控制系统介绍new

1、PLC与PAC转       从ARC率先提出PAC这个概念以来，一股PAC的浪潮在一些自动化供应商的圈子里面涌动。从可编程逻辑控制器PLC到可编程自动控制器PAC，一个字母之差，背后到底相差的又是什么呢      从去年开始，一股PAC（Programmable?Automation?Controller）的浪潮在一些自动化供应商的圈子里面涌动。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出，“目前自动化技术领域出现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在

2、接近小型DCS和SCADA系统的功能，而同时一种新兴的技术可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始改变PLC市场格局。相比PLC，这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快的CPU速度，使PLC成为一种通用的自动化平台组件。”     同时，他们还对PAC的概念进行了详细定义：诸如在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能；具有公用对象标记和统一数据库的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个过程单元之间的过程流进行控制设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是过程行业的单元运行，都能满足其

3、生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准，能够实现不同供应商的自动化系统之间的数据交换，有利于实现多种产品的网络化集成。      但是，目前PAC还并未被大多数传统的PLC主流供应商（比如西门子、施耐德、欧姆龙等）所认可并推广。为什么会出现这样的情况？这可能是因为一些供应商在宣传PAC的时候，更多的目的是进行市场宣传，尤其是那些一直倡导并主要生产基于PC控制产品的厂家。当PLC的功能和角色在不断地发生变化时，制造商和开发者们只是简单地想以这样一种方式来概括这些变化。另外一个原因在于，PC容易发生系统崩溃。当专业的分析

4、师们正在向使用PLC的机械制造商们大谈PAC的时候，似乎没注意到很多厂级控制系统的设计人员正在更深入使用着PLC。PLC的坚固可靠性比工业PC更具有说服力，在过程控制领域中，新一代PLC控制器正受到越来越多的工程师的喜爱。就最先进的新一代PLC来说，很多产品发展到今天已经具备了上述的功能，例如罗克韦尔的ControlLogix平台，三菱的Q系列PLC。不难预见，在不远的将来，无论是PLC、DCS、PC-BASED还是PAC，产品的功能大同小异，只是侧重点不同，叫法各异而已。          &

5、#160;透过PAC的概念，我们也将发现，开放和集成已经是自动化产品和系统发展中不可阻挡的趋势。PAC强调在一种平台上实现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种控制，强调公用对象标记和统一数据库，强调网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准以有利于实现多种产品的网络化集成，这都是反映了包括PLC在内的各种控制手段本身的融合与发展。      从长远来看，如今客户的需求日益繁杂，市场所能提供的产品也越来越多。现在用户的生产系统变得日益庞杂，集成无疑已经成为整合生产体系、提高效率及工厂信息化的重要途径。当前的自动化产品和系统，不但

6、应该具有良好的内部集成能力，更应该具有良好的向第三方开放的集成能力，只有这样的体系结构才能帮助最终用户的设备运行至更高的水平。因此，我们不得不说，“将集成进行到底！”  既然DCS和SCADA是概念？其实应该理解为一种体系结构。PLC、DCS是由早期不同的产品形态和应用场合逐步完善演化而来。可以说PLC有制造业的继电器演化发展而来。DCS是由过程控制的仪表发展演化而来。各自产品有其自己的使用场合和特点，随着技术的进步、行业的相互渗透和竞争的激烈。PLC和DCS这两种产品都在发展自己优势的同时向对方的渗透。应该知道PLC的逻辑控制功能很强大，而回路控制则是不值一提的可以看一看

7、型号稍微老一点的PLC，而DCS系统正好相反。这是由于两种系统的内部处理机制的不同。看看现在呢？老牌的PLC厂商均涉及DCS应用领域如西门子、罗克威尔，其系统不过是PLC加网络加软件加增强的控制器。DCS厂商如霍尼维尔等其系统也融入了PLC，以增强其逻辑控制功能。要注意一点PLC是一种控制器；DCS是一种体系结构是由控制器+IO采集+网络+软件等组成的系统。SCADA系统是另一个概念，有另一种应用需求所呈现的系统。顾名思义它是：分布式的数据采集监控系统，它的由来和应用的产生于前两者不同，它的主要是用于数据采集，如电力的监控系统、输油管线的监控系统，它的特点是控制点分散，一个系统可能覆盖方圆数千

