PLC型DCS控制系统

PLC型DCS控制系统（共7篇）

PLC型DCS控制系统 篇1

前言

分散控制系统英文编写为DCS, 它是计算机技术和自动化技术发展的结果。容量不断增大, 参数不断提高, 为DCS应用创造了广阔天地;随着DCS系统的广泛使用, 为设备安全经济运行提供了有力保障。控制方式综合地反映自动化水平的高低, 它具有通用性强, 系统组态灵活, 控制功能完善数据处理方便, 显示操作集中, 人机界面友好, 安装简单规范化, 调试方便, 运行可靠的特点, 随着我国电力行业的发展DCS已成为普遍的设备, 无论是大小, 应用越来越广泛。PLC只是一种 (可编程控制器) 控制“装置”, 两者是“系统”与“装置”而且只具备单元功能。现就在应用方面经验进行控制区别阐述。

1 DCS是一种“分散式控制系统”, 而PLC只是一种 (可编程控制器) 控制“装置”, 两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调, PLC装置只实现本单元所具备的功能.

2 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, 采用的国际标准协议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, 其在与别的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。我们采用电源, CPU, 网络双冗余。

3 DCS整体考虑方案, 操作员站都具备工程师站功能, 站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系, 任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统, 其站与站 (PLC与PLC) 之间的联系则是一种松散连接方式, 是做不出协调控制的功能。

4 DCS在整个设计上就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, PLC所搭接的整个系统完成后, 想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

5 DCS安全性:为保证DCS控制的设备的安全可靠, DCS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, 就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系统要比其安全可靠性上高一个等级。

6 系统软件, 对各种工艺控制方案更新是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, 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。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于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, 大量增加调试时间和调试成本, 而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中 (500点以上) , 基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

7 模块:DCS系统所有I/O模块都带有CPU, 可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换, 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, 故障后相应单元全部瘫痪。

8 现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多, DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能, 同时对运算和模拟量的处量比较拿手。

结束语

PLC还分大、中、小、微PLC, 其中微型的只卖几百块到2000块, 点数也好少, 大型的可以带数千点, 运算能力与DCS差不多, 但对多机联网功能较弱。

现在两个技术平台都差不多, 只是重点不一样。

摘要：简述DCS、PLC在不同控制系统方面的应用和区别。

关键词：DCS分散式控制系统,PLC.可编程控制器,区别

PLC型DCS控制系统 篇2

关键词：可编程序控制器 (PLC) ,分散控制系统 (DCS)

引言

伴随着工业自动化技术的不断发展, 具有更强安全性、可扩展性的集散控制 (DCS) 的思想越来越广泛地被广大自动化工程技术人员所青睐, 并正在逐渐被应用于新建、扩建和改建项目中, 而在中小规模项目中用PC+PLC构成DCS的思想中正在被越来越多的人认可。

1 PLC、DCS控制系统的基本特点

目前, 在煤炭、热力行业中, 有两大控制系统, 即PLC和DCS。它们各自的基本特点如下:

(1) PLC

从开关量控制发展到顺序控制、运送处理, 是从下往上的;连续PID控制等多功能, PID在中断站中;可用一台PC机为主站, 多台同型PLC为从站;也可一台PLC为主站, 多台同型PLC为从站, 构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时, 不必知道通信协议, 只要按说明书格式写就行;PLC网格既可作为独立DCS/TDCS, 也可作为DCS/TDCS的子系统;大系统同DCS/TDCS, 如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300;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;主要用于工业过程中的顺序控制, 新型PLC也兼有闭环控制功能;制造商:GOULD (美) 、AB (美) 、GE (美) 、OM-RON (日) 、MITSUBISHI (日) 、Siemens (德) 等。

(2) DCS

分散控制系统DCS是集4C (Communication, Computer, Control、CRT) 技术于一身的监控技术;从上到下的树状拓扑大系统, 其中通信 (Communication) 是关键;PID在中断站中, 中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置;是树状拓扑和并行连续的链路结构, 也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表;模拟信号, A/D-D/A、带微处理器的混合;一台仪表一对线接到I/O, 由控制站挂到局域网LAN;DCS是控制 (工程师站) 、操作 (操作员站) 、现场仪表 (现场测控站) 的3级结构;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;用于大规模的连续过程控制, 如石化等;制造商:Bailey (美) 、Westinghous (美) 、HITACH (日) 、LEEDS&NORTHRMP (美) 、SIEMENS (德) 、Foxboro (美) 、ABB (瑞士) 、Hartmann&Braun (德) 、Yokogawa (日) 、Honewell (美国) 、Taylor (美) 等。

从PLC与DCS的特点中我们应该认识到, PLC与DCS发展到今天, 事实上都在向彼此靠拢, 严格的说, 现在的PLC与DCS已经不能一刀切开, 很多时候之间的概念已经模糊了。

2 DCS控制系统与PLC控制区别

DCS是一种“分散式控制系统”, 而PLC只是一种 (可编程控制器) 控制“装置”, 两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调, PLC装置只实现本单元所具备的功能.

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, 采用的国际标准协议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, 其在与别的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。我们采用电源, CPU, 网络双冗余.

