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1、集成PLC与DCS的新型经过控制系统jiangf导语：讨论了一种集PLC与DCS上风于一体的新型混合式经过控制系统HCSPLC是由早期继电器逻辑控制系统与微机计算机技术相结合而开展起来的，它是以微处理器为主的一种工业控制仪表，它融计算机技术、控制技术和通讯技术于一体，集顺序控制、经过控制和数据处理于一身，可靠性高、功能强大、控制灵敏、操纵维护简单。近几年来，可编程序控制器及组成系统在我国冶金、电厂、轻工石化、矿业、水处理等行业更是到了广泛的应用，并获得了一定的经济效益。由于工业消费经过是一个分散系统，因此经过控制的方式最好是分散进展，而监视、操纵和最正确化治理应以集中为好。随着工业消费规模不断
2、扩大，控制治理的要求不断进步，经过参数日益增多，控制回路越加复杂，在70年代中期产生了集散控制系统，他一经出现就受到工业控制界的青睐。DCS是集计算机技术、控制技术、网络通讯技术和图形显示技术于一体的系统。与常规的集中式控制系统相比有如下特点：1、实现了分散控制。它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。2、实现集中监视、操纵和治理。使得治理与现场别离，治理更能综合化和系统化，3、采用网络通讯技术，这是DCS的关键技术，它使得控制与治理都具实时性，并解决系统的扩大与晋级问题。目前，由于PLC把专用的数据高速公路HIGHWAY改成通用的网络，并逐步将PLC之间的通讯规约靠拢使得PL
3、C有条件和其它各种计算机系统和设备实现集成，以组成大型的控制系统，这使得PLC系统具备了DCS的形态，这样，基于PLC的DCS系统目前在国内外都得到了广泛的应用。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最广泛使用的两种控制技术，它们各自具有明显的上风及优势，如PLC在高速的顺序控制中占主导地位，而DCS那么在复杂的经过控制中占上风；PLC体积小，使用灵敏，价格相对较低，但在通讯功能及治理才能方面不及DCS，DCS固然通讯及治理才能较强，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应既能完美地实现逻
4、辑及顺序控制，又能很好地完成经过控制，同时还应具有治理功能，且体积小，价格较低，可靠性高。一些自控设备消费厂商已有产品问世，Rockwell公司新近推出的Allen-BradleyA-B品牌ProcessLogix经过控制系统便是其中一例。本文将介绍一种混合式控制系统，既汲取传统DCS“治理集中，控制分散的设计精华，又保存传统PLC所固有的灵敏性及低价位等优点，适用于离散控制、顺序控制及连续控制场合，以最低本钱来完成高技术的自动化。一、PLC与DCS比拟假如按从弱至强将PLC与DCS的性能划分为1至10个等级，那么可将它们的比照列于表1比拟工程PLC控制DCS控制高速顺序控制106复杂经过控制
5、610硬件可性98联网和通讯功能48治理才能39系统诊断和报警38早期的PLC以数字量的顺序控制为主。随着PLC功能不断扩大，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占统治地位的化工、冶金等行业也可由PLC进展控制。但PLC难以组成大型、复杂、综合的系统，假如太多的PC企图通过网络与太多的PLC通讯，那么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开展而来，初期的功能以回路调节为主，之后又参加了顺序控制的功能。DCS的设计思想是操纵治理集中，控制分散以进步整个系统的可靠性及治理才能。DCS的上述上风使它在控制系统的高端市场仍占主流。但
6、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。本文讨论的这种混合式控制系统整合了PLC与DCS的上风，对需要实现低本钱自动化LCA的场合尤为适用。二、混合式控制系统构造图1所示为混合式控制系统。该系统主要以DCS的设计思想为根底，综合PLC与DCS的各自上风。它主要由系统网络、操纵员工作站、中央效劳器、控制器及输入/输出I/O模块等局部组成。1、系统网络对DCS而言，系统网络是整个系统的根底和核心，对整个系统的实时性、可靠性和可扩大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：操纵治理级及经过控制级。操纵治理级的各项设备操纵员工作站及
7、中央效劳器由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以太网或者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网的网络拓朴构造可采用星形、总线形、混合形等。总线构造的网络技术比拟成熟，施工相对简单，节点的参加或者退出也无需中止网络运行，是工业控制网常用的网络构造。N1网的传输介质可使用双绞线、同轴电缆或者光纤。N2网将经过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
