如何選擇正確的控制系統(tǒng)?
如何選擇正確的控制系統(tǒng),取決于具體的項目和工廠類型,不同的應用場合對控制系統(tǒng)的要求也各不相同。
大多數控制系統(tǒng)的決策,可歸結為選擇PLC還是DCS。兩者在工業(yè)自動化控制中占有舉足輕重的地位,PLC和DCS在工業(yè)控制各個環(huán)節(jié)中不斷升級、完善,已成為現(xiàn)代工業(yè)生產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)):相對于集中控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng),在集中控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來。
DCS作為一個集過程控制和過程監(jiān)控為一體的計算機綜合系統(tǒng),在通信網絡的帶動下,已成為一個綜合計算機、通信、顯示和控制等技術的完整體系。其主要特點是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
PLC(可編程邏輯控制器):是一種數字運算操作的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算,順序控制,定時,計數與算術操作等面向用戶的指令,并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程,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強調的是邏輯運算能力。 ■ 從系統(tǒng)的可擴展性和兼容性方面: 對于PLC系統(tǒng)來說,一般沒有或很少有擴展的需求,也很少有兼容性的要求。PLC一般都采用專用的網絡結構,如果兩個或以上的系統(tǒng)要求資源共享,對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)內部(過程級)的通訊協(xié)議不盡相同,但操作級的網絡平臺不約而同的選擇了以太網絡,采用標準或變形的TCP/IP協(xié)議,這樣就提供了很方便的可擴展能力。 ■ 從數據庫方面: DCS一般都提供統(tǒng)一的數據庫。在DCS系統(tǒng)中一旦一個數據存在于數據庫中,就可在任何情況下引用。而PLC系統(tǒng)的數據庫通常都不是統(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據庫。 ■ 從時間調度方面: PLC的程序一般不能按事先設定的循環(huán)周期運行。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,不過對任務周期的數量還是有限制)。 而DCS可以設定任務周期。比如,快速任務等,同樣是傳感器的采樣,壓力傳感器的變化時間很短,可以用200ms的任務周期采樣,而溫度傳感器的滯后時間很大,可以用2s的任務周期采樣。這樣,DCS可以合理的調度控制器的資源。 ■ 從網絡結構方面: 一般來講,DCS慣常使用兩層網絡結構,一層為過程級網絡。大部分DCS使用自己的總線協(xié)議,這些協(xié)議均建立在標淮串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎上。第二層為操作級網絡,采用數據吞吐量適中,傳輸速度快,連接方便的網絡標準。因操作級網絡一般布置在控制室內,對抗干擾的要求相對較低,以太網是最佳選擇。 PLC的工作任務相對簡單,需要傳輸的數據量一般不會太大,所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網絡結構。過程級網絡和操作級網絡要么合并在一起,要么過程級網絡簡化成模件之間的內部連接,PLC不會或很少使用以太網。 ■ 從應用對象方面: PLC一般應用在小型自控場所,比如設備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖,而大型的應用一般都是DCS。當然,這個概念不太準確,但很直觀,習慣上把大于600點的系統(tǒng)稱為DCS,小于這個規(guī)模叫做PLC。
2、DCS和PLC如何選擇?
PLC和DCS之間如何選擇,取決于具體的項目和工廠類型。因為應用場合不同,對控制系統(tǒng)的要求也各不相同。
選擇時除了一些基本準則之外,還必須考慮安裝、可擴展性、維護、保養(yǎng)等方面的各種因素。有時,某種選擇非常適合于一個工廠,而在另外一種情況下可能并不適用。因此,選擇控制系統(tǒng)時考慮的因素越多,越有助于實現(xiàn)短期和長期目標。
目前,雖然對小設備來講,PLC系統(tǒng)可能是最劃算的,但DCS系統(tǒng)則提供了更具經濟性的可擴展能力,更可能獲得較高的初始投資回報。
PLC適用于離散生產,一般由單獨的生產裝置組成,主要用于完成部件的組裝,例如打標簽、填充或研磨等。而DCS則適用于過程生產制造。通常使用自動化系統(tǒng),以連續(xù)和批處理的方式按照配方而不是按件生產。大型連續(xù)加工設備,如煉油廠和化工廠,都使用DCS系統(tǒng),混合應用通常同時使用PLC和DCS。
■ 過程規(guī)模: 小系統(tǒng)(<300個I/O點)可能預算較少,使用PLC更適合。而DCS擁有全局數據庫,更易于管理和升級,在大工廠應用中更能發(fā)揮其功能。 ■ 升級計劃: 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展或升級,則需要增加更多的PLC硬件和數據庫,并且需要進行單獨維護,這個過程分廠耗時且費力,而且容易出現(xiàn)錯誤。此時,選擇DCS更為合適。由于DCS更容易升級,也可以從中央集線器對用戶受信進行管理,因此更易于后期的保養(yǎng)和維護。 ■ 集成需求: 對于單機裝置,PLC是理想選擇。當工廠配置多個PLC時,就會產生相互連接的要求。這一般很難實現(xiàn),因為通常需要利用通信協(xié)議對數據進行映射。尤其當用戶有變更需求時,一旦某個PLC系統(tǒng)做了變更,就可能導致兩個PLC不能正常通訊。而DCS則不需要映射,配置變更只是一個簡單的過程,控制器是系統(tǒng)自帶的。 ■ 高可用性: 對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)和設施需要歷史數據庫、流線型的報警管理、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、先進的控制和資產管理。DCS內置就有這些應用,很容易被添加到自動化工程應用中,無需增加獨立的服務器,也不會增加集成成本。從這方面講,DCS系統(tǒng)經濟性更高,而且可以提高生產力,降低風險。 ■ 生命周期投資回報率: 設施的需求,因行業(yè)而異。對于規(guī)模較小的工藝工程,沒有擴展需求,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)所帶來的產量增加和安全效益,會抵消一部分成本。
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