场仪器仪表和控制装置。PLC 从结构上分为固定式和组合式(模块式) 2 种。固定式PLC 包含CPU 板、I/ O 板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸整体。模块式PLC 包含CPU 模块、I/ O 模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块能够根据一定规则组合配置。PLC 关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言程序及辅助通讯程序,梯形图语言解释程序效率决定了PLC 性能,通讯程序决定了PLC 和外界交换信息难易。对于简单应用,通常以独立控制器方法运作,不需和外界交换信息,只需内部固化有能解释梯形图语言程序即可。(2) 在网络方面,DCS 网络是整个系统中枢神经,和利时企业MACS 系统中系统网采取是双冗余100Mbps 工业以太网,采取国际标准协议TCP/ IP。它是安全可*双冗余高速通讯网络,系统拓展性和开放性愈加好。而PLC 因为基础上全部为个体工作,在和别PLC 或上位机进行通讯时,所采取网络形式基础全部是单网结构,网络协议也常常和国际标准不符。在网络安全上,PLC 没有很好保护方法。(3) DCS 整体考虑方案。操作员站全部含有工程师站功效,站和站之间在运行方案程序下装后是一个紧密联合关系,任何站、任何功效、任何被控装置之间全部是相互连锁控制, 协调控制。DCS 能够控制和监视工艺全过程,对本身进行诊疗、维护和组态。不过,因为本身致命弱点,其I/ O 信号采取传统模拟量信号,所以,它无法在DCS 工程师站上对现场仪表(比如变送器、实施器等) 进行远方诊疗、维护和组态。当采取现场总线仪表时才能经过现场测控站对现场仪表进行诊疗和维护。原来单用PLC 相互连接组成系统,其站和站(PLC 和PLC) 之间联络是一个松散连接方法,做不出协调控制功效。现在PLC 能够采取共同上位机,使用PLC 网络(如Siemens 企业SINEC - L1、SINEC - H1、S4、S5、S6、S7等,GE 企业GENET、三菱企业MELSEC - NET、MELSEC- NET/MINI 等) 来协调控制。(4) DCS 在整个设计上留有大量可扩展性接口,外接系统或扩展系统全部十分方便,缺点是成本高,各企业产品不能交换,不能互操作,大DCS 系统是各家不一样. PLC 所搭接整个系统完成后,想随意增加或降低操作员站全部是极难实现。(5) 在安全性上,DCS 系统为确保控制设备安全可*,采取了双冗余控制单元,当关键控制单元出现故障时,全部会有相关冗余单元实时无扰动切换为工作单元,确保整个系统安全可*。PLC 所搭接系统基础没有冗余概念,更谈不上冗余控制策略。尤其是当其某个PLC单元发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换、维护并需重新编程。所以DCS 系统安全可*性更高。(6) 系统软件,对多种工艺控制方案进行更新是DCS一项最基础功效,当某个方案发生改变后,工程师只需要在工程师站上将更改过方案编译后,实施下装命令就能够了。下装过程是由系统自动完成,不影响原控制方案运行。对于PLC 组成系统来说,工作量极其庞大,首先需要确定所要编辑更新是哪个PLC ,然后要用和之对应编译器进行程序编译,最终再用专用机器(读写器)专门一对一将程序传送给这个PLC。在系统调试期间,调试时间长和调试成本高,而且极其不利于以后维护,在控制精度上相差甚远。所以在大中型控制项目中(500 点以上) ,基础不采取全部由PLC 所连接而成系统。(7) 模块DCS 系统全部I/ O 模块全部带有CPU ,能够实现对采集及输出信号品质判定和标量变换,故障带电插拔,随机更换。而PLC 模块只是简单电气转换单元,没有智能芯片,发生故障后对应单元全部瘫痪。PLC 响应速度快;DCS 响应速度慢。DCS 要作复杂运算,内存较大;PLC 通常不做复杂运算,内存小。DCS 数据库统一,能够应用工位号管理;PLC 数据库不统一,必需以地址为基础管理。冗余功效,DCS 更轻易实现。(8) DCS 和PLC 系统内核实现形式不一样。因为DCS 控制程序编译以后代码是采取程序调用运行,而PLC 程序是采取编译后对语句代码次序扫描实现。这就是为何PLC 至今对模拟量处理不如DCS 功能强大,而DCS 对开关量处理不如PLC 快速原因。至于Siemens 等企业现在推出PCS7 等一体化系统全部是在她们CPU 模块中采取双CPU 进行处理,分别完成模拟量和开关量处理,表面上看似一个系统,实际是双系统整合。