dcs 與plc 控制系統的特點分析.txt18擁有誠實，就捨棄了虛偽；擁有誠實，就捨棄了無聊；擁有踏實，就捨棄了浮躁，不論是有意的丟棄，還是意外的失去，只要曾經真實擁有，在一些時候，大度捨棄也是一種境界。dcs 與plc 控制系統的特點分析
dcs 與plc 都是應用於自控領域的控制系統。隨著工
業生產的快速發展，工業自動化程度越來越高，對自動控制
系統的可*性、可操作性的要求越來越高。有許多人在選
擇控制系統時對選擇dcs 還是plc ，哪一種更適合自己的
需求很難決定。文章針對這種情況，對dcs 與plc 系統的
發展、基本結構、配置、應用等進行比較和分析，希望對廣大
讀者有所幫助。
1 起源
①集散控制系統dcs (distributed control system) 是基
於」4c」技術(computer control communication crt) 在20 世紀
70 年代中期出現的新型工業控制系統。採用分布式的計
算機系統結構，目的是為了減少風險，提高系統可*性。它
將整個控制系統按照區域、功能和迴路作適當分解，再通過
匯流排或通訊網路將它們連線為有機整體。1975 年honey2
well 公司推出了第一套dcs 控制系統，首先被應用於石油
化工行業。
②可程式設計控制器plc( programmable logic controller) 是
一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下使用而
設計的。工業生產過程中，大量的開關量的順序控制，按照
邏輯條件進行順序動作，並按照邏輯關係進行連鎖保護動
作的控制，及大量離散量的資料採集，這些功能傳統上是通
過氣動或電氣控制系統來實現的。1968 年美國gm(通用
汽車) 公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國
數字公司研製出了基於積體電路和電子技術的控制裝置,
首次採用程式化的手段應用於電氣控制，這就是第一代可
程式設計序控制器，稱programmable controller(pc) 。
2 結構及特點
(1) dcs 是計算機技術、控制技術和網路技術高度結
合的產物。從結構上劃分,dcs 包括過程級、操作級和管理
級。過程級主要由過程控制站、i/ o 單元和現場儀表組成,
是系統控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站
和工程師站，完成系統的操作和組態。管理級主要是指工
廠管理資訊系統(mis 系統) ，作為dcs 更高層次的應用，目
前國內應用這一系統的行業較少。
dcs 的關鍵技術在於網路，從上到下是樹狀拓撲和並
行連續的鏈路結構，中間站聯接計算機、現場儀器儀表和控
制裝置。
plc 從結構上分為固定式和組合式(模組式) 2 種。固
定式plc 包括cpu 板、i/ o 板、顯示面板、記憶體塊、電源等,
這些元素組合成乙個不可拆卸的整體。模組式plc 包括
cpu 模組、i/ o 模組、記憶體、電源模組、底
板或機架,這些模組可以按照一定規則組合配置。
plc 的關鍵技術在於其內部固化了乙個能解釋梯形圖語言的程式及輔助通訊程式,梯形圖語言的解釋程式的效率決定了plc 的效能,通訊程式決定了plc 與外界交換資訊的難易。對於簡單的應用,通常以獨立控制器的方式運作,不需與外界交換資訊,只需內部固化有能解釋梯形圖語言的程式即可。
(2) 在網路方面,dcs 網路是整個系統的中樞神經,和利時公司的macs 系統中的系統網採用的是雙冗餘的
100mbps 的工業乙太網,採用國際標準協議tcp/ ip。它是安全可*雙冗餘的高速通訊網路,系統的拓展性與開放性更好。而plc 因為基本上都為個體工作,在與別的plc 或上位機進行通訊時,所採用的網路形式基本都是單網結構,
網路協議也經常與國際標準不符。在網路安全上,plc 沒有很好的保護措施。
(3) dcs 整體考慮方案。操作員站都具備工程師站的功能,站與站之間在執行方案程式下裝後是一種緊密聯合的關係,任何站、任何功能、任何被控裝置之間都是相互連鎖控制, 協調控制的。dcs 可以控制和監視工藝全過程,
對自身進行診斷、維護和組態。但是,由於自身的致命弱點,其i/ o 訊號採用傳統的模擬量訊號,因此,它無法在