DCS整体考虑方案, 操作员站都具备工程师站功能, 站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系, 任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统, 其站与站 (PLC与PLC) 之间的联系则是一种松散连接方式, 是做不出协调控制的功能。

DCS在整个设计上就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, PLC所搭接的整个系统完成后, 想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

DCS安全性:为保证DCS控制的设备的安全可靠, DCS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, 就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系统要比其安全可靠性上高一个等级。

系统软件, 对各种工艺控制方案更新是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, 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。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于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, 大量增加调试时间和调试成本, 而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中 (500点以上) , 基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

模块:DCS系统所有I/O模块都带有CPU, 可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换, 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, 故障后相应单元全部瘫痪。

现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多, DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能, 同时对运算和模拟量的处量比较拿手。

PLC还分大、中、小、微PLC, 其中微型的点数很少, 大型的可以带数千点, 运算能力与DCS差不多, 但对多机联网功能较弱。

3 PLC、DCS的渊源及发展方向

DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此, DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制, 比如我们使用的YOKOGAWA CS3000DCS系统甚至没有PID数量的限制 (PID, 比例微分积分算法, 是调节阀、变频器闭环控制的标准算法, 通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量) 。PLC从传统的继电器回路发展而来, 最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力, 因此, PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。

小型化的PLC将向更专业化的使用角度发展, 比如功能更加有针对性、对应用的环境更有针对性等等。大型的PLC与DCS的界线逐步淡化, 直至完全融和。DCS将向FCS的方向继续发展。FCS的核心除了控制系统更加分散化以外, 特别重要的是仪表。FCS在国外的应用已经发展到仪表级。控制系统需要处理的只是信号采集和提供人机界面以及逻辑控制, 整个模拟量的控制分散到现场仪表, 仪表与控制系统之间无需传统电缆连接, 使用现场总线连接整个仪表系统。

结束语

我们似乎没有必要做更多的争论与比较, 一定要强调谁比谁强。正如目前的DCS与新型的PLC, 由于多年的开发研究, 在各自保留自身原有的特点外, 又相互补充, 形成新的系统, 现在的DCS已不是当初的DCS, 同样如此, 新型的PLC也不是开发初期的PLC。在很多领域两者可以共存, 互相弥补对方的不足, 形似PC+PLC构成DCS系统的实用工程将会越来越多。

参考文献

[1]周明.现场总线控制系统, 中国电力出版社, 2002年3月.

PLC型DCS控制系统 篇3

现场总线控制系统 (FCS) 是随着控制、计算机、网络、通信和信息集成技术的发展而产生的。根据国际电工委员会标准和现场总线基金会的定义:现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线是用于过程自动化和制造自动化最低层的现场仪表或现场设备互连的通信网络。它把通信线一直延伸到生产现场或生产设备, 在生产现场直接构成现场通信网络, 是现场通信网络与控制系统的集成。

2 分布式控制系统

分布式控制系统 (DCS) 也称集散控制系统。DCS综合了计算机技术、控制技术、CRT显示技术、通信技术即4C技术, 集中了连续控制、批量控制、逻辑顺序控制、数据采集等功能。DCS采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则。DCS的体系结构通常分为三级。第一级为分散过程控制级;第二级为集中操作监控级;第三级为综合信息管理级。各级之间由通信网络连接, 级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。

3 PLC控制系统

可编程序控制器系统 (PLC) 是一种以逻辑控制为主、连续控制为辅的控制系统。它用可编程序的存储器来存储用户的指令, 通过数字或模拟的输入输出完成确定的逻辑顺序、定时、计数和运算等功能近年来PLC几乎都采用微处理器作为主控制器, 且采用大规模集成电路作为存储器及I/O接口, 因而其可靠性、功能、价格、体积等都比较成熟和完美。由于智能的I/O模块的成功开发, 使PLC除了具有逻辑运算、逻辑判断等功能外, 还具有数据处理、故障自诊断、PID运算及网络等功能, 从而扩大了PLC应用范围。

4 FCS、DCS、PLC控制系统的比较:

FCS可以说是第五代过程控制系统, 是由PLC (Programmable Controller) 或DCS (Distributed Control System) 发展而来的。FCS与PLC及DCS之间有千丝万缕的联系, 又存在着本质的差异。

4.1 FCS的核心是总线协议, 基础是数字化智能现场设备, 本质是信息处理现场话。FCS的要点

(1) 它可以在本质安全、危险区域、易变过程等过程控制系统中使用, 也可以用于机械制造业、楼宇控制系统中, 应用非常广泛; (2) 现场设备高度智能化; (3) 一条总线连接所有设备; (4) 系统通信是互联的、双向的、开放的, 系统是多变量, 多节点、串行的数字系统; (5) 控制系统功能彻底分散。

4.2 DCS的核心是通信, 即数据公路。DCS的基本要点

(1) 从上到下的树状大系统, 其中通信是关键; (2) 控制站连接计算机与现场仪表、控制装置等设备; (3) 整个系统为树状拓扑和并行连线的链路结构, 从控制站到现场设备之间有大量的信号电缆; (4) 信号系统为模拟信号、数字信号的混合; (5) 设备信号到I/O板一对一物理连接, 然后由控制站挂接到局域网LAN; (6) 可以做成很完善的冗余系统; (7) DCS是控制 (工程师站) 、操作 (操作员站) 、现场仪表 (现场测控站) 的三级结构。

