中文PLC、工业PC与DCS的特点与趋势

1、外文翻译资料PLG工业PC与DCS的特点与趋势目前，广泛应用于工业自动化系统的 3大件是工业PC DCS和PLG在此， 对于他们的经济技术水平和发展趋势进行叙述。一、可编程序控制器的特点及应用1. PLC的应用早期的可编程序控制器(Programmable Logic Controller ， PLC)，主要用来 代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发 展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融 为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点， 以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到

2、了广泛的应用。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期 的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微 处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的 开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软 件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑 运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市

3、场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。 而且，为了进 一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了 PLC软、硬件功能。2. PLC的特点在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信 息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规 模约50亿美元5。随着电子技术和计算机技术的发展，PLC的功能得到大大的 增强，具有以下特点：(1) 可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它 特殊的周期循环扫描工作方式。(2) 具有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，

4、有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人 机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。(3) 采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU电源、I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根 据用户的需要自行组合。(4) 编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形 式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术 人员所理解和掌握。(5) 安装简单，维修方便。PL

5、C不需要专门的机房，可以在各种工业环境下 直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置， 便于用户了解运行情况和查找 故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块 的方法，使系统迅速恢复运行。二、工业PC1. 工业PC的工业控制应用工业PC具有广泛软硬件支持特性，品种丰富多样，能充分利用优良图形用 户界面功能，对工业用户有巨大吸引力。但早期PC不适合工业自动化过程控制应用，通过加固改装如增加保护机壳、 采取减振降温等措施，满足工业环境应用 的一些要求是其初期发展的特点。 近年来，随着芯片集成度的进一步提高，功能 增加，制板工艺、元器件封装和表面安装技术的改进，及标准工业

6、总线、标准操 作系统和图形用户界面软件的发展，工业PC的发展和应用进入鼎盛时期，整机硬件可靠性提高，系统软件不断完善，应用软件极大丰富，深入工业自动化控制 行业各个领域。据不完全统计，工业 PC在工业自动化中的使用率占全部工业控 制计算机的65%且每年以21%勺增长速度继续扩大。制造业购买的工业PC按金 额计算占整个PC市场10加右。在工业自动化过程控制系统行业应用于工业管 理的占44.1%,应用于操作员控制台的占36.4%,应用于质量管理的占18.8%, 应用于监视和控制、工程师控制台、数据采集系统的分别占总数的18.2%、12.6% 和 11.1%。工业PC的一个显著特点是可独立组态，也可

7、与 DCS PLC CNCffi其他计算 机连成网络。目前，几乎所有DCS PLC生产制造商都采用工业PC编制控制系统 程序，越来越多控制系统公司采用工业PC作为操作员界面工作站。由工业 PC所组成的计算机控制系统在工业自动化过程控制领域发挥了十分重要的作用，已出色地用于工厂和车间级过程控制、数据采集、批量处理、质量管理、机床自动 化以及优化和专家控制等任务。2. 工业PC的主要特点(1) 工业标准的应用为了使不同厂家生产的计算机能相互连接，也为充分利用市场上多种多样 PC元件和模块所提供的功能，工业PC采用了标准接口，它不仅需采用IEEE、DIN 和ISO等标准，还需采用 AT(ISA)、E

8、ISA及STD VME Multibus U等总线标准。 现在工业PC已广泛采用了 PCI、PCMCIA、线标准，这两种标准总线对于提高工 业PC性能和速度有极大推动作用。(2) 采取必要的保护措施必须根据控制应用的环境条件对工业 PC采取各种保护性措施，使之适合于 从工程管理部门到现场操作控制的应用。工业PC必须要能耐受条件恶劣的现场生产环境，必须具备良好的散热、通风、防水、防尘、抗干扰、抗腐蚀、防冲击、 抗振动等一系列保护性特点。(3) 采用工业操作系统MS-DOS因内存不足，无法支持多任务，缺乏实时性功能，连网能力差等缺 点，目前已基本不采用了。随着计算机主芯片的飞速发展，更高性能和更高

9、速度 的工业PC层出不穷。另外，现在几乎所有软件开发公司都已将开放重点转移到 OS/2、Windows和Unix等操作系统上。尤其是适合于工业自动化过程控制系统 实时多任务操作应用的 WindowsNT/2000已经普遍成为工业PC的主流操作系统。(4) 与自动化设备和系统的通信工业PC须能与各种自动化设备和系统进行有效通信，如与PLG DCS数据采集系统以及上一级管理计算机的通信。随着新技术的不断发展，由于系统开放 和系统集成技术的发展需要，工业 PC的这些通信功能将会越来越显示出其重要 作用。标准通信网络的发展使工业PC的应用更开放，并能使它对小型计算机构成 更大威胁。以MAP协议为基础的