dcs 工程師站上對現場儀表(比如變送器、執行器等) 進行遠方診斷、維護和組態。當採用現場匯流排儀表時才能通過現場測控站對現場儀表進行診斷和維護。
原來單用plc 互相連線構成的系統,其站與站(plc 與
plc) 之間的聯絡是一種鬆散的連線方式,做不出協調控制的功能。現在的plc 可以採用共同的上位機,使用plc 網路(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) 來協調控制。
(4) dcs 在整個設計上留有大量的可擴充套件性介面,外接系統或擴充套件系統都十分方便,缺點是成本高,各公司產品不能互換,不能互操作,大dcs 系統是各家不同的. plc 所搭接的整個系統完成後,想隨意的增加或減少操作員站都是很難實現的。
(5) 在安全性上,dcs 系統為保證控制裝置的安全可
*,採用了雙冗餘的控制單元,當重要控制單元出現故障時,都會有相關的冗餘單元實時無擾動的切換為工作單元,
保證整個系統的安全可*。plc 所搭接的系統基本沒有冗餘的概念,更談不上冗餘控制策略。特別是當其某個plc
單元發生故障時,不得不將整個系統停下來,才能進行更換、維護並需重新程式設計。所以dcs 系統安全可*性更高。
(6) 系統軟體,對各種工藝控制方案進行更新是dcs
的一項最基本的功能,當某個方案發生變化後,工程師只需
要在工程師站上將更改過的方案編譯後,執行下裝命令就可以了。下裝過程是由系統自動完成的,不影響原控制方案執行。對於plc 構成的系統來說,工作量極其龐大,首先需要確定所要編輯更新的是哪個plc ,然後要用與之對應的編譯器進行程式編譯,最後再用專用的機器(讀寫器)
專門一對一的將程式傳送給這個plc。在系統除錯期間,
除錯時間長和除錯成本高,而且極其不利於日後的維護,在控制精度上相差甚遠。因此在大中型控制專案中(500 點以上) ,基本不採用全部由plc 所連線而成的系統。
(7) 模組dcs 系統所有i/ o 模組都帶有cpu ,可以實現對採集及輸出訊號品質的判斷與標量變換,故障帶電插拔,隨機更換。而plc 模組只是簡單電氣轉換單元,沒有智慧型晶元,發生故障後相應單元全部癱瘓。
①plc 響應速度快;dcs 響應速度慢。
②dcs 要作複雜的運算,記憶體較大;plc 一般不做複雜運算,記憶體小。
③dcs 的資料庫統一,可以應用工位號管理;plc 的資料庫不統一,必須以位址為基礎管理。
④冗餘功能,dcs 更容易實現。
(8) dcs 與plc 的系統核心的實現形式不同。因為
dcs 的控制程式編譯以後的**是採用程式呼叫執行的,
而plc 的程式是採用編譯後對語句**的順序掃瞄實現的。這就是為什麼plc 至今對模擬量的處理不如dcs 功能強大,而dcs 對開關量的處理不如plc 快速的原因。至於siemens 等公司現在推出的pcs7 等一體化系統都是在他們的cpu 模組中採用雙cpu 進行處理,分別完成模擬量和開關量的處理,表面上看似乙個系統,實際是雙系統的整合。
3 主要製造商和產品
(1) 自1975 年以來,***dcs 產品已推上市場,主要生產廠家及產品有美國的honeywell 公司( tdc2000、
tdc3000、tps、pks) 、westinghous 公司(wdpf、ovation) ,日本的橫河公司、日立公司、山武霍尼威爾公司,德國siemens
公司、hartmann &braun 公司、euro 公司,瑞士的abb 公司
(n90、industrial it、infi90) ;國內主要有北京安控科技發展****,北京和利時****(macs、focs) ,浙大中自
(jx300x、jx500) ,新華公司(xdps - 400) 等。
(2) plc 在全世界有大約200 家生產廠家,主要廠家及產品有施耐德公司(quantum、premium、momentum 等) ,a - b
公司(slc、micrologix、control logix 等) ,西門子公司(simat2
ic s7 - 400/ 300/ 200 系列) , ge 公司,日本歐姆龍、三菱、富士、松下等;國內plc 生產廠約30 家,但沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品,還有一部分是以仿製、來件組裝或」貼牌」方式生產。
4 應用狀況
(1) 自1975 年honeywell 公司推出第一套dcs 以後,全世界有60 余家公司生產了1500 餘種產品,目前約有1
