论文部分内容阅读
一、DCS的产生及技术特点
DCS为分散控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。70年代工业的发展使生产过程日益复杂,规模更加扩大,在生产中采用原来的集中控制系统,可靠性差,出现事故时会中断生产,为提高可靠性,满足生产过程控制要求,70年代初,美国日本利欧洲等国开始研制集散型控制系统(DCS)。 DCS是计算机、通信、CRT和控制技术的结合。
DCS系统的—些主要特点为:(1)控制功能强。可实现复杂的控制规律,如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等,也可实现顺序控制。(2)系统可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人机交互接口。(4)软硬件采用模块化积木式结构。(5)系统容易开发。(6)用组态软件,编程简单,操作方便。(7)具有良好的性价比。DCS是以微处理器为核心,实现地理上和功能上相对分散的控制系统,通过数据通道把各个分散点的信息集中起来,进行集中的监视和操作,它具有事故分析、性能计算、历史数据存储、分析、各种报表生成、打印等功能,目前已经在国内外得到非常广泛的应用。在DCS系统中,测量变送,执行器一般由模拟仪表来完成,他们与控制室的监控计算机共同构成控制系统,是模拟和数字混合系统,可实现高级复杂规律的控制。
二、PLC产生及技术特点
60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。可编程控制器(PLC)是60年代发展起来的一种自动控制装置,是一种嵌入式的工控机,他以顺序控制为主,回路调节为辅,能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能,既能进行开关量控制,又能进行模拟量控制,还具有通信功能。随着自动控制技术,计算机技术和微电子技术的迅猛发展,PLC的发展十分迅速,一方面继续开发简易,价格低廉,超小型产品,另一方面转向大型、多功能、系列化、标准化、智能化产品的研制。在单台设备的自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化, PLC在其中充当着重要作用。
PLC是一种面向工业现场的控制装置,它的特点为:(1)高可靠性和抗扰能力,可适应恶劣的工业现场环境。(2)I/O模块化,智能化,方便组合和扩充。(3)操编程方便。(4)完善的监视和诊断功能。我们应该看到PLC的直观、简单、价格低、易维护、高可靠性等特点,并且现在的PLC不再是原来只能实现开关量控制和PID调节等功能的PLC,随着模糊控制、神经元网络、遗传算法等学科的日益成熟,PLC可以而且已经不断融合这些及其他先进的技术,佼控制、通信等功能不断增强,现在,模糊控制功能已植入到了PLC内,产品已经投放到了市场,控制功能更加强大。
三、DCS及PLC的区别
DCS和PLC的设计原理区别较大,PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,70年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;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。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作,这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块(有的DCS系统称为膨化块)。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统,一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上,即使后来两者相互有些渗透,但是还是有区别。80年代以后,PLC除逻辑运算外,也有一些控制回路用的算法,但要完成一些复杂运算还是比较困难,PLC用梯形图编程,模拟量的运算在编程时不太直观,编程比较麻烦。但在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。而DCS把所有输入都当成模拟量,1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于PLC解算一个PID运算在几十毫秒,这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。不同型号的DCS,解算PID所需时间不同,但都在几十毫秒的量级。如早期的TDC2000系统,1秒钟内完成8个回路的控制运算。随着芯片技术的发展,解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与功能块的安排方式和组态方式有关。
在接地电阻方面,对PLC也许要求不高,但对DCS一定要在几欧姆以下(通常在4欧姆以下)。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的地方,应配置本质安全栅。
相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。DCS的控制器,只能几百个I/O点(不超过500个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多,最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通讯网络等的冗余方面,一些高级运算、行业的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。
综上所述,DCS是工控领域发展的主流,在很长时期内仍具有旺盛的生命力,而PLC通过不断的发展,将在工控系统中继续发挥它的强大的控制功能。顺应当前技术发展潮流,系统投入、运行成本低,可靠性高,管理维护容易,结构简单,易扩充和具有高度系统集成主动权的控制系统才会在控制领域占据一席之地。