4.3 PLC最初是为了取代传统的继电器控制系统而开发的, 所以最适合在以开关量为主的系统中使用

由于计算机技术和通信技术的飞速发展, 使得大型PLC的功能极大地增强, 以至于它后来能完成DCS的功能。且在价格上有优势。大型PLC构成的过程控制系统的要点是: (1) 从上到下的结构, PLC既可以作为独立的DCS, 也可以作为DCS的子系统; (2) 可实现连续PID控制等各种功能; (3) 可用一台PLC为主站, 多台同类型PLC为从站, 构成PLC网络;也可用多台PLC为主站, 多台同类型PLC为从站, 构成PLC网络。

高端PLC无论从运算速度、网络兼容性还是从硬件的扩展性、系统可靠性、安全性等角度来说, PLC与DCS已经没有多大差别。从系统规模上PLC也可以输入输出上千点以上的能力。

通过使用现场总线, 用户可以大量减少现场接线, 用单个现场仪表可实现多变量通信, 不同制造厂生产的装置间可以完全互操作, 增加现场一级的控制功能, 系统集成大大简化, 并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的电缆或双绞线, 以传送4m A~20m A信号。现场总线系统中, 每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用, 但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。与此同时, 使用FCS会增加表的费用, 所以是否应该采用FCS, 应具体情况具体分析。通常来说, 中小型项目上DCS就可以, 但大型的项目, 从节约投资成本来讲, 还是FCS比较好, 因为电缆钱的费用会省很多。

5 FCS、DCS、PLC控制系统发展

每种控制系统都有它的特色和长处, 在一定时期内, 它们互相融合的程度可能会大大超过互相排斥的程度。这三大控制系统也是这样, 现在的DCS把现场总线技术包容了进来, 对过去的DCS I/O控制站进行了彻底的改造, 编程语言也采用了标准化的PLC编程语言。目前在中小型项目中使用的控制系统比较单一和明确, 但在大型工程项目中, 使用的多半是DCS、PLC和FCS的混合系统。

在未来, 工业过程控制系统中, 数字技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展, 同时, 工业控制软件也将向标准化、网络化、智能化、开放性发展。因此现场总线控制系统FCS的出现, 数字式分散控制DCS及PLC并不会消亡, DCS及PLC系统会更加向智能化、开放性、网络化、信息化发展。或只是将过去处于控制系统中心地位的DCS移到现场总线的一个站点上去。这样说, DCS或PLC处于控制系统中心地位的局面从此将被打破。今后的控制系统将会是:FCS处于控制系统中心地位, 兼有DCS、PLC系统一种新型标准化、智能化、开放性、网络化、信息化控制系统。

摘要：文章首先简单介绍FCS、DCS、PLC控制系统, 然后分别对其在工业中的应用进行比较并发表个人观点, 最后阐明了FCS处于控制系统中心地位, 兼有DCS、PLC系统一种新型标准化、智能化、开放性、网络化、信息化控制系统是目前计算机控制系统在生产工业中应用的发展方向。从而进一步深刻认识到计算机控制在实践当中的重要性。

PLC型DCS控制系统 篇4

目前, 在连续型流程生产自动控制 (PA) 或习惯称之为工业过程控制中, 有三大控制系统, 即PLC, DCS和FCS。它们各自的基本特点如下。

1.1 DCS

1) 分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C (Communication, Computer, Control, CRT) 技术于一身的监控技术。2) 从上到下的树状拓扑大系统, 其中通信 (Communication) 是关键。3) PID在中断站中, 中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。4) 是树状拓扑和并行连续的链路结构, 也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。5) 模拟信号, A/D-D/A、带微处理器的混合。6) 一台仪表一对线接到I/O, 由控制站挂到局域网LAN。7) DCS是控制 (工程师站) 、操作 (操作员站) 、现场仪表 (现场测控站) 的3级结构。8) 缺点是成本高, 各公司产品不能互换, 不能互操作, 大DCS系统各家是不同的。9) 用于大规模的连续过程控制, 如石化等。10) 制造商:Bailey (美) 、Foxboro (美) 、ABB (瑞士) 、Hartmann&Braun (德) 、Yokogawa (日) 、Honewell (美国) 、Taylor (美) 等。

1.2 PLC

1) 从开关量控制发展到顺序控制、运送处理, 是从下往上的。2) 连续PID控制等多功能, PID在中断站中。3) 可用一台PC机为主站, 多台同型PLC为从站。4) 也可一台PLC为主站, 多台同型PLC为从站, 构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时, 不必知道通信协议, 只要按说明书格式写就行。5) PLC网格既可作为独立DCS/TDCS, 也可作为DCS/TDCS的子系统。6) 大系统同DCS/TDCS, 如TDC 3000, CENTUMCS, WDPFI, MOD 300。7) PLC网络如Siemens公司的SINEC-L1, SINEC-H 1, S4, S5, S6, S7等, GE公司的GENET, 三菱公司的MELSEC-NET, MELSEC-NET/MINI。8) 主要用于工业过程中的顺序控制, 新型PLC也兼有闭环控制功能。9) 制造商:GOULD (美) , AB (美) , GE (美) , OMRON (日) , MITSUBISHI (日) , Siemens (德) 等。

