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集成PLC與DCS的新型過程控制系統

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數:119
核心提示:
   PLC是由早期繼電器邏輯控制系統與微機計算機技術相結合而發展起來的,它是以微處理器為主的一種工業控制儀表,它融計算機技術、控制技術和通信技術于一體,集順序控制、過程控制和數據處理于一身,可靠性高、功能強大、控制靈活、操作維護簡單。近幾年來,可編程序控制器及組成系統在我國冶金、電廠、輕工石化、礦業、水處理等行業更是到了廣泛的應用,并取得了一定的經濟效益。

    由于工業生產過程是一個分散系統,因此過程控制的方式最好是分散進行,而監視、操作和最佳化管理應以集中為好。隨著工業生產規模不斷擴大,控制管理的要求不斷提高,過程參數日益增多,控制回路越加復雜,在70年代中期產生了集散控制系統,他一經出現就受到工業控制界的青睞。DCS是集計算機技術、控制技術、網絡通信技術和圖形顯示技術于一體的系統。與常規的集中式控制系統相比有如下特點:

    1、實現了分散控制。它使得系統控制危險性分散、可靠性高、投資減小、維護方便。

    2、實現集中監視、操作和管理。使得管理與現場分離,管理更能綜合化和系統化,

    3、采用網絡通信技術,這是DCS的關鍵技術,它使得控制與管理都具實時性,并解決系統的擴充與升級問題。

    目前,由于PLC把專用的數據高速公路(HIGHWAY)改成通用的網絡,并逐步將PLC之間的通信規約靠攏使得PLC有條件和其它各種計算機系統和設備實現集成,以組成大型的控制系統,這使得PLC系統具備了DCS的形態,這樣,基于PLC的DCS系統目前在國內外都得到了廣泛的應用。

    可編程序控制器(PLC)及集散控制系統(DCS)是目前工業控制領域最廣泛使用的兩種控制技術,它們各自具有明顯的優勢及劣勢,如PLC在高速的順序控制中占主導地位,而DCS則在復雜的過程控制中占優勢;PLC體積小,使用靈活,價格相對較低,但在通訊功能及管理能力方面不及DCS,DCS雖然通訊及管理能力較強,但體積大,價格相對較高.在這種情況下,用戶期望得到一種集PLC與DCS優點于一體的控制系統,這種混合式控制系統(以下簡稱HCS)應既能完美地實現邏輯及順序控制,又能很好地完成過程控制,同時還應具有管理功能,且體積小,價格較低,可靠性高。一些自控設備生產廠商已有產品問世,Rockwell公司新近推出的Allen-Bradley(A-B)品牌ProcessLogix過程控制系統便是其中一例。

    本文將介紹一種混合式控制系統,既吸取傳統DCS“管理集中,控制分散”的設計精髓,又保留傳統PLC所固有的靈活性及低價位等優點,適用于離散控制、順序控制及連續控制場合,以最低成本來完成高技術的自動化。

    一、PLC與DCS比較

    如果按從弱至強將PLC與DCS的性能劃分為1至10個等級,則可將它們的對比列于表1

    表1PLC與DCS的比較

    比較項目PLC控制DCS控制

    高速順序控制106

    復雜過程控制610

    硬件可靠性98

    聯網和通訊功能48

    管理能力39

    系統診斷和報警38

  早期的PLC以數字量的順序控制為主。隨著PLC功能不斷擴充,PLC增加了模擬量控制功能、PID調節功能、通訊聯網功能及分級控制功能等,在過去DCS占統治地位的化工、冶金等行業也可由PLC進行控制。但PLC難以組成大型、復雜、綜合的系統,如果過多的PC企圖通過網絡與過多的PLC通訊,則可能導致瓶頸現象及計時上的困難。

    DCS是由模擬儀表控制系統發展而來,初期的功能以回路調節為主,之后又加入了順序控制的功能。DCS的設計思想是操作管理集中,控制分散以提高整個系統的可靠性及管理能力。DCS的上述優勢使它在控制系統的高端市場仍占主流。但DCS比PLC價位高,對一些資金有限的中小型企業有時難以承受。

    本文探討的這種混合式控制系統整合了PLC與DCS的優勢,對需要實現低成本自動化(LCA)的場合尤為適用。

    二、混合式控制系統結構

    該系統主要以DCS的設計思想為基礎,綜合PLC與DCS的各自優勢。它主要由系統網絡、操作員工作站、中央服務器、控制器及輸入/輸出(I/O)模塊等部分組成。

    1、系統網絡

    對DCS而言,系統網絡是整個系統的基礎和核心,對整個系統的實時性、可靠性和可擴充性起著決定性的作用。對混合式控制系統也是如此。

    如圖1所示,HCS是分級控制系統,共分兩級:操作管理級及過程控制級。操作管理級的各項設備——操作員工作站及中央服務器由N1網連接。N1網是一局域網(LAN),對它的要求是能以較高的速率傳輸大量數據,可選用Ethernet(以太網)或ARCNET。Ethernet采用載波偵聽/多路訪問協議,具有10Mbps及100Mbps的通訊速度,但它不具備實時性;ARCNET采用令牌傳輸協議,具有2.5Mbps的通訊速度,具有好的實時性。N1網的網絡拓樸結構可采用星形、總線形、混合形等。總線結構的網絡技術比較成熟,施工相對簡單,節點的加入或退出也無需中止網絡運行,是工業控制網常用的網絡結構。N1網的傳輸介質可使用雙絞線、同軸電纜或光纖。

    N2網將過程控制級的控制器與控制器、控制器與遠程I/O、遠程I/O與遠程I/O連接起來,并使之與中央

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