10、Ethernet通信网络允许各种计算机系统间直接 相互通信。在不同级别自动化网络系统间相互通信时， 则需单独处理各通信信道。 监控级工业PC则需从下级系统采集数据信息，并传送到上一级计算机。(5) 安全操作特性除了对工业PC采取各种保护性措施以外，还需要对工业PC的操作状态进行 监视，监视计算机的运行及其软件系统，检查具体程序在预定周期内的执行情况。 计算机应能监视电源电压，并在故障或偏差过大时发出报警信号。3. 工业PC的现状及发展趋势工业PC现在具有各种各样的性能和功能，低档工业PC与 CRT操作终端相当， 高档工业PC可与工作站相当。因此，高档工业PC与低档工作站的价格和性能重 叠，差别

11、正在消失，工业PC与工作站之间的界限越来越模糊。工业PC工作站是工业自动化过程控制系统应用的优良选择，标准通信网络 和图形化操作系统的采用使得工业 PC与其他设备能有效地进行通信。随着 32 位和64位计算机芯片的出现和使用，将会进一步提高工业PCX作站的功能和性 能，今后还会向更高方向发展。软件是工业PC在工业自动化过程控制系统中应用的关键。硬件性能的提高 和价格的下降，以及标准化和功效更强、更好图形化操作系统的采用是促进工业 PC软件发展的重要因素。当前，工业 PC软件发展迅速，市场上已有数千家独立 软件开发公司能供应在工业PC上运行的工业过程控制组态软件包，以满足急速 增长的工业用户需要

12、。工业 PC上应用的工业过程控制组态软件包大多运行在 OS/2、Windows和UNIX等标准操作系统上。工业过程控制应用软件大批量涌现， 软件开发公司提供了大量可在工业 PC之上运行，用于PLG DCS等工业自动化控 制系统的组态工具和图形化人机界面软件。许多PLC DCS生产制造商开发的组态工具软件已成为其自动化控制系统的重要组成部分。他们采用工业PC代替专用工作站，用于建立实时数据库、控制回路、图形画面显示、报警记录、实时和 历史数据趋势记录以及过程控制仿真等任务。现在，各种用于过程监视与控制、 单元控制、工厂数据采集、过程优化控制、过程控制仿真、统计式质量控制(SQC)、 统计式过程控

13、制(SPC)以及专家系统控制的专用工业自动化控制软件包都有了巨 大发展。IBM公司DAE等应用平台软件的出现和应用，为应用软件开发提供了统 一工具。应用平台功能可从工业 PC机间的数据交换到工厂范围内多个系统的协 调，其标准数据接口允许计算机、控制设备和网络间互换数据信息， 这些为集成 信息管理与控制系统提供了极大方便。随着标准图形化操作系统的不断完善和发展， 以及工业自动化过程控制软件 包的极大丰富，工业PC的应用必将日益旺盛。三、DCSDCS!诞生以来，经过几十年的不断改进、发展和更新换代，已相当成熟。 与初期相比，其系统规模、控制功能等各方面都有了巨大发展变化，在可靠性、 灵活性、适应性

14、、扩展性、性价比等综合技术指标方面都有了很大提高和改善。 目前已广泛应用于石化、制药、能源、化工、造纸、炼油、冶金及食品饮料等工 业，并已取得极为显著的经济和社会效益。据统计，生产装置由模拟控制仪表改为DC9所取得的经济效益可占整体效益的 60% DCS投资回收期平均为一两年， 采用高级控制策略后可使投资回收期缩短 0.51年。当今DCS正在融入各种先 进控制技术与设备，并全面向集成化信息管理与自动化过程控制系统，即CIMS方向发展。1. 发展历程从1975年以来，DCS大致经历了 19751980年的第一代，19801985年的 第二代，以及1985年以后的第三代3个发展阶段。许多生产厂家的

15、 DCS采取阶 段性发展策略，通过对早期系统不断发展和改进，进而推出具有各种新特点的新 系统，新系统与原设备均相兼容。早期DCS存储容量小，功能较简单。系统主要包括过程控制单元、过程接口 单元、CRT操作站、监控计算机和数据公路等 5部分。其特点是采用微处理器实 现分散控制，CRT操作站与过程控制单元分离，进行集中显示操作和远程控制组 态。Honeywell公司TDC-2000是第一代DCS勺代表性产品。第二代DCS主要由局部网络、多功能控制器、主计算机、增强型操作站、多 功能操作站、网间连接器、系统管理模件等组成。其特点是实现了更彻底的分散 控制，接线数量减少，抗干扰性能增强，硬件标准化程度

