DCS与PLC.docx
- 文档编号:6015274
- 上传时间:2023-01-03
- 格式:DOCX
- 页数:5
- 大小:21.35KB
DCS与PLC.docx
《DCS与PLC.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《DCS与PLC.docx(5页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
DCS与PLC
DCS与PLC
DCS是分布式控制系统的英文缩写(DistributedControlSystem),在国内自控行业又称之为集散控制系统。
是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统,它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机,通信、显示和控制等4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
在特殊控制领域,如核电站控制系统,DCS的含义被误叫做数字化控制系统(Digitalcontrolsystem),其实质仍为分布式操作系统。
国内DCS主要厂家有:
上海新华、南京科远、杭州优稳、浙大中控、和利时、浙江威盛、自仪股份、鲁能控制、国电智深、上海华文、上海乐华、浙江中自等。
国外的有:
西屋公司、艾默生、FOXBORO、ABB、西门子、霍尼韦尔、横河、罗克韦尔、山武-霍尼韦尔公司、FISHER-ROSEMOUNT公司等。
DCS的骨架——系统网络,它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性,起着决定性的作用,因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说,它必须满足实时性的要求,即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度,是指在无论何种情况下,信息传送都能在这个时间限度内完成,而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此,衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率,即通常所说的每秒比特数(bps),而是系统网络的实时性,即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠,无论在任何情况下,网络通信都不能中断,因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求,系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样,一方面可以随时增加新的节点,另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态,以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中,各个节点的上网和下网是随时可能发生的,特别是操作员站,这样,网络重构会经常进行,而这种操作绝对不能影响系统的正常运行,因此,系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
DCS是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制(DDC)功能的网络节点。
一般一套DCS中要设置现场I/O控制站,用以分担整个系统的I/O和控制功能。
这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效,提高系统可靠性,也可以使各站点分担数据采集和控制功能,有利于提高整个系统的性能。
DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面(HMI-HumanMachineInterface或operatorinterface)功能的网络节点。
工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点,其主要功能是提供对DCS进行组态,配置工作的工具软件(即组态软件),并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况,使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定,使DCS随时处在最佳的工作状态之下。
与集中式控制系统不同,所有的DCS都要求有系统组态功能,可以说,没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。
DCS自1975年问世以来,已经经历了多年的发展历程。
在这之中,DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变,但是经过不断的发展和完善,其功能和性能都得到了巨大的提高。
总的来说,DCS正在向着更加开放,更加标准化,更加产品化的方向发展。
作为生产过程自动化领域的计算机控制系统,传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。
如果以为DCS只是生产过程的自动化系统,那就会引出错误的结论,因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了,它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容,还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构,向上发展到了生产管理,企业经营的方方面面。
传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化,而工业自动化系统的概念,则应定位到企业全面解决方案,即totalsolution的层次。
只有从这个角度上提出问题并解决问题,才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。
DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便,DCS特点如下:
1、高可靠性 由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现,系统结构采用容错设计,因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。
此外,由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一,可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机,从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。
2、开放性 DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计,系统中各台计算机采用局域网方式通信,实现信息传输,当需要改变或扩充系统功能时,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下,几乎不影响系统其他计算机的工作。
3、灵活性 通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态,即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面,从而方便地构成所需的控制系统。
4、易于维护 功能单一的小型或微型专用计算机,具有维护简单、方便的特点,当某一局部或某个计算机出现故障时,可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换,迅速排除故障。
5、协调性 各工作站之间通过通信网络传送各种数据,整个系统信息共享,协调工作,以完成控制系统的总体功能和优化处理。
6、控制功能齐全 控制算法丰富,集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体,可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。
DCS的构成方式十分灵活,可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制构成。
