如何選擇正確的控制系統(tǒng)?
如何選擇正確的控制系統(tǒng),取決于具體的項(xiàng)目和工廠類型,不同的應(yīng)用場合對(duì)控制系統(tǒng)的要求也各不相同。
大多數(shù)控制系統(tǒng)的決策,可歸結(jié)為選擇PLC還是DCS。兩者在工業(yè)自動(dòng)化控制中占有舉足輕重的地位,PLC和DCS在工業(yè)控制各個(gè)環(huán)節(jié)中不斷升級(jí)、完善,已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)制造中不可或缺的工具。
1、DCS和PLC的差別
DCS(分布式控制系統(tǒng)):相對(duì)于集中控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),在集中控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來。
DCS作為一個(gè)集過程控制和過程監(jiān)控為一體的計(jì)算機(jī)綜合系統(tǒng),在通信網(wǎng)絡(luò)的帶動(dòng)下,已成為一個(gè)綜合計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制等技術(shù)的完整體系。其主要特點(diǎn)是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
PLC(可編程邏輯控制器):是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程,是工業(yè)控制的核心部分。
■ 從發(fā)展方面: DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來,側(cè)重于儀表的控制;PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來,最初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力,因此,PLC強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能力。 ■ 從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性方面: 對(duì)于PLC系統(tǒng)來說,一般沒有或很少有擴(kuò)展的需求,也很少有兼容性的要求。PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如果兩個(gè)或以上的系統(tǒng)要求資源共享,對(duì)PLC來講是很困難的事。 DCS在發(fā)展的過程中也是各廠家自成體系,但大部分的DCS系統(tǒng)雖說系統(tǒng)內(nèi)部(過程級(jí))的通訊協(xié)議不盡相同,但操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò),采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP協(xié)議,這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。 ■ 從數(shù)據(jù)庫方面: DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。在DCS系統(tǒng)中一旦一個(gè)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中,就可在任何情況下引用。而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常都不是統(tǒng)一的,組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫。 ■ 從時(shí)間調(diào)度方面: PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開始執(zhí)行。(現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn),不過對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制)。 而DCS可以設(shè)定任務(wù)周期。比如,快速任務(wù)等,同樣是傳感器的采樣,壓力傳感器的變化時(shí)間很短,可以用200ms的任務(wù)周期采樣,而溫度傳感器的滯后時(shí)間很大,可以用2s的任務(wù)周期采樣。這樣,DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。 ■ 從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面: 一般來講,DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),一層為過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)。大部分DCS使用自己的總線協(xié)議,這些協(xié)議均建立在標(biāo)淮串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎(chǔ)上。第二層為操作級(jí)網(wǎng)絡(luò),采用數(shù)據(jù)吞吐量適中,傳輸速度快,連接方便的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。因操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般布置在控制室內(nèi),對(duì)抗干擾的要求相對(duì)較低,以太網(wǎng)是最佳選擇。 PLC的工作任務(wù)相對(duì)簡單,需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會(huì)太大,所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)和操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起,要么過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)簡化成模件之間的內(nèi)部連接,PLC不會(huì)或很少使用以太網(wǎng)。 ■ 從應(yīng)用對(duì)象方面: PLC一般應(yīng)用在小型自控場所,比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖,而大型的應(yīng)用一般都是DCS。當(dāng)然,這個(gè)概念不太準(zhǔn)確,但很直觀,習(xí)慣上把大于600點(diǎn)的系統(tǒng)稱為DCS,小于這個(gè)規(guī)模叫做PLC。
2、DCS和PLC如何選擇?