0 000
套dcs 在執行。我國dcs 發展較晚,大約在20 世紀80 年代末才開始逐漸普及。目前還處在從大型工程逐步向中、
小型工程,從主要應用領域(如石化、化工、電力、冶金等行業) 逐步向全工業範圍(如市政、食品、建材、環保、交通等)
擴充套件階段,市場遠沒有飽和。特別在最近一段時期,將會有大量的國內企業採用先進的dcs 來改造傳統產業,它們的技術改造為dcs 提供了十分巨大的市場空間。
目前,我國國民經濟的主要領域使用dcs 系統已經十分普遍,不但大型、中型工程專案採用,不少小型專案也開始採用。dcs 現在是流程工業自控系統最主要的產品。
石化是dcs 使用比較早和普遍的領域,石化領域採購
dcs 的金額佔裝置採購總金額的13. 6 %。該領域幾乎全部大型工程都是採用國外系統,其中honeywell 公司、日本橫河電機株式會社處於領先地位。
化工領域也是dcs 的主要應用領域,大約佔裝置採購總金額的20. 3 %。在化工領域國產dcs 已經取得較大的業績,但該領域銷售額最高的目前還是日本橫河,其次是
honey - well、浙大中自、emerson 以及北京和利時等公司。
火電站是dcs 的大使用者,每年佔dcs 市場總額的34. 9 %
(含核電和熱電系統) 。現在除60 萬千瓦機組和部分30 萬千瓦新建機組外,30 萬千瓦改造機組和30 萬千瓦以下的新建機組已經大量採用國產dcs。
冶金領域隨著技術的發展以及該行業自身對
__的特殊要求,dcs 的使用量正在逐步減小,被plc 系統所替代。目前, dcs 的金額大約佔裝置採購總金額的12 % ,
abb 和siemens 在冶金領域名列前茅。
食品行業以釀酒行業使用最多,siemens 由於與丹麥一家啤酒廠合作開發了一套專用系統,在中國市場占有率最高,其次為honeywell。
(2) plc 技術自二十世紀80 年代走向成熟以來,產品的網路能力、模擬量處理能力、運算速度、記憶體、複雜運算能力均大大增強,不再侷限於邏輯控制的應用,而越來越應用於過程控制方面。目前世界上有200 多個廠家生產300 多種plc 產品,應用在汽車(23 %) 、糧食加工(16. 4 %) 、化學/
製藥(14. 6 %) 、金屬/ 礦山(11. 5 %) 、紙漿/ 造紙(11. 3 %) 等行業。
5 發展前景隨著dcs 與plc 功能的不斷發展和完善,新型的dcs
與新型的plc ,都有向對方*攏的趨勢。新型的dcs 已有很強的順序控制功能;而新型的plc ,在處理閉環控制方面效能較好,而且無論在控制器方面還是網路方面都能做到冗餘。二者能組成大型網路,適用範圍已有很大的交叉,技術上相互融合,並在此基礎上整合了全數位化的fcs(現場匯流排控制系統) 。
fcs 系統在我國工控領域已得到廣泛應用,但還沒成為主
流控制,並且在我國還存在一些問題,有待進一步完善。所以使用者對fcs 的接受和認可還需要乙個過程。
6 結論隨著計算機技術和微電子技術的快速發展,dcs 與
plc除各自保留自身原有的特點外,又相互補充,形成新的系統。新型的dcs 和plc 功能上已沒有多大的差別。如果說它們有什麼區別的話,就是設計原理不同。
plc 是基於開關量控制而開發、發展起來的,而dcs 起源於模擬量控制系統。plc 的優勢是順序控制,dcs 的優勢是模擬量控制。若控制迴路較多、模擬量的採集量較大,尤其是在熱電阻、熱電偶的採集量較多的情況下,應選用dcs。
若都是邏輯控制,應選用plc。介於二者之間的,按投資預算決定。若投資預算比較充分,就可以決定採用dcs。
因為dcs 不僅在完成模擬量控制方面比較善長,而且有幾種
plc 經現場使用證明,它們的熱電阻的輸入模組和dcs 的輸入模組的**基本一樣,從除錯的角度看,plc 的訊號輸入卡沒有dcs 的好用,有時在除錯時還容易損壞。
脫硫DCS控制系統除錯方案
編制 審核 批准 目錄一 編制目的 3 二 工程概述 3 三 編制依據 4 四 除錯物件及範圍 4 五 除錯方法及流程 5 5.1分散控制系統恢復 5 5.2系統執行 8 5.3系統恢復應該具備的條件 9 5.4資料採集控制系統的除錯 9 5.5系統配置檢查 9 5.6順序控制系統的除錯 10 5....
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