1.3 FCS

1) 基本任务是:本质 (本征) 安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。2) 全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。3) 用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心, 取代每台仪器两根线。4) 在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。5) 多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。6) 是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。7) 用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。8) 由现场电脑操纵, 还可挂到上位机, 接同一总线的上一级计算机。9) 局域网, 可与internet相通。10) 改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。11) 制造商:美Honeywell, Smar, Fisher-Rosemount, AB/Rockwell, Elsag-Bailey, Foxboro, Yamatake, 日Yokogawa, 欧Siemens, GEC-Alsthom, Schneider, procesData, ABB等。

2 三大控制系统之间的差异

2.1 差异要点

DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络, 因此, 数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性。数据公路的媒体可以是:一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。为保证通信的完整, 大部分DCS厂家都能提供冗余数据。为了保证系统的安全性, 使用了复杂的通信规约和检错技术。

FCS的关键要点有三点:

1) FCS系统的核心是总线协议, 即总线标准。为了使现场总线满足可互操作性要求, 使其成为真正的开放系统, 在IEC国际标准, 现场总线通讯协议模型的用户层中, 就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作, 每个现场总线装置都用装置DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器, 它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息, 并且与主站无关, 所以可以使现场装置实现真正的互操作性。开放的现场总线控制系统的互操作性, 就一个特定类型的现场总线而言, 只要遵循该类型现场总线的总线协议, 对其产品是开放的, 并具有互操作性。2) FCS系统的基础是数字智能现场装置。数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑, 是基础, 道理很简单, FCS系统执行的是自动控制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线协议, 即相关的通讯规约, 不具备数字通信功能, 那么所谓双向数字通信只是一句空话, 也不能称之为现场总线控制系统。再一点, 现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制功能。3) FCS系统的本质是信息处理现场化。对于一个控制系统, 无论是采用DCS还是采用现场总线, 系统需要处理的信息量至少是一样多的。实际上, 采用现场总线后, 可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没有减少, 甚至增加了, 而传输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆传输信息的能力, 另一方面要让大量信息在现场就地完成处理, 减少现场与控制机房之间的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统响应时间的好处。

2.2 典型系统比较

通过使用现场总线, 用户可以大量减少现场接线, 用单个现场仪表可实现多变量通信, 不同制造厂生产的装置间可以完全互操作, 增加现场一级的控制功能, 系统集成大大简化, 并且维护十分简便。

2.3 设计、投资及使用

比较的前提是DCS系统与典型的、理想的FCS系统进行比较。为什么要做如此的假设。作为DCS系统发展到今天, 开发初期提出的技术要求却已满足并得到了完善, 目前的状况是进一步提高, 因此也就不存在典型、理想的说法。而作为FCS系统, 20世纪90年代刚进入实用化, 作为开发初期的技术要求:兼容开放, 双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等, 目前还不理想有待完善。这种状态与现场总线国际标准的制定不能说没有关系。过去的十多年, 各总线组织都忙于制定标准, 开发产品, 占领更多的市场, 目的就是要挤身于国际标准, 合法的占领更大的市场。现在有关国际标准的争战已告一段落, 各大公司组织都已意识到, 要真正占领市场, 就得完善系统及相关产品。

2.4 PLC的发展

PLC于20世纪60年代末期在美国首先出现, 目的是用来取代继电器, 执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能, 建立柔性程序控制系统。1976年正式命名, 并给予定义:PLC是一种数字控制专用电子计算机, 它使用了可编程序存储器储存指令, 执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能, 并通过模拟和数字输入、输出等组件, 控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展, PLC已十分成熟与完善, 并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。PLC作为一个站挂在高速总线上, 充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外, 火力发电厂辅助车间, 例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等, 在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为, 辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。

3 系统的发展运用

自1973年提出第一台以微处理器为基础的控制器以来, 它逐步完善, 并最终形成功能齐全、安全可靠的数字式分散控制系统DCS。它的性能大大优于以往任何一种控制系统, 可以满足工厂DAS, MCS, SCS和APS各系统的各种要求, 目前还可以通过工业以太网建立管理层网络, 以满足工厂呼声越来越高的加强管理的要求。

但是, 自从有了FCS, 并于20世纪90年代走向实用化以来, 不断有如下论点在公开刊物上发表, 即:“从现在起, 新的现场总线控制系统FCS将逐步取代传统的DCS”“当调节功能下放到现场去以后, 传统的DCS就没有存在的必要而会自动消失”“今后十年, 传统的4mA～20mA模拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代, 模拟与数字的分散型控制系统DCS将更新换代为全数字现场总线控制系统FCS”……这些论点归纳为一句话:FCS将取代DCS, DCS从此将消亡。