3 关键制造商和产品(1) 自1975 年以来,第四代DCS 产品已推上市场,主要生产厂家及产品有美国HoneyWell 企业( TDC、TDC3000、TPS、PKS) 、Westinghous 企业(WDPF、Ovation) ,日本横河企业、日立企业、山武霍尼威尔企业,德国SIEMENS企业、Hartmann &Braun 企业、EURO 企业,瑞士ABB 企业(N90、INDUSTRIAL IT、INFI90) ;中国关键有北京安控科技发展,北京和利时(MACS、FOCS) ,浙大中自(JX300X、JX500) ,新华企业(XDPS - 400) 等。(2) PLC 在全世界有大约200 家生产厂家,关键厂家及产品有施耐德企业(Quantum、Premium、Momentum 等) ,A - B企业(SLC、MicroLogix、Control Logix 等) ,西门子企业(SIMAT2IC S7 - 400/ 300/ 200 系列) , GE 企业,日本欧姆龙、三菱、富士、松下等;中国PLC 生产厂约30 家,但没有形成颇具规模生产能力和名牌产品,还有一部分是以仿制、来件组装或”贴牌”方法生产。4 应用情况(1) 自1975 年Honeywell 企业推出第一套DCS 以后,全世界有60 余家企业生产了1500 余种产品,现在约有10 000套DCS 在运行。中国DCS 发展较晚,大约在20 世纪80 年代末才开始逐步普及。现在还处于从大型工程逐步向中、小型工程,从关键应用领域(如石化、化工、电力、冶金等行业) 逐步向全工业范围(如市政、食品、建材、环境保护、交通等)扩展阶段,市场远没有饱和。尤其在最近一段时期,将会有大量中国企业采取优异DCS 来改造传统产业,它们技术改造为DCS 提供了十分巨大市场空间。现在,中国国民经济关键领域使用DCS 系统已经十分普遍,不仅大型、中型工程项目采取,不少小型项目也开始采取。DCS 现在是步骤工业自控系统最关键产品。石化是DCS 使用比较早和普遍领域,石化领域采购DCS 金额占设备采购总金额13. 6 %。该领域几乎全部大型工程全部是采取国外系统,其中Honeywell 企业、日本横河电机株式会社处于领先地位。化工领域也是DCS 关键应用领域,大约占设备采购总金额20. 3 %。在化工领域国产DCS 已经取得较大业绩,但该领域销售额最高现在还是日本横河,其次是Honey - well、浙大中自、Emerson 和北京和利时等企业。火电站是DCS 大用户,每十二个月占DCS 市场总额34. 9 %(含核电和热电系统) 。现在除60 万千瓦机组和部分30 万千瓦新建机组外,30 万千瓦改造机组和30 万千瓦以下新建机组已经大量采取国产DCS。冶金领域伴随技术发展和该行业本身对_特殊要求,DCS 使用量正在逐步减小,被PLC 系统所替代。现在, DCS 金额大约占设备采购总金额12 % ,ABB 和Siemens 在冶金领域名列前茅。食品行业以酿酒行业使用最多,Siemens 因为和丹麦一家啤酒厂合作开发了一套专用系统,在中国市场拥有率最高,其次为Honeywell。(2) PLC 技术自二十世纪80 年代走向成熟以来,产品网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强,不再局限于逻辑控制应用,而越来越应用于过程控制方面。现在世界上有200 多个厂家生产300 多种PLC 产品,应用在汽车(23 %) 、粮食加工(16. 4 %) 、化学/制药(14. 6 %) 、金属/ 矿山(11. 5 %) 、纸浆/ 造纸(11. 3 %) 等行业。5 发展前景伴随DCS 和PLC 功效不停发展和完善,新型DCS和新型PLC ,全部有向对方*拢趋势。新型DCS 已经有很强次序控制功效;而新型PLC ,在处理闭环控制方面性能很好,而且不管在控制器方面还是网络方面全部能做到冗余。二者能组成大型网络,适用范围已经有很大交叉,技术上相互融合,并在此基础上集成了全数字化FCS(现场总线控制系统) 。FCS 系统在中国工控领域已得到广泛应用,但还没成为主流控制,而且在中国还存在部分问题,有待深入完善。所以用户对FCS 接收和认可还需要一个过程。6 结论伴随计算机技术和微电子技术快速发展,DCS 和PLC除各自保留本身原有特点外,又相互补充,形成新系统。新型DCS 和PLC 功效上已没有多大差异。如果说它们有什么区分话,就是设计原理不一样。PLC 是基于开关量控制而开发、发展起来,而DCS 起源于模拟量控制系统。PLC 优势是次序控制,DCS 优势是模拟量控制。若控制回路较多、模拟量采集量较大,尤其是在热电阻、热电偶采集量较多情况下,应选择DCS。若全部是逻辑控制,应选择PLC。介于二者之间,按投资预算决定。若投资预算比较充足,就能够决定采取DCS。因为DCS 不仅在完成模拟量控制方面比较善长,而且有多个PLC 经现场使用证实,它们热电阻输入模块和DCS 输入模块价格基础一样,从调试角度看,PLC 信号输入卡没有DCS 好用,有时在调试时还轻易损坏。