西门子6ES7216-2AD23-0XB8技术支持

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 FCS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。 

摘 要：本文对PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异进行了分析，指出了三种控制系统之间的渊源及发展方向。 
关键词:可编程序控制器(PLC),分散控制系统(DCS),现场总线控制系统（FCS）
前言 
      上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前世界上新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到国内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现，将给自动化领域带来又一次，其深度和广度将过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。 
      在有些行业，FCS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的，所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试就PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。
PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点 
      目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下：
1 PLC 

（1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。
（2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。
（3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。
（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。
（5）PLC网格既可作为立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。
（6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。
（7）PLC网络如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）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。
（9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等。
2 DCS或TDCS 

（1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Control、CRT）技术于一身的监控技术。
（2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。
（3）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。
（4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。
（5）模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。
（6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。
（7）DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。
（8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。
（9）用于大规模的连续过程控制，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（美国）、（美）等。
3 FCS 

（1）基本任务是：本质（本征）、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。
（2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。
（3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制，取代每台仪器两根线。
（4）在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。

（5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。
（6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。
（7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。
（8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。
（9）局域网，再可与internet相通。
（10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。
（11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider、 proces—Data、 ABB等。
（12）3类FCS的典型
1）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安防爆”技术是重要的，典型产品是FF、World FIP、Profibus—PA；
2）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是Profibus—DP、CANbus；
3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LON Work、Profibus—FMS。 

从上述基本要点的描述中，我们是否注意到一点，用于过程控制的三大系统，没有一个是针对电站而开发的，或者说，在他们开发的初期，都并非以电站做系统的控制对象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为适用范围，有的在适用范围中根本就不提电站。现在奇怪的是，这三大控制系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广泛应用，而且效果也非常好。

在输入、输出设计方面，各种传感器和操作按钮等检测信号根据现场情况一部分经INTERBUS或PROFIBUSI/O 模块组到PLC，一部分直接送至PLC电柜。执行机构的控制信号同样根据现场情况一部分由INTERBUS或PROFIBUS I/O 模块组输出，一部分由PLC直接控制。继电器、断路器等低压电器安装在主动电柜中。功能完善，安装方便 。凸轮控制将原来的凸轮相位系统与凸轮定位装置改为轴编码器装置，采用型编码器，信号由PLC 直接读取，对机械动作的要求相位可以控制。盘车时显示当前相位，方便维护操作

一． 引言
卡车公司涂装线建于80年代初期，由德国工控公司设计施工，电气控制采用继电器控制系统，复杂系数相当高，可谓继电器控制系统，随着时代的发展，原控制原理已经落后，而且接线复杂，其维护和改进都比较困难，由于使用时间过长，电气元件不断老化，故障增多，而且故障点不易查找，以不能满足生产要求，因此，我们对悬链系统进行技术升级，采用PLC控制系统，其性能稳定且造价低廉，增加了故障显示功能，大大改善了设备运行的性，使生产效率提高，设备维修方便。

二． 设备改造前存在的问题，改造工作原理及方案
1．改造前存在的问题
① 经常出现事故和制约生产
原系统采用继电器控制，其控制原理落后、接线复杂，措施不够，经常出现室体大门误动作挤坏驾驶室的事故，严重的会导致驾驶室报废，从而给企业带来不必要的损失，也严重制约着生产节拍。
② 维修困难和维修费用过高
由于使用时间过长，电气元件不断老化，故障增多，而且故障点不易查找，从而导致维修时间过长，维修费用过高，由于系统误动作或其他原因导致主控接触器和保险频繁损坏，平均每月至少要换4台接触器，大大提高了维修成本。
③ 可操作性太差
由于本系统控制原理复杂、连锁较多，使用了相当多的中间继电器，在操作中经常需要操作人员用手去按继电器辅助系统工作，一是操作人员的人身难以，二是由于操作失误或操作不熟练造成的故障较多，从而使电气维修人员排查起来相当困难。

2．系统工作原理
我们在流水生产过程中工件一直悬挂在挂具上面，由悬链实现移动、摆动及工位循环，依次经过的工序有预处理----电泳----水洗----烘干，然后下线，也就是说如果悬链出现问题，标志着整条生产线无发正常运行，这也是我们选择对其进行技术升级的原因，由于其控制原理复杂，在此我们只做简单讲述：系统上电运行后，悬链无动作，当电泳升降机发送给本系统一个摆动信号时，悬链以0.5米为单位的行程低速循环摆动，同时，发送给预处理系统一个喷淋信号，此时预处理系统为本工位工件进行前处理工作，（为电泳做准备），当预处理系统对本工位工件处理完毕后再将信号反馈给本系统，此时悬链摆动一个循环后返回原点，（停止摆动），同时，将摆动完成信号发送给电泳升降机系统，当电泳完成后再把此信号反馈给本系统，此时本系统发送一个开门信号分别去预处理和电泳系统，电泳和预处理大门打开，当开门信号反馈给本系统后，悬链以高速运行使工件移动一个工位，当移动完成后，本系统再发送关门信号去预处理和电泳系统，电泳和预处理大门关闭，并将信号反馈给本系统，本系统再发送一个正常运行信号去电泳升降机，此时可以推进升降机进行电泳，同时悬链以0.5米为单位低速循环摆动，至此，工件完成了一个工位的循环。