处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制,并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。
生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理,如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。
随着计算机技术的发展,DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能,如计划调度、仓储管理、能源管理等。
但是,发展到现在,DCS和PLC之间没有一个严格的界线,在大多数人看来,大的系统就是DCS,小的系统就叫PLC。
可是,DCS与PLC还是有很大的区别。
1、从发展的方面来说:
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YOKOGAWACS3000DCS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)。
而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。
2、从系统的可扩展性和兼容性的方面来说:
市场上控制类产品繁多,无论DCS还是PLC,均有很多厂商在生产和销售。
DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系,但大部分的DCS系统,比如横河YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等等,虽说系统内部(过程级)的通讯协议不尽相同,但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络,采用标准或变形的TCP/IP协议。
这样就提供了很方便的可扩展能力。
在这种网络中,控制器、计算机均作为一个节点存在,只要网络到达的地方,就可以随意增减节点数量和布置节点位置。
另外,基于windows系统的OPC、DDE等开放协议,各系统也可很方便的通讯,以实现资源共享。
对于PLC系统来说,一般没有或很少有扩展的需求,因为PLC系统一般针对于设备来使用。
一般来讲,PLC也很少有兼容性的要求,比如两个或以上的系统要求资源共享,对PLC来讲也是很困难的事。
而且PLC一般都采用专用的网络结构,比如西门子的MPI总线性网络,甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。
3、从数据库来说:
DCS一般都提供统一的数据库。
换句话说,在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中,就可在任何情况下引用,比如在组态软件中,在监控软件中;而PLC系统的数据库通常都不是统一的,组态软件和监控软件甚至归档软件都有自己的数据库。
4、从时间调度上来说:
DCS可以设定任务周期。
比如,快速任务等。
同样是传感器的采样,压力传感器的变化时间很短,我们可以用200ms的任务周期采样,而温度传感器的滞后时间很大,我们可以用2s的任务周期采样。
这样,DCS可以合理的调度控制器的资源。
而PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。
PLC程序是从头到尾执行一次后又从头开始执行(现在一些新型PLC有所改进,不过对任务周期的数量还是有限制)。
5、从网络结构发面来说:
一般来讲,DCS常使用两层网络结构,一层为过程级网络,大部分DCS使用自己的总线协议,比如横河的Modbus、西门子和ABB的Profibus、ABB的CANbus等,这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。
现场I/O模块,特别是模拟量的采样数据(机器代码,213/扫描周期)十分庞大,同时现场干扰因素较多,因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。
基于RS485串口异步通讯方式的总线结构,符合现场通讯的要求。
I/O的采样数据经CPU转换后变为整形数据或实形数据,在操作级网络(第二层网络)上传输。
因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准,同时因操作级网络一般布置在控制室内,对抗干扰的要求相对较低。
因此采用标准以太网是最佳选择。
TCP/IP协议是一种标准以太网协议,一般我们采用100Mbit/s的通讯速度。
而PLC系统的工作任务相对简单,因此需要传输的数据量一般不会太大,所以常见的PLC系统为一层网络结构。
过程级网络和操作级网络要么合并在一起,要不过程级网络简化成模件之间的内部连接。
PLC不会或很少使用以太网。
6、从应用对象的规模上来说:
PLC一般应用在小型自控场所,比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁,而大型的应用一般都是DCS。
当然,这个概念不太准确,但很直观,习惯上我们把大于600点的系统称为DCS,小于这个规模叫做PLC。
我们的热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就是称为PLC。
虽然PLC与DCS的区别很多,但我们应该认识到,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。
现在,我们来讨论一下彼此的相同之处:
1、从功能来说:
PLC已经具备了模拟量的控制功能,有的PLC系统模拟量处理能力甚至还相当强大,比如横河FA-MA3、西门子的S7400、ABB的ControlLogix和施耐德的Quantum系统。
而DCS也具备相当强劲的逻辑处理能力,比如我们在CS3000上实现了一切我们可能使用的工艺联锁和设备的联动启停。
2、从系统结构来说:
PLC与DCS的基本结构是一样的。
PLC发展到今天,已经全面移植到计算机系统控制上了,传统的编程器早就被淘汰。
小型应用的PLC一般使用触摸屏,大规模应用的PLC全面使用计算机系统。
和DCS一样,控制器与I/O站使用现场总线(一般都是基于RS485或RS232异步串口通讯协议的总线方式),控制器与计算机之间如果没有扩展的要求,也就是说只使用一台计算机的情况下,也会使用这个总线通讯。
但如果有不止一台的计算机使用,系统结构就会和DCS一样,上位机平台使用以太网结构。
这是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。
3、PLC和DCS的发展方向:
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。
另外,大家都知道FCS可以说是第五代过程控制系统,是由PLC(ProgrammableController)或DCS(DistributedControlSystem)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。
现场总线的应用是工业过程控制发展的主流之一。
可以说FCS的发展应用是自动化领域一场革命。
采用现场总线技术构造低成本现场总线控制系统,促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化,符合工业控制系统技术发展趋势。
总之,计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统(DCS)后,将朝着现场总线控制系统(FCS)的方向发展。
虽然以现场总线为基础的FCS发展很快,但FCS发展还有很多工作要做,如统一标准、仪表智能化等。
另外,传统控制系统的维护和改造还需要DCS,因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个漫长的过程,同时DCS本身也在不断的发展与完善。
可以肯定的是,结合DCS、工业以太网、先进控制等新技术的FCS将具有强大的生命力。
工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式,在工业现场得到了越来越多的应用,并将在控制领域中占有更加重要的地位。
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。
电气自动化室
曲艺超
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- DCS PLC