PLC和DCS之間如何選擇,取決于具體的項(xiàng)目和工廠類型。因?yàn)閼?yīng)用場合不同,對(duì)控制系統(tǒng)的要求也各不相同。
選擇時(shí)除了一些基本準(zhǔn)則之外,還必須考慮安裝、可擴(kuò)展性、維護(hù)、保養(yǎng)等方面的各種因素。有時(shí),某種選擇非常適合于一個(gè)工廠,而在另外一種情況下可能并不適用。因此,選擇控制系統(tǒng)時(shí)考慮的因素越多,越有助于實(shí)現(xiàn)短期和長期目標(biāo)。
目前,雖然對(duì)小設(shè)備來講,PLC系統(tǒng)可能是最劃算的,但DCS系統(tǒng)則提供了更具經(jīng)濟(jì)性的可擴(kuò)展能力,更可能獲得較高的初始投資回報(bào)。
PLC適用于離散生產(chǎn),一般由單獨(dú)的生產(chǎn)裝置組成,主要用于完成部件的組裝,例如打標(biāo)簽、填充或研磨等。而DCS則適用于過程生產(chǎn)制造。通常使用自動(dòng)化系統(tǒng),以連續(xù)和批處理的方式按照配方而不是按件生產(chǎn)。大型連續(xù)加工設(shè)備,如煉油廠和化工廠,都使用DCS系統(tǒng),混合應(yīng)用通常同時(shí)使用PLC和DCS。
■ 過程規(guī)模: 小系統(tǒng)(<300個(gè)I/O點(diǎn))可能預(yù)算較少,使用PLC更適合。而DCS擁有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫,更易于管理和升級(jí),在大工廠應(yīng)用中更能發(fā)揮其功能。 ■ 升級(jí)計(jì)劃: 規(guī)模較小的工業(yè)過程可以選擇PLC系統(tǒng),但如果該過程需要擴(kuò)展或升級(jí),則需要增加更多的PLC硬件和數(shù)據(jù)庫,并且需要進(jìn)行單獨(dú)維護(hù),這個(gè)過程分廠耗時(shí)且費(fèi)力,而且容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。此時(shí),選擇DCS更為合適。由于DCS更容易升級(jí),也可以從中央集線器對(duì)用戶受信進(jìn)行管理,因此更易于后期的保養(yǎng)和維護(hù)。 ■ 集成需求: 對(duì)于單機(jī)裝置,PLC是理想選擇。當(dāng)工廠配置多個(gè)PLC時(shí),就會(huì)產(chǎn)生相互連接的要求。這一般很難實(shí)現(xiàn),因?yàn)橥ǔP枰猛ㄐ艆f(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行映射。尤其當(dāng)用戶有變更需求時(shí),一旦某個(gè)PLC系統(tǒng)做了變更,就可能導(dǎo)致兩個(gè)PLC不能正常通訊。而DCS則不需要映射,配置變更只是一個(gè)簡單的過程,控制器是系統(tǒng)自帶的。 ■ 高可用性: 對(duì)可用性要求較高的過程,DCS系統(tǒng)可以提供冗余配置。 ■ 功能需求: 某些行業(yè)和設(shè)施需要?dú)v史數(shù)據(jù)庫、流線型的報(bào)警管理、以及配置通用用戶接口的中央控制室。有些則需要制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)的集成、先進(jìn)的控制和資產(chǎn)管理。DCS內(nèi)置就有這些應(yīng)用,很容易被添加到自動(dòng)化工程應(yīng)用中,無需增加獨(dú)立的服務(wù)器,也不會(huì)增加集成成本。從這方面講,DCS系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性更高,而且可以提高生產(chǎn)力,降低風(fēng)險(xiǎn)。 ■ 生命周期投資回報(bào)率: 設(shè)施的需求,因行業(yè)而異。對(duì)于規(guī)模較小的工藝工程,沒有擴(kuò)展需求,也不需要與其它工藝過程區(qū)域集成,因此PLC系統(tǒng)具有較好的投資回報(bào)率。DCS系統(tǒng)可能具有較高的安裝成本,但從全生命周期來看,DCS系統(tǒng)所帶來的產(chǎn)量增加和安全效益,會(huì)抵消一部分成本。
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