上述论点皆出自于权威专家之口, 确实不无道理。双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力, 加速现场装置与控制仪表的变革, 开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。再则, FCS是由DCS以及PLC发展而来, 它保留了DCS的特点, 或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验, 当然也包括教训。由此而得出结论, “FCS将取代DCS”, 似乎也是顺理成章之事。

同时我们也应看到, DCS系统发展也近30年, 在工厂的应用如此广泛。

4 结语

目前的DCS与新型的PLC, 由于多年的开发研究, 在各自保留自身原有的特点外, 又相互补充, 形成新的系统, 现在的DCS已不是当初的DCS, 同样如此, 新型的PLC也不是开发初期的PLC。我们说是DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS, 显然都是不合适的。

摘要：论述了DCS, PLC, FCS三大控制系统的基本特点, 分析了三大控制系统之间的差异, 指出FCS与PLC及DCS间既存在联系, 又存在着本质的差异, 应正确看待三大系统在工业过程控制中各自的作用。

关键词：控制系统,基本特点,差异

参考文献

[1]熊新民.自动控制原理与系统[M].武汉:武汉大学出版社, 2003:7.

[2]王银锁.过程控制系统[M].北京:百科知识, 2009:1.

PLC型DCS控制系统 篇5

我公司新上的3号辊压机系统原设计中，其PLC和DCS系统采用点对点方式进行通讯，该方式占用DCS系统许多I/O点数，电缆多，接线复杂，使用维护量大、故障点多。于是我们决定利用西门子PLC与北京和利时DCS系统的功能，采用成熟的DP网络通讯方式来解决上述问题。PLC与DCS系统通讯配置见图1，其中把和利时的Smartpro DCS系统设为主站，把西门子S7-300序列的PLC设为从站，通过DP通讯实现对该辊压机现场过程状态参数和控制参数在DCS系统操作画面上被监控目的。

2 物理层连接

该辊压机控制系统共有2个控制柜，1号柜内安装了S7-300 (CPU315-2DP) 、SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块;2号柜内安装了ET200M分布式I/O接口模块、SM331模拟量输入模块、SM332模拟量输出模块、SM323数字量输入/输出模块。

Smartpro DCS系统的控制层网络传送数据是通过DP协议完成的，S7-300系列PLC (CPU315-2DP) 本身已经集成了支持DP协议的通讯卡，而ET200M模块是PROFIBUS现场总线分布式I/O接口模块，所以直接用DP电缆将S7-300 (CPU315-2DP) 和ET200M的DP通讯口连接，而S7-300 (CPU315-2DP再与DCS系统现场控制站的DP重复器的DP通讯口连接，即可实现两个系统间的数据通讯。DCS系统现场控制站再通过光缆将信号送入中控室工程师站，这样，即完成了通讯网络物理层的连接。

3 通讯设置和数据处理

3.1 PLC端的处理

1)在辊压机现场PLC控制柜内安装相应的模块，将手提电脑与PLC的MPI口用MPI电缆连接，并完成DCS与PLC的CPU315-2DP、CPU315-2DP和ET200M的DP连接。

2)在电脑上打开PLC组态软件STEP7-5.3，进行PLC的软、硬件组态(略)，其中主要是插入S7-300站、定义CPU模块地址(51)并进行参数设置等。并以同样方式，设置另一从站。

3)下装程序并调试PLC：保存并编译PLC组态程序，然后，对DP从站进行下装。PLC正常运行后进入ONLINE状态，可以通过变量表来改变、观察输入输出区的变量。

3.2 DCS端的处理

1)将PLC中CPU315-2DP和ET200M的GSD配置文件拷贝到DCS工程师站上的CtargethollysysPCBaseIO目录下，然后重新启动ConMarker，在硬件配置中进行组态，添加DP主站(主站地址为15);同时在硬件配置中添加DP从站CPU315-2DP和ET200M, DCS系统要求每个从站至少需要配置10个模块，如果模块数量不够，需配置空模块，以保证DP通讯正常。

2)在DCS工程师站上运行ConMarker，依次在ConMarker定义输入物理点变量(如“PLC运行”，DCS对应的地址为IW211.8等)和输出物理点变量(如“电动机轴承温度1”, DCS对应的地址为QW56等)，并将其参与组态程序中进行逻辑运算。

3)将编译好的组态程序下装到DCS现场控制站Smartpro的控制器中，即可建立PLC与DCS的DP正常通讯。

4 DCS系统监控画面显示

在DCS系统上位机的FacView中，先将通讯中要读写的变量添加到标签变量和趋势变量以及报警变量表中，利用FacView Explor图形编辑器制作监控画面。将画面编译运行后，下位控制器中读写的通讯变量就可以在上位的流程画面上显示相应的数据，这样在中控室就可以监控辊压机系统的运行状态和相应的参数。至此通过DP通讯即可实现中控室操作站对辊压机系统的监控。