8、连接起来，并使之与中央效劳器相连.对N2网的要求是实时性，即一旦N2网上某节点发送数据，那么该网络上所连接的各节点应能同时接收到该数据，实现数据分享。这一点对实时性很强的经过控制特别重要。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，彻底消除系统瓶颈现象；开放式体系构造使它与PLC、智能马达驱动器等其它设备相兼容。A-B的ProcessLogix经过控制系统N1网采用总线构造的Ethernet，N2网采用A-B自己的ControlNet网络，假如采用中继器，传输间隔可达30km。2、操纵员工作站操纵员工作站是HCS与用户进展信息交换的设备，其主要功能是为运行操纵人员提供人机界面
9、，使操纵人员及时全面地理解系统运行情况，并对消费经过进展调节和控制。随着微型计算机性能的不断进步，操纵员工作站可由PC机承当，由于操纵员工作站与中央效劳器通过局域网相连，所以欲添加一个操纵员工作站特别轻易，只要在N1网上增加一个PC机并让中央效劳器为新添加的操纵员工作站提供客户软件即可。3、中央效劳器所有的系统信息、报告及总数据库由中央效劳器统一治理，以实现信息集中治理。中央效劳器用WindowsNT为操纵系统，配以系统应用软件，还可与企业治理系统相连。DCS的组态功能在HCS中也由中央效劳器提供。工程师可利用中央效劳器的系统应用软件来修改或者添加控制配置并下载至控制器中。4、控制器控制器为自
10、动控制系统中的控制中枢。HCS的控制器与PLC一样采用了典型的计算机构造，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的框架尺寸构造，因此体积比DCS小得多。固然从尺寸与外形上看，HCS控制器与PLC极其相似，但它绝不是PLC的简单翻版。HCS控制器在经过控制中执行闭环及顺序控制，能胜任DCS所承当的经过控制任务。HCS控制器采用模块化构造形式，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
11、可组成较大型的控制系统，且控制是分散的。如ProcessLogix控制系统最多可支持16个控制器，每个控制器可支持125150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/沟通、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，使用灵敏方便。三、混合式控制系统特点1、分级分散控制，集中治理HCS保存了DCS信息集中，控制分散的上风。系统按功能在垂直方向分为两级：操纵治理级及经过控制级。各级之间既有分工，又有联络，在系统的协调下运行。同时
12、，按消费经过作程度分解，以知足控制遍布整个厂区的需要。采用该分散控制构造，将多个控制器及I/O框架分散后进展联网，一方面可将消费经过的全部信息通过网络传送至中央效劳器以实现信息集中，另一方面防止因个别设备出现故障殃及整个系统而造成的危险，进步可靠性。2、灵敏性高及可扩展性强HCS采用模块化及积木化的构造形式，用户可选择不同数目、不同规格的单元设备以组成不同要求、不同规模的硬件系统。例如，控制器及其远程I/O均采用PLC式的模块构造，用户可根据不同应用场合选用不同规格的模块；整个系统采用分级分散的网络构造形式，使增加或者去除某些单元不会影响整个系统的性能，这种灵敏的组装方式使系统扩展变得轻易，有
13、利于工厂按当前规模配置系统，进步设备的利用效率。3、可靠性高1冗余技术HCS允许用户在任何需要的关键局部扩大冗余部件，以免由于某个部件失效而影响系统运行。如在控制器中参加冗余的处理器，参加冗余的中央效劳器及冗余的传输介质如同轴电缆等。2自诊断功能HCS系统软件可在线监视整个系统的软硬件状态，一旦发现异常情况，可立即采取有效措施，以防止故障扩大。3断电保护功能HCS控制器的处理器模块内装有锂电池，以防止掉电而造成数据丧失。四、混合式控制系统的展望1、体积更小、价格更低、功能更强随着超大规模集成电路技术的开展，HCS的控制器将采用更高性能的微处理器作为处理器，使控制功能大大增强；随着安装布线技术的
14、开展，HCS可采用外表安装及扁平封闭技术，使HCS的体积更小，价格更低。2、I/O模块更丰富多样由于I/O模块与工业现场设备直接相连，所以I/O模块功能的强弱直接影响系统控制才能。为此，各消费厂商竞相研制各种丰富多样的I/O模块，如定位控制模块、CRT模块、数控模块、计算模块、语音处理模块、模糊模块等。它们大多是自带处理器的智能型I/O模块，可知足不同场合的复杂控制。假如HCS采用这些智能I/O模块，将大大增强其控制功能。3、引入人工智能技术1在系统应用软件中采纳智能控制算法，如模糊逻辑、专家系统、遗传算法、神经元网络等高级控制算法，形成具有人工智能的控制模块及网络系统，进步系统的控制程度。2利用人工智能技术进展自诊断及故障的早期预测。由于人工神经网络具有自组织自学习自适应的才能及并行处理才能等，经过训练可对HCS进展监控和故障检测，并对故障作出早期预测，优化经过控制，进步系统的工作可靠性。0