3．改造方案
本着降低改造成本的原则，我们选用三菱FX系列PLC做主控，为了提要系统性，外部我们选用OMRON小型密封继电器、新华空气开关和接触器、施耐德按钮及信号指示灯，保留其原有远程控制线路及行程开关，控制柜内部重新布线。

硬件部分：
三菱FX1N做主控，输入信号本着从内到外的的原则布线即X000—X010为本操作面板按钮信号，X011—X037为连锁和外部行程开关信号，部分输入信号采用继电器过度。输出信号全部使用OMRON小型密封继电器过度，以提高PLC的使用寿命和系统性。外部连锁信号本着先预处理后电泳的原则布线，使检查维修加有条序性，部分按钮使用双功能，即在自动和手动两种状态下，同一个按钮发挥两种不同的功能。部分信号指示灯使用双显功能，即同一个信号灯以一秒时钟脉冲闪烁为一种信号状态或一个故障信号，常亮为一种信号状态或一个故障信号，这样可以显示多的故障信号和运行信号，为维修和操作带来方便，同时节约成本。
软件程序部分：
编程语言采用逻辑梯形图编程，大部分输入信号均设PLC内部中间继电器过度，便于故障查询和程序连锁，部分信号采用上升沿和下降沿控制，以防止信号误动作或其他干扰，提高系统性和性，大部分内部中继采用置位/复位指令，便于状态保留。程序设计中，针对原系统经常出现事故和故障的环节进行了细致的分析，增加了多条保护程序和故障显示程序，按钮信号通过“手动/自动”在程序中实现两种状态，而且部分按钮信号使用上升/下降沿指令，从而提高可操作性和避免误操作，程序中使用了一个强制信号，便于故障自动修复。故障显示程序使用双故障条件，实现一个指示灯两种故障显示。
三． 实施注意事项及内容
1． 部分
本系统设计的在原控制系统的分析和PLC程序设计部分
由于原系统工作原理复杂，联锁信号繁多，我们对其进行的研究分析，搞清工作原理，取出所有联锁信号，针对经常出现事故和故障的环节进行分析，并且出解决方案。在PLC程序部分，也是联锁信号，中继均使用置位/复位指令，保护程序要、有效。
2． 难点部分
本系统施工的难点在远程线路输入/输出部分。
由于继电器控制和PLC控制的设计思路和施工布线有些区别，我们在保留原远程线路和开关的基础上，对原线路进行细致的测量、改造，原所有急停线路均串联在一块返回控制柜，这样我们就无法对信号的来源进行区分，对此，我们拆除原急停线路，使用原急停指示灯线路做远程急停线路，其他线路根据现场情况进行改进

以来我国城市集中供热事业发展，促进了城市经济与社会发展，改善了北方地区人民的生活条件。但是部分城市集中供热管网也存在技术落后、浪费热能、事故时有发生等等问题，因此城市集中供热自动化监控成为城市集中供热的发展趋势。
以北京某区供热厂供热系统为例，该供热厂有5台10吨燃煤锅炉供热和1台5吨燃气锅炉，二次系统有9个换热站。
系统控制要求
一次系统监控要求：
（1） 5台燃煤锅炉供热和1台燃气锅炉的运行设置手动运行和自动运行。
（2） 锅炉的各运行参数由PLC实时采集，并且在调度室IPC的机上显示。监控画面要求动态模拟锅炉运行过程。
（3） 锅炉自动运行时，保证炉膛负压在的范围内。炉膛负压可以通过调节鼓风机或者引风机频率来保证。
（4） 锅炉自动运行时，保证炉内的煤得到充分燃烧，提高锅炉热效率。炉膛内含氧量可以通过调节鼓风机频率来保证。
（5） 当室外温度降低，当前运行的锅炉满负荷运行也不能满足用户需求时，自动增加一台锅炉投入运行。
系统特点
（6） 循环泵根据出回水温差来调节频率，泵变频运行来保证锅炉的回水压力。
二次系统监控要求：
（1） 通过PLC实时采集换热站各运行参数，如：换热器的出水回水温度和压力、回水电动调节阀开度、水泵和电动调节阀运行状态等。
（2） 循环泵和泵运行频率根据相关温度压力的变化由PLC实现自动调节。
（3） 电动调节阀的开度由PLC根据用户的回水温度来自动调节，以达到用户室内温度不16℃的要求。
（4） 所有换热站的相关运行数据都要在调度室的IPC的监控画面上显示。
由于燃煤锅炉自动运行的控制较为复杂但是单台锅炉输入/输出量不多，换热站比较多而且距离调度室较远；控制器选择CTS7-200 系列PLC。CTS7-200包含丰富的指令，PID算法指令方便使用；自由口通讯模式可轻易的实现PLC与三方设备的通讯。
系统描述
该系统控制器选用CTS7-200 PLC，上位软件选用力控的组态软件PCAuto 3.62 。一次系统控制器与上位机由RS485总线的PPI协议实现通讯。二次系统1＃和2＃换热站离调度室比较近，故CTS7-200 PLC与上位机直接使用PPI电缆进行通讯，其他的换热站离调度室约500到3000米，距离较远，因此上位机采用GPRS通讯方式与CTS7-200 PLC通讯。