5 结束语

PLC型DCS控制系统 篇6

随着我国工业化发展的不断深入,居民对于生活品质的需求也日益提高,人们对于生活环境也更为重视。工业快速的发展也带来了一些问题,工业生产排放的废水废气废渣容易引发生态环境的恶化,严重影响了人们的日常生产生活。目前我国行政监管部门和工业行业管理者已经认识到环保保护在日常工作中的重要性,并在注重企业经济发展的同时,也努力完善环境保护工作,实现绿色环保可持续发展的战略目标。工业生产中锅炉烟气排放是工业废的主要来源之一,我国工业管理部门对工业废气中二氧化硫的排放量有了更加严格的要求。目前,对于锅炉烟气中的二氧化硫的减排工作,基本运用的都是烟气脱硫技术,其具体工艺形式主要有:、喷雾干燥法脱硫、固态流化床脱硫、电气吸附脱硫、水循环脱硫等。在上述脱硫技术中石灰、石膏湿法脱硫在我国锅炉烟气脱硫工艺中最常运用的方法。烟气脱硫控制中PLC和DCS控制系统进行了对比分析。

1 国内DCS与PLC系统锅炉烟气脱硫工艺中的应用情况

烟气湿法脱硫工艺是将锅炉烟气由引风机排出,通过烟气增压风机后,烟气进入换热设备进行降温处理,降温后的气体通入吸收塔同石灰石膏相互反应,让烟气中的二氧化硫组分同石灰中的碳酸钙成本进行化学反应,并结合成硫酸钙,从而达到脱除SO2气体的目的。

1.1 DCS技术在锅炉烟气脱硫中的应用现状

600MW燃煤机组DCS控制技术,是一种DCS控制技术在烟气脱硫中的应用最为典型的范例,燃煤机组的控制主体包括烟气输送系统、烟气增压风机和烟气吸收系统等几个部分;本机组的电气系统包括PC段以及脱硫监控段等;其公用系统包括废水处理、石膏石灰浆液的配制、石灰脱水等辅助系统。通常意义上来说,工艺流程设计中的不同,也会造成系统控制点设置的差异,常用的系统控制点基本介于1500至3000点之间,在容量超过200MW的大容量蒸汽发电机组中,其控制模式基本都采用的DCS分布式控制系统。

1.2 PLC技术在锅炉烟气脱硫中的应用现状

随着世界范围内自动控制领域技术的不断成熟和发展,目前PLC与DCS技术从功能结构上来说相互融合的趋势越来越明显。就国内目前自动化控制技术的发展情况来看,PLC技术凭借其全面的逻辑运算功能逐步融合了一部分模拟量控制能力。相应的同烟气脱硫主要工艺特点结合,该领域的一些研究者认为,将PLC的控制系统引入烟气脱硫中能够获得非常好的经济效益,并在一些烟气脱硫工程得以采用,并取得了一定的效果,也为PLC技术在烟气脱硫控制工艺中应用和推广提供了参考。例如江苏某电厂的锅炉烟气脱硫工艺控制中就运用了西门子公司提供的S7-400系列PLC硬件配置,。此外以PCS7控制系统为基础改进而来的燃煤锅炉烟气脱硫系统也取得了良好的自动化控制效果,为新型PLC系列产品应用于湿法脱硫控制提供了实践性依据。

2 关于DCS与PLC系统使用特点和系统功能的对比和分析

2.1 DCS与PLC系统的使用特点

(1)DCS也被称为集散控制系统。DCS控制中融合了计算机技术、实时通讯技术、数字显示以及控制技术,主要包括过程控制与监控两个方面,通信为计算机系统传输信号。DCS控制系统从结构方面来说,主要分为流程结构、操作结构以及管理结构几个部分。其中流程结构是发挥系统控制功能的核心。操作结构是由操作人员和技术工程师共同构成的,它能够发挥系统的操作作用。DCS系统的特点包括高可靠性、高度的开放性、便于操作和维护、兼容性强、控制功能全面。

(2)PLC系统,又被称为可编程逻辑控制器,属于具有编程能力的存储器,利用自身的存储程序完成逻辑运算,或按照用户特定的输入指令进行调控操作,并且采用模拟式或数字式的输入或输出对不同类型的系统进行操控管理。PLC已经逐步从控制开关量的阶段转变至行运算处理和顺序控制阶段。PLC技术可以发挥HD控制等多样化的功能;PLC控制系统通常运用计算机作为主站,然后将同种型号的PLC用作从站。在少数情况下,PLC也能够将另一台PLC当作主站,其他的PLC当作从站,共同构成PLC网络。PLC网络的特点在于其可靠性非常强、抗干扰能力突出、功能全面、适用范围广、编程过程简单、后期的操作使用以及和维护管理非常便利。

2.2 DCS与PLC系统使用和功能性的对比分析

(1)系统安全稳定性。DCS系统主要由过程处理器、电源/备用电源以及双冗余网络共同构成。当系统主要控制单元发生故障时,能够迅速切换至备用的冗余单元,以维持系统的正常运行。而在早期PLC系统构建时并没有冗余设计的理念,因此同DCS相比,其系统稳定性较低。DCS具备电热插拔功能,当系统模块出现问题时,不用停止系统运行就能够方便的进行检修。目前很多的PLC系统都不具备这种功能,当出现故障时,只有完全停止系统才可以对系统进行重新编排和维护。

