廈門仲鑫達自動化設備有限公司
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摘 要:本文對PLC、DCS、FCS三大控制系統的特點和差異進行了分析,指出了三種控制系統之間的淵源及發展方向。
關鍵詞:可編程序控制器(PLC),分散控制系統(DCS),現場總線控制系統(FCS)
前言
上世紀九十年代走向實用化的現場總線控制系統,正以迅猛的勢頭快速發展,是目前世界上最新型的控制系統。現場總線控制系統是目前自動化技術中的一個熱點,正受到國內外自動化設備制造商與用戶越來越強烈的關注。現場總線控制系統的出現,將給自動化領域帶來又一次革命,其深度和廣度將超過歷史的任何一次,從而開創自動化的新紀元。
在有些行業,FCS是由PLC發展而來的;而在另一些行業,FCS又是由DCS發展而來的,所以FCS與PLC及DCS之間有著千絲萬縷的聯系,又存在著本質的差異。本文試就PLC、DCS、FCS三大控制系統的特點和差異作一分析,指出它們之間的淵源及發展方向。
PLC、DCS、FCS三大控制系統的基本特點
目前,在連續型流程生產自動控制(PA)或習慣稱之謂工業過程控制中,有三大控制系統,即PLC、DCS和FCS。它們各自的基本特點如下:
1 PLC
(1)從開關量控制發展到順序控制、運送處理,是從下往上的。
(2)連續PID控制等多功能,PID在中斷站中。
(3)可用一臺PC機為主站,多臺同型PLC為從站。
(4)也可一臺PLC為主站,多臺同型PLC為從站,構成PLC網絡。這比用PC機作主站方便之處是:有用戶編程時,不必知道通信協議,只要按說明書格式寫就行。
(5)PLC網格既可作為獨立DCS/TDCS,也可作為DCS/TDCS的子系統。
(6)大系統同DCS/TDCS,如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
(7)PLC網絡如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。
(8)主要用于工業過程中的順序控制,新型PLC也兼有閉環控制功能。
(9)制造商:GOULD(美)、AB(美)、GE(美)、OMRON(日)、MITSUBISHI(日)、Siemens(德)等。
2 DCS或TDCS
(1)分散控制系統DCS與集散控制系統TDCS是集4C(Communication,Computer, Control、CRT)技術于一身的監控技術。
(2)從上到下的樹狀拓撲大系統,其中通信(Communication)是關鍵。
(3)PID在中斷站中,中斷站聯接計算機與現場儀器儀表與控制裝置。
(4)是樹狀拓撲和并行連續的鏈路結構,也有大量電纜從中繼站并行到現場儀器儀表。
(5)模擬信號,A/D—D/A、帶微處理器的混合。
(6)一臺儀表一對線接到I/O,由控制站掛到局域網LAN。
(7)DCS是控制(工程師站)、操作(操作員站)、現場儀表(現場測控站)的3級結構。
(8)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。
(9)用于大規模的連續過程控制,如石化等。
(10)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(美國)、Taylor(美)等。
3 FCS
(1)基本任務是:本質(本征)安全、危險區域、易變過程、難于對付的非常環境。
(2)全數字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。
(3)用兩根線聯接分散的現場儀表、控制裝置、PID與控制中心,取代每臺儀器兩根線。
(4)在總線上PID與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。
(5)多變量、多節點、串行、數字通信系統取代單變量、單點、并行、模擬系統。
(6)是互聯的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。
(7)用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。
(8)由現場電腦操縱,還可掛到上位機,接同一總線的上一級計算機。
(9)局域網,再可與internet相通。
(10)改變傳統的信號標準、通信標準和系統標準入企業管理網。
(11)制造商:美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、歐 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
(12)3類FCS的典型
1)連續的工藝過程自動控制如石油化工,其中“本安防爆”技術是絕對重要的,典型產品是FF、World FIP、Profibus—PA;
2)分立的工藝動作自動控制如汽車制造機器人、汽車,典型產品是Profibus—DP、CANbus;
3)多點控制如樓宇自動化,典型產品是LON Work、Profibus—FMS。
從上述基本要點的描述中,我們是否注意到一點,用于過程控制的三大系統,沒有一個是針對電站而開發的,或者說,在他們開發的初期,都并非以電站做系統的首選控制對象。而在這些系統的使用說明中也絕不把電站做為首選適用范圍,有的在適用范圍中根本就不提電站。現在奇怪的是,這三大控制系統,尤其是DCS、PLC,都在電站得到了廣泛應用,而且效果也非常好。
PLC產品種類繁多,其規格和性能也各不相同。對PLC的分類,通常根據其結構形式的不同、功能的差異和I/O點數的多少等進行大致分類。
1.按結構形式分類
根據PLC的結構形式,可將PLC分為整體式和模塊式兩類。
(1)整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內, 具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結構。整體式PLC由不同I/O點數的基本單元(又稱主機)和擴展單元組成。基本單元內有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口,以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有I/O和電源等,沒有CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元,如模擬量單元、位置控制單元等,使其功能得以擴展。
(2)模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分,分別作成若干個單獨的模塊,如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在CPU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活,可根據需要選配不同規模的系統,而且裝配方便,便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結構。
還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來,構成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊,但它們之間是靠電纜進行聯接,并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣,不但系統可以靈活配置,還可做得體積小巧。
2.按功能分類
根據PLC所具有的功能不同,可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。
(1)低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監控等基本功能,還可有少量模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統。
(2)中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外,還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯網等功能。有些還可增設中斷控制、PID控制等功能,適用于復雜控制系統。
(3)高檔PLC 除具有中檔機的功能外,還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯網功能,可用于大規模過程控制或構成分布式網絡控制系統,實現工廠自動化。
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