鹰潭西门子S7-1200代理商

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集成PLC与DCS的新型过程控制系统
 

可编程序控制器（PLC）及集散控制系统（DCS）是目前工业控制领域*泛使用的两种控制技术， 它们各自具有明显的优势及劣势， 如PLC在高速的顺序控制中占主导地位， 而DCS则在复杂的过程控制中占优势； PLC体积小， 使用灵活， 价格相对较低， 但在通讯功能及管理能力方面不及DCS， DCS虽然通讯及管理能力较强， 但体积大， 价格相对较高. 在这种情况下， 用户期望得到一种集PLC与DCS优点于一体的控制系统， 这种混合式控制系统（以下简称HCS）应既能实现逻辑及顺序控制， 又能很好地完成过程控制， 同时还应具有管理功能， 且体积小， 价格较低， 可靠性高。一些自控设备生产厂商已有产品问世， Rockwell公司新近推出的Allen-Bradley（A-B）品牌ProcessLogix过程控制系统便是其中一例。

本文将介绍一种混合式控制系统， 既吸取传统DCS“管理集中， 控制分散”的设计精髓， 又保留传统PLC所固有的灵活性及低价位等优点， 适用于离散控制、顺序控制及连续控制场合， 以成本来完成高技术的自动化。

一、PLC与DCS比较

如果按从弱至强将PLC与DCS的性能划分为1至10个等级， 则可将它们的对比列于表1

表1　PLC与DCS的比较

早期的PLC以数字量的顺序控制为主。随着PLC功能不断扩充，PLC增加了模拟量控制功能、PID调节功能、通讯联网功能及分级控制功能等，在过去DCS占统治地位的、冶金等行业也可由PLC进行控制。但PLC难以组成大型、复杂、综合的系统，如果过多的PC企图通过网络与过多的PLC通讯，则可能导致瓶颈现象及计时上的困难。

DCS是由模拟仪表控制系统发展而来，初期的功能以回路调节为主，之后又加入了顺序控制的功能。DCS的设计思想是操作管理集中，控制分散以提高整个系统的可靠性及管理能力。DCS的上述优势使它在控制系统市场仍占主流。 但DCS比PLC价位高，对一些资金有限的中小型企业有时难以承受。

本文探讨的这种混合式控制系统整合了PLC与DCS的优势，对需要实现自动化（LCA）的场合尤为适用。

二、混合式控制系统结构

图1所示为混合式控制系统。该系统主要以DCS的设计思想为基础，综合PLC与DCS的各自优势。它主要由系统网络、 操作员工作站、*服务器、控制器及输入/输出（I/O）模块等部分组成。

1、系统网络

对DCS而言，系统网络是整个系统的基础和核心，对整个系统的实时性、可靠性和可扩充性起着决定性的作用。对混合式控制系统也是如此。

如图1所示，HCS是分级控制系统，共分两级：操作管理级及过程控制级。操作管理级的各项设备——操作员工作站及*服务器由N1网连接。N1网是一局域网（LAN），对它的要求是能以较高的速率传输大量数据，可选用Ethernet（以太网）或ARCNET。Ethernet采用载波侦听/多路访问协议，具有10Mbps及100Mbps的通讯速度，但它不具备实时性；ARCNET采用令牌传输协议，具有2.5Mbps的通讯速度，具有好的实时性。N1网的网络拓朴结构可采用星形、总线形、混合形等。总线结构的网络技术比较成熟，施工相对简单，节点的加入或退出也*中止网络运行，是工业控制网常用的网络结构。N1网的传输介质可使用双绞线、同轴电缆或光纤。

N2网将过程控制级的控制器与控制器、控制器与远程I/O、远程I/O与远程I/O连接起来，并使之与*服务器相连. 对N2网的要求是实时性，即一旦N2网上某节点发送数据，则该网络上所连接的各节点应能同时接收到该数据，实现数据共享。这一点对实时性很强的过程控制十分重要。N2网还具有其它特性，如给网络添加新设备不会造成网络通讯拥塞，*消除系统瓶颈现象；开放式体系结构使它与PLC、智能马达驱动器等其它设备相兼容。

A-B的ProcessLogix过程控制系统N1网采用总线结构的Ethernet，N2网采用A-B自己的ControlNet网络，如果采用中继器，传输距离可达30km。

2、操作员工作站

操作员工作站是HCS与用户进行信息交换的设备，其主要功能是为运行操作提供人机界面，使操作人员及时全面地了解系统运行情况，并对生产过程进行调节和控制。随着微型计算机性能的不断提高，操作员工作站可由PC机承担，由于操作员工作站与*服务器通过局域网相连，所以欲添加一个操作员工作站十分容易，只要在N1网上增加一个PC机并让*服务器为新添加的操作员工作站提供客户软件即可。

3、*服务器

所有的系统信息、报告及总数据库由*服务器统一管理，以实现信息集中管理。*服务器用Windows NT为操作系统，配以系统应用软件，还可与企业管理系统相连。DCS的组态功能在HCS中也由*服务器提供。工程师可利用*服务器的系统应用软件来或添加控制配置并下载至控制器中。

4、控制器

控制器为自动控制系统中的控制**。HCS的控制器与PLC一样采用了典型的计算机结构，主要包括处理器、内存、I/O接口，外加通讯接口。HCS控制器的框架沿袭了传统PLC的框架尺寸结构，因而体积比DCS小得多。虽然从尺寸与外形上看，HCS控制器与PLC较其相似，但它绝不是PLC的简单翻版。HCS控制器在过程控制中执行闭环及顺序控制，能胜任DCS所承担的过程控制任务。HCS控制器采用模块化结构形式，处理器模块、本地I/O模块、通讯接口模块等均插入同一框架中，通过数据总线相连，实现“软接线”，另外，通过N2网还可扩展远程I/O模块。

每个HCS可支持多个控制器，而每个控制器又可支持多达上百个控制回路。这样由HCS便可组成较大型的控制系统，且控制是分散的。如ProcessLogix控制系统较多可支持16个控制器，每个控制器可支持125～150个控制回路。

5、输入/输出（I/O）模块

HCS提供了能与工业现场I/O信号直接相连的各种规格的I/O模块， 如模拟量/数字量、 直流/交流、电压/电流及不同电压等级的I/O模块等。这些I/O模块可与工业现场的按钮、变送器、传感器、电磁阀门及马达控制器等设备元件直接相连，使用灵活方便