8、功能如北美的油气管道监控系统；通信结构复杂，不是一般控制系统所能比拟的从光纤到无线甚至卫星通讯。它的基本单元的RTU。我发现两个问题：1、要给一个系统定义一个框架；2、用原始的系统定义来解释和教育现在的学生看看我们的教科书要知道产品是不断发展的，不同的产品之间有竞争，就是要不断的在发挥自己优势的同时学习别人的长处，这就是整合。SCADA的重点是在监视、控制，可以实现部分逻辑功能，基本用于上位；PLC单纯的实现逻辑功能和控制，不提供人机界面，实现操作需借助与按钮指示灯、HMI以及SCADA系统；DCS兼具二者功能，但是基本上用在比较大的系统中和一些控制要求高的系统中，价格上也要昂贵一些；三者互相

9、渗透，在一些生产企业会包含3中系统，SCADA作为生产管理级上位监控，DCS实现复杂控制，而PLC实现单机及简单控制。但是随着技术的发展有一些厂家的PLC也可以实现很复杂精确的控制，渐渐占领了DCS的市场简单的说,PLC+SCADA=DCS,就我理解来讲,它们之间在控制功能上能够实现交叉,也是在本系统控制基础上,去开发另一方的优点为己所用.PLC与DCS无法比较，PLC是控制器，是孤立的产品，而DCS是系统。但PLC可以与DCS的控制站比较，PLC的循环周期在10毫秒左右，而DCS控制站在500毫秒左右，PLC的开放性更好，作为产品其独立工作的能力更强。     OMRON

10、公司 陆斌DCS是一个系统包括上位软件、网络与控制器，而PLC只是一个控制器，要构成系统还需要上位SCADA系统和与之相连的网络。对PID回路控制，现在三菱的过程控制器也可以实现象SAMA组态一样的FBD编程；DCS系统更大，控制的回路数目更多，有比较多的控制和算法，可以完成比较复杂的回路间的控制。硬件可靠性差不多。DCS可以做到I/O的冗余，PLC则不可以。相对而言，PLC构成的系统成本更低。     三菱电机自动化精密控制部经理宋葭晖DCS是一种“分散式控制系统”，硬件上包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系他们的网络系统；DCS软件上是一个整体方案，

11、解决的是一个系统的所有技术问题，系统各部分之间结合严密。PLC是一个装置，硬件上等同于DCS中的现场控制器；软件上是一个局部方案，站与站之间组织松散。     贝加莱负责APROL产品应用开发的技术经理陈志平分析DCS与PLC的区别，最关键的是两点，一是DCS是分布式控制，拥有全局数据库；二是PLC是顺序扫描机制，DCS是以时间为基准的控制。我们的系统符合第一点，例如一个I/O标签的修改，在HMI也可以同步体现。     罗克韦尔自动化过程市场产品经理 王广野DCS系统采用一个统一的开发环境，工程师站（过程管理层）用于现场控制站的组态，控制算法的开发以及

12、流程图画面的开发。采用一个统一数据库！而PLC用于过程控制需要不同的开发环境，首先要对PLC(相当于DCS的现场控制站层)进行逻辑开发，建立相应的数据库，然后再通过相应的上位机软件，例如GE Fanuc 的Proficy HMI/SCADA - iFIX 或CIMPLICITY Plant Edition软件，建立与PLC相对应的数据库，然后进行流程图画面的开发。DCS开发控制算法采用仪表技术人员熟悉的风格，仪表人员很容易将P&I图转化成DCS提供的控制算法，而PLC采用梯形图逻辑来实现过程控制，对于仪表人员来说相对困难。尤其是复杂回路的算法，不如DCS实现起来方便。DCS系统通常提供