(2)控制系统的兼容性与扩展性。DCS的兼容性与扩展能力较强,能够广泛的适用于大型的控制系统中。在目前的信息化网络环境中,控制系统和计算机,通常只是整个系统中的一个节点,而网络系统的优势在于能够自由的设置和增减节点,更便利的进行资源共享。早期的PLC系统主要是用来控制设备,并没有很好的考虑到系统可拓展性以及同其他设备的兼容性。因此PLC无法很好的实现系统间的资源共享。此外PLC基本采用专用的网络,因此在调整操作节点时,往往存在较大的难度,且从成本角度来说不够经济。目前的新型PLC在兼容性和开发性能方面已经有了明显的突破,完善了许多控制功能,同时还能够预留插槽,便于其他数字模块和设备的兼容。

(3)系统辅助软件功能性的差异。DCS拥有SCAND软件包,该软件包的功能性较为突出,可以结合不同行业的特色,开发出针对性强的专用辅助软件,在很大程度上方便用户进行组态的编程。同PLC相比,DCS系统在烟气脱硫工艺控制上也有着很大的优势。而且DCS系统自身的人机界面简洁,模块组态编程软件使用简单,便于后期用户的管理和编辑。PLC控制系统的软件编程难度很高,且工作量较大。首先必须确定应该更新和编辑管理的PLC,再通过编译器对控制编程管理。流程十分复杂,也就延长了系统的编辑调试时间,也相应的提高了编辑调试成本,极大的影响了后期的维护管理。

(4)控制系统的适用情况差异。DCS控制技术是基于传统仪表盘监控系统逐步而来,其使用领域主要集中于大型工业生产行业,便于进行分布式控制过程。DCS技术十分重视对于生产过程的控制精度,能够很好的满足工业生产的实际需求。PLC控制系统是基于传统继电器回路技术逐步发展而来的监控系统,其在工业控制领域的使用也很广泛。其发展过程对于工业生产的现场设备控制带来了显著的影响,以逻辑控制作为核心,使用PLC设备相互连接共同构建的控制系统,不同的PLC设备之间的联系十分松散,很难做到控制的一体化,对于一些小型的设备控制企业适用性不强。当控制点超过600点、系统工艺流程复杂,资源共享需求大,且具有闭环控制回路的情况下,通常会采用DCS,其他的情况采用PLC为宜。

结论

综上所述,随着DCS与PLC控制系统的不断发展,两者之间的相互融合也越来越多,本文对两种控制技术在锅炉烟气脱硫中的应用说明和其功能特点进行了对比,以期为我国锅炉烟气脱硫中两种技术的推广和使用提供建议和选择依据。

参考文献

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PLC型DCS控制系统 篇7

1 PLC和DCS主要性能比较

PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的。一个PLC控制器可以同时控制若干个顺序控制任务同时进行,这种任务按步序循环的任务调度方式操作系统非常适合执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数,并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按照存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。

DCS是以计算机技术、控制技术和网络通信技术为基础,突出控制功能分散、危险分散、管理和现实集中设计的理念,于上世纪70年代中期发展起来的新一代控制系统。DCS控制器内部固化有多任务按优先级抢占方式调度的实时操作系统。在每一调度周期,只有当前申请运行的最高优先级任务可以获得CPU控制权,并投入运行。更高优先级任务可以打断较低优先级的运行,抢占CPU控制权。

(1)硬件和系统冗余能力的比较。PLC和DCS均采用模块式结构,CPU(或者DPU)均采用通用的芯片。DCS在I/O卡件的类型和种类上较少,通用性较强。硬件的可靠性和故障率均在同一档次。从硬件的热备冗余上说,PLC要做到热备冗余需要专门的卡件。由于没有实时操作系统支持,PLC控制器实现冗余比较困难,需要配备硬件电路构成的热备套件,且成本很高,因此目前运行的PLC很少有冗余配置。

DCS从诞生之日起便大量采用冗余配置技术,由于有实时操作系统支持,DCS控制器部件的冗余配置非常方便,价格便宜,目前运行的DCS在控制器、网络、电源等主要部分均采用冗余配置。DCS的控制器冗余大大提高了DCS控制站的可靠性,其网络冗余使数据传输更加准确可靠。系统冗余是提高设备可靠性,使其达到无人值守、长期自动运行的重要手段。只有采用DCS控制技术,才能真正实现系统冗余,从而降低系统运行成本。

(2)软件比较。PLC和DCS均采用专用的组态软件和图形软件。PLC的组态软件一般为英文版,其图形软件还需要外购。从软件的方便性来看,DCS具有较大优势。另外,DCS和PLC的任务调度方式不同,DCS的多任务运行环境更适合电厂应用。

PLC控制器内固化的按步序和循环的调度方式使系统运行的可靠性提高,但系统对突发事件的实时响应能力不高。比如,当CPU负荷较大时,PLC往往不能及时响应通讯请求。而且,随着PLC的工作负荷增加,其实时性迅速下降。