DCS为分散控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。70年代工业的发展使生产过程日益复杂,规模更加扩大,在生产中采用原来的集中控制系统,可靠性差,出现事故时会中断生产,为提高可靠性,满足生产过程控制要求,70年代初,美国日本利欧洲等国开始研制集散型控制系统(DCS)。 DCS是计算机、通信、CRT和控制技术的结合。
DCS系统的—些主要特点为:(1)控制功能强。可实现复杂的控制规律,如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等,也可实现顺序控制。(2)系统可靠性高。(3)采用CRT操作站有良好的人机交互接口。(4)软硬件采用模块化积木式结构。(5)系统容易开发。(6)用组态软件,编程简单,操作方便。(7)具有良好的性价比。DCS是以微处理器为核心,实现地理上和功能上相对分散的控制系统,通过数据通道把各个分散点的信息集中起来,进行集中的监视和操作,它具有事故分析、性能计算、历史数据存储、分析、各种报表生成、打印等功能,目前已经在国内外得到非常广泛的应用。在DCS系统中,测量变送,执行器一般由模拟仪表来完成,他们与控制室的监控计算机共同构成控制系统,是模拟和数字混合系统,可实现高级复杂规律的控制。
二、PLC产生及技术特点
60年代末有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。可编程控制器(PLC)是60年代发展起来的一种自动控制装置,是一种嵌入式的工控机,他以顺序控制为主,回路调节为辅,能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能,既能进行开关量控制,又能进行模拟量控制,还具有通信功能。随着自动控制技术,计算机技术和微电子技术的迅猛发展,PLC的发展十分迅速,一方面继续开发简易,价格低廉,超小型产品,另一方面转向大型、多功能、系列化、标准化、智能化产品的研制。在单台设备的自动化、多台设备自动化和整个工厂的生产过程自动化, PLC在其中充当着重要作用。
PLC是一种面向工业现场的控制装置,它的特点为:(1)高可靠性和抗扰能力,可适应恶劣的工业现场环境。(2)I/O模块化,智能化,方便组合和扩充。(3)操编程方便。(4)完善的监视和诊断功能。我们应该看到PLC的直观、简单、价格低、易维护、高可靠性等特点,并且现在的PLC不再是原来只能实现开关量控制和PID调节等功能的PLC,随着模糊控制、神经元网络、遗传算法等学科的日益成熟,PLC可以而且已经不断融合这些及其他先进的技术,佼控制、通信等功能不断增强,现在,模糊控制功能已植入到了PLC内,产品已经投放到了市场,控制功能更加强大。
三、DCS及PLC的区别
DCS和PLC的设计原理区别较大,PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,70年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;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。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。程序计数器这样的循环操作,这是DCS所没有的。这也是使PLC的冗余不如DCS的原因。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都作成功能块(有的DCS系统称为膨化块)。70年代中期的DCS只有模拟量控制。如TDC2000系统,一个控制器一秒钟内能完成8个PID回路的运算。首先应用的是化工行业。DCS和PLC的表现的主要差别是在开关量的逻辑解算和模拟量的运算上,即使后来两者相互有些渗透,但是还是有区别。80年代以后,PLC除逻辑运算外,也有一些控制回路用的算法,但要完成一些复杂运算还是比较困难,PLC用梯形图编程,模拟量的运算在编程时不太直观,编程比较麻烦。但在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。而DCS把所有输入都当成模拟量,1位就是开关量。解算一个逻辑是在几百微秒至几毫秒量级。对于PLC解算一个PID运算在几十毫秒,这与DCS的运算时间不相上下。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。不同型号的DCS,解算PID所需时间不同,但都在几十毫秒的量级。如早期的TDC2000系统,1秒钟内完成8个回路的控制运算。随着芯片技术的发展,解算一个算法的时简在缩短。解算一个算法所需时间与功能块的安排方式和组态方式有关。
在接地电阻方面,对PLC也许要求不高,但对DCS一定要在几欧姆以下(通常在4欧姆以下)。模拟量隔离也是非常重要的。在有爆炸危险的地方,应配置本质安全栅。
相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。DCS的控制器,只能几百个I/O点(不超过500个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。如果主要是模拟量控制、并且函数运算很多,最好采用DCS。DCS在控制器、I/O板、通讯网络等的冗余方面,一些高级运算、行业的特殊要求方面都要比PLC好的多。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。
综上所述,DCS是工控领域发展的主流,在很长时期内仍具有旺盛的生命力,而PLC通过不断的发展,将在工控系统中继续发挥它的强大的控制功能。顺应当前技术发展潮流,系统投入、运行成本低,可靠性高,管理维护容易,结构简单,易扩充和具有高度系统集成主动权的控制系统才会在控制领域占据一席之地。