13、完整的系统给用户，包括机柜，电源，工程师站，操作员站，用户只需在现场简单的安装。而PLC则需要系统集成。DCS实现顺序连锁功能相对于PLC来讲是弱势，且逻辑执行速度不如PLC, 也不如PLC编程方便。DCS的现场控制站层通常采用集中式控制，尽管支持远程分布式I/O, 但由于成本原因， 很少采用。而PLC基于现场总线的远程分布式I/O更灵活易用，能有效的节省接线成本。     GE Fanuc全球自动化解决方案中国区总经理贲志刚DCS与PLC在硬件平台基本一致，差异在软件与数据平台上。PLC比较开放，不同厂商的产品互联性好。西门子的PCS7与PLC的开发是独立进行的，虽然采用

14、了PLC的硬件平台，但在系统构架、编程组态方式等都不一样.DCS 与PLC 都是应用于自控领域的控制系统。随着工业生产的快速发展,工业自动化程度越来越高,对自动控制系统的可靠性、可操作性的要求越来越高。有许多人在选择控制系统时对选择DCS 还是PLC ,哪一种更适合自己的需求很难决定。文章针对这种情况,对DCS 与PLC 系统的发展、基本结构、配置、应用等进行比较和分析,希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

15、”4C”技术(Computer Control Communication CRT) 在20 世纪70 年代中期出现的新型工业控制系统。采用分布式的计算机系统结构,目的是为了减少风险,提高系统可靠性。它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解,再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。1975 年Honey2well 公司推出了第一套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

16、一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下使用而设计的。工业生产过程中,大量的开关量的顺序控制,按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集,这些功能传统上是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国GM(通用汽车) 公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的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

17、、控制技术和网络技术高度结合的产物。从结构上划分,DCS 包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/ O 单元和现场仪表组成,是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括:操作员站和工程师站,完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统(MIS 系统) ,作为DCS 更高层次的应用,目前国内应用这一系统的行业较少。DCS 的关键技术在于网络,从上到下是树状拓扑和并行连续的链路结构,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

18、定式PLC 包括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的整体。模块式PLC 包括CPU 模块、I/ O 模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC 的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序,梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC 的性能,通讯程序决定了PLC 与外界交换信息的难易。对于简单的应用,通常以独立控制器的方式运作,不需与外界交换信息,只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。(2

19、) 在网络方面,DCS 网络是整个系统的中枢神经,和利时公司的MACS 系统中的系统网采用的是双冗余的100Mbps 的工业以太网,采用国际标准协议TCP/ IP。它是安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性更好。而PLC 因为基本上都为个体工作,在与别的PLC 或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构,网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上,PLC 没有很好的保护措施。(3) DCS 整体考虑方案。操作员站都具备工程师站的功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密

20、联合的关系,任何站、任何功能、任何被控装置之间都是相互连锁控制, 协调控制的。DCS 可以控制和监视工艺全过程,对自身进行诊断、维护和组态。但是,由于自身的致命弱点,其I/ O 信号采用传统的模拟量信号,因此,它无法在DCS 工程师站上对现场仪表(比如变送器、执行器等) 进行远方诊断、维护和组态。当采用现场总线仪表时才能通过现场测控站对现场仪表进行诊断和维护。原来单用PLC 互相连接构成的系统,其站与站(PLC 与PLC) 之间的联系是一种松散的连接方式,做不出协调控制的功能。现在的PLC 可以

21、采用共同的上位机,使用PLC 网络(如Siemens 公司的SINEC - L1、SINEC - H1、S4、S5、S6、S7等,GE 公司的GENET、三菱公司的MELSEC - NET、MELSEC- NET/MINI 等) 来协调控制。(4) DCS 在整个设计上留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便,缺点是成本高,各公司产品不能互换,不能互操作,大DCS 系统是各家不同的. PLC 所搭接的整个系统完成后

22、,想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。(5) 在安全性上,DCS 系统为保证控制设备的安全可靠,采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故障时,都会有相关的冗余单元实时无扰动的切换为工作单元,保证整个系统的安全可靠。PLC 所搭接的系统基本没有冗余的概念,更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个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 系统安全可靠性更高。(6) 系统软件,对各种工艺控制方案进行更新是DCS的一项最基本的功能,当某个方案发生变化后,工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后,