DCS的特点是系统实时响应能力强,但因其操作系统功能强大,共享资源管理复杂,系统理论可靠性相对PLC略低。目前DCS的实时性操作系统应用软件已经非常成熟,系统可靠性已经与PLC不相上下,而其固有的强大多任务实时响应能力却更加适合工业控制应用。

传统上人们习惯地认为电厂辅助车间控制系统的实时性要求不高,但随着火电机组的规模进一步增大、机组数量增多、机组参数进一步提高,对辅助车间控制系统的实时性要求迅速提高,要求控制设备操作灵敏、反应迅速、正确处理、记录准确、时钟精准,常规PLC控制器显然已经难以保证控制系统的实时响应能力,应该被DCS取代。

2 网络结构比较

大型的计算机控制系统通常采用2层网络结构,以控制器为界,向下为底层的过程级网络(I/O总线),向上为上层的监控级网络。PLC和DCS下层均采用专用的网络设备,上层均可采用通用的网络设备。从可扩展性来看,PLC实现多对CPU之间的联网存在一定的难度,对远程I/O的连接型式比较单一。

由于不同控制系统之间PLC除了硬接线还有通讯方式联系,导致占用较多的I/O点;而且不同控制系统间通讯方式不一样,需要在现场设计一些专用口;由于通讯方式和距离的限制,导致很多系统不能互联,所以组网难度大。

DCS结构更加适合地域分散的电厂辅机操作控制,实现无人值守的远程控制功能。PLC和DCS均能达到卡件完全隔离,但大部分PLC不能达到通道的完全隔离,且其带负载能力较弱,对于距离较远或者干扰较大的地方还要使用隔离模块。

3 控制功能比较

高端的PLC虽然已经具备了较强的模拟量控制功能,以及多任务执行周期功能(可以合理地分配控制器的资源),但对PID回路数量及任务周期的数量还是有限制。满足常规的工业过程控制要求已够用,但无论是在复杂的控制算法解算方面还是在组态的方便程度上与DCS相比有一定的差距。同时,DCS已具备相当强劲的逻辑处理能力,就火力发电厂顺序/时序控制应用方面而言已看不出与PLC存在差距。应用在电厂的DCS控制站均固化了数百个控制算法模块,甚至包括自适应控制、模糊控制、最优控制等现代控制理论算法模块,可以解决电厂的任何复杂控制课题。

4 控制器容量及I/O模件的比较

在火力发电厂热工自动化领域,DCS和PLC因其侧重的控制领域、控制对象及控制理念的不同,体现出来的带I/O点能力是不同的。进口PLC控制器容量不超过10兆,而DCS控制器容量却接近120兆,因此,对于相同的复杂的工艺系统:相同的模拟量点与开关量点、相同的控制要求、工艺系统逻辑组态功能块数量相同,则DCS控制器在控制算法解算及逻辑处理能力、控制器的通讯处理能力方面将优于PLC控制器控制功能。同时,对于分散布置的小规模工艺系统通过采用DCS远程I/O站合用DCS控制器(冗余)实现控制,较之采用分散的PLC控制器(非冗余)提高了系统的安全性,同时降低了控制器方面的工程造价。另外,由于DCS与PLC结构设计的不同,其I/O扫描和更新的速度也不同;DCS的模拟量输入信号每秒至少扫描和更新8次,即扫描周期为125ms,数字量输入信号每秒至少扫描和更新10次,对于快速处理的控制回路,数字量输入信号可达到每秒扫描20次。而PLC系统的I/O扫描周期最快为250ms,即每秒最多扫描和更新4次。

PLC控制器通常采用机架式安装,I/O模件仅用于提供现场数据的I/O通道,智能性较差,数据处理往往需机架内配备的专用I/O处理模件完成(同时负责数据通讯)。DCS过程控制站配备的I/O模件可以独立工作,每个模件都有现成总线接口,独立完成数据采集和数据处理工作,模件智能化程度高。PLC控制器的I/O模件往往难于做到通道间的隔离,而对DCS而言,I/O模件的通讯隔离是基本要求。

PLC控制器最初设计用于二进制顺序控制,只是近年来对控制器功能要求提高,PLC增加了模拟量采集控制功能,但终究模拟量控制功能是PLC控制器的“补丁”,作用有限。DCS从设计伊始就将模拟量控制作为自己最重要的控制功能之一,具有完善的软硬件设计,可以轻松完成复杂的模拟量控制功能。

5 数据库比较

DCS一般都提供统一的数据库。在DCS系统的监控网络层,一旦一个数据存在于数据库中,就可不受限制地被网络中任何节点的应用软件引用,比如在组态软件、监控软件、趋势图、报表中。借助统一的数据库,DCS的监控网络层构成了一个功能非常强大的分布式智能体,网络上的每个节点除了完成自身肩负的相关任务外,还可以通过多个节点间的相互协同完成一些关联的控制任务。而目前PLC系统的数据库通常都不是统一的。在PLC系统的以太网监控网络层,组态软件、监控软件都有自己的数据库,各控制节点之间的关联控制或数据交换是被闭锁的。虽然个别PLC系统提供了变通的解决方案,但应用并不普及。

6 安装调试方便性比较

PLC的集中度较高,一个机柜的模块较多,接线和扩展性较差。