16、提高，通用性强，功能 更全面。不仅增强了控制功能，且加强了全系统信息管理，引入了局部网络和光 纤通信技术。这一时期的代表性产品包括 Honeywell公司TDC-3000和西屋公司 WDP等系统。新一代DCS最重要的特点是把过程控制、监视、管理调度有机结合起来，通 过采用开放系统和标准通信网络如 MAP Ethernet及现场总线等，解决了不同生 产厂家设备间的互连问题。其间的系统具有若干新的发展特点，采用了32或64位微处理器和功能强大的工作站，增强了顺序控制、批量控制能力，系统能容纳 工业PC和PLC软件极大丰富，采用了标准图形化操作系统平台，统一了用户 界面；引入了专家系统、自适应过程控

17、制等高级控制功能。其代表性产品包括 Foxbor公司I/A系列智能化控制系统、ABB-贝禾U INFI90、ABB公司Freelanee 2000、RTP公司 RTP2000/2200 HCS混合型控制系统)、横河 XL和 mXL Honeywell 公司TDC-3000 LCN/VCN-PM以及西门子PCS 7等系统。2. 新特点和新发展(1) 全开放系统使DCS向 CIMS方向发展随着标准通信网络和现场总线技术的发展，采用多级通信网络的DCS 正逐步 实现全面开放。新系统都采用ISO开放系统互连模型，通信协议满足MAP/TOP或IEEE标准要求。在主干网络一层，广泛采用 MAP 3.0协议

18、或ISO/OSI模型； 中间层多采用 Mini MAP、IEEE 802.3、Ethernet或Proway；最低层现场设备则 采用现场总线或变送器总线进行连接。开放系统改变了以往DCS生产厂家自成一 体的封闭局面，并使得自动化工业用户在应用软硬件方面有更大选择余地。新一代DCS正在向多级多区域化方向发展。它以多级通信网络为工具，把整 个工厂或企业的生产信息管理和控制相互结合起来，在工厂最低层采用数字方式 把现场设备集成到DCS之中，在高层解决局部网络及各类管理计算机的互连，从 而实现最优调度、决策，以及生产过程总体优化。这就符合利用计算机对生产计 划、产品开发、生产过程及有关物质流和信息流进

19、行综合管理CIMS系统的发展要求。利用DCS开放系统逐步向CIMS方向推进，是综合自动化控制系统实现集 成的一种基本方法。(2) 工作站和图形用户界面强化了操作站功能工作站(包括工业PC工作站)和图形用户界面的采用，使得 DCS操作站面貌 一新。许多DCS生产厂家更多地将DEC SUN及阿波罗等公司的Unix工作站用于 操作员界面任务及其某些控制任务，并相应采用了 Motif、Penlook、X窗口、OS/2、 Win dows等图形用户界面。工作站价格合算、效率高，并提供了对用户友好的操 作员界面设备。高功能工作站和高分辨率图形设备的采用，使得操作站处理的信 息量更大，信息处理质量更高，并能

20、利用鼠标器、触摸屏、转球式光标以及其他 一些人机工程技术。(3) 采用32或64位处理器提高硬件性能32或64位微机的发展和使用，是计算机技术发展的里程碑，对DCS硬件性能的提高具有重大影响。目前，大多数 DCS已经用32或64位微机取代了原16 位机，因此，相应的过程控制站和操作员站功能升级。采用In tel 86 系列处理器的扩展型PC生产厂家现在主要采用Pentium处理器处理操作员界面任务；而 采用M68系列的生产厂家则越来越多地采用了 68020、68030以上的处理器。大 多数工作站处理器的性能达到了 550M指令/s。DCS过程控制器采用32位以上 处理器后，各项性能均比以前提高 2倍以上，总线内通信速度提高了 3倍以上， 网络数据信息传输速度达到10、100、1000Mb/s，通信距离可达20km I/O点数 可达20000以上，而同等规模系统却比以前便宜了 3040%(4) 增强批处理能力早期DCS主要用于连续过程控制，现在DCS批量处理功能不断增强，并越来 越显示出其重要性。DCS采用菜单操作和填空方式进行系统组态及其图形显示等 特点都适合批量处理应用。绝大多数DCS新产品都能用同一控制器实现连续和批 量过程控制。DCS软件库中逻辑运算、布尔函数等功能的增加，增强了系统顺序 控制和批量控制能力。如 ABB-贝利INFI 90系统采用的批量处理