23、执行下装命令就可以了。下装过程是由系统自动完成的,不影响原控制方案运行。对于PLC 构成的系统来说,工作量极其庞大,首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC ,然后要用与之对应的编译器进行程序编译,最后再用专用的机器(读写器)专门一对一的将程序传送给这个PLC。在系统调试期间,调试时间长和调试成本高,而且极其不利于日后的维护,在控制精度上相差甚远。因此在大中型控制项目中(500 点以上) ,基本不采用全部由PLC 所连接而成的系统。(7) 模块DCS 系统所有I/ O 模块都带有CPU ,可以实现

24、对采集及输出信号品质的判断与标量变换,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,发生故障后相应单元全部瘫痪。PLC 响应速度快;DCS 响应速度慢。DCS 要作复杂的运算,内存较大;PLC 一般不做复杂运算,内存小。DCS 的数据库统一,可以应用工位号管理;PLC 的数据库不统一,必须以地址为基础管理。冗余功能,DCS 更容易实现。(8) DCS 与PLC 的系统内核的实现形式不同。因为DCS 的控制程序编译以后的代码是采用程序调用运行的,而P

25、LC 的程序是采用编译后对语句代码的顺序扫描实现的。这就是为什么PLC 至今对模拟量的处理不如DCS 功能强大,而DCS 对开关量的处理不如PLC 快速的原因。至于Siemens 等公司现在推出的PCS7 等一体化系统都是在他们的CPU 模块中采用双CPU 进行处理,分别完成模拟量和开关量的处理,表面上看似一个系统,实际是双系统的整合。3 主要制造商和产品(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的HoneyWell 

26、;公司( TDC2000、TDC3000、TPS、PKS) 、Westinghous 公司(WDPF、Ovation) ,日本的横河公司、日立公司、山武霍尼威尔公司,德国SIEMENS公司、Hartmann &Braun 公司、EURO 公司,瑞士的ABB 公司(N90、INDUSTRIAL IT、INFI90) 国内主要有北京安控科技发展有限公司,北京和利时有限公司(MACS、FOCS) ,浙大中自(JX300X、JX500) ,新华公司(XDPS -&#

27、160;400) 等。(2) PLC 在全世界有大约200 家生产厂家,主要厂家及产品有施耐德公司(Quantum、Premium、Momentum 等) ,A - B公司(SLC、MicroLogix、Control Logix 等) ,西门子公司(SIMAT2IC S7 - 400/ 300/ 200 系列) , GE 公司,日本欧姆龙、三菱、富士、松下等;国内PLC 生产厂约30&

28、#160;家,但没有形成颇具规模的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”方式生产。4 应用状况(1) 自1975 年Honeywell 公司推出第一套DCS 以后,全世界有60 余家公司生产了1500 余种产品,目前约有10 000套DCS 在运行。我国DCS 发展较晚,大约在20 世纪80 年代末才开始逐渐普及。目前还处在从大型工程逐步向中、小型工程,从主要应用领域(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、环保、

29、交通等)扩展阶段,市场远没有饱和。特别在最近一段时期,将会有大量的国内企业采用先进的DCS 来改造传统产业,它们的技术改造为DCS 提供了十分巨大的市场空间。目前,我国国民经济的主要领域使用DCS 系统已经十分普遍,不但大型、中型工程项目采用,不少小型项目也开始采用。DCS 现在是流程工业自控系统最主要的产品。石化是DCS 使用比较早和普遍的领域,石化领域采购DCS 的金额占设备采购总金额的13. 6 %。该领域几乎全部大型工程都是采用国外系统,其中Honeywell 公司、日本横河电机株式会社处于领先地

30、位。化工领域也是DCS 的主要应用领域,大约占设备采购总金额的20. 3 %。在化工领域国产DCS 已经取得较大的业绩,但该领域销售额最高的目前还是日本横河,其次是Honey - well、浙大中自、Emerson 以及北京和利时等公司。火电站是DCS 的大用户,每年占DCS 市场总额的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 万千瓦以下的新建机组已经大量采用国产DCS。冶金领域随着技术的发展以及该行业自身对_的特殊要求,DCS 的使用量正在逐步减小,被PLC 系统所替代。目前, DCS 的金额大约占设备采购总金额的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 由于与丹麦一家啤酒厂合作开发了一套专用系统,在中国市场占有率最高,其次为Honeywell。(2) PLC 技术自二十