DCS与PLC控制新版系统的特点分析

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①集散控制系统DCS(DistributedControlSystem)是基于”4C”技术(ComputerControlCommunicationCRT)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。②可编程控制器PLC(ProgrammableLogicController)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ProgrammableController(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。①PLC响应速度快;DCS响应速度慢。②DCS要作复杂运算,内存较大;PLC通常不做复杂运算,内存小。③DCS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。④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、INDUSTRIALIT、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、ControlLogix等),西门子企业(SIMAT2ICS7-400/300/200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10000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