PLC和DCS系統(tǒng)的集成前景

與DCS控制系統(tǒng)各自在離散和過(guò)程行業(yè)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。然而，隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，尤其是自動(dòng)化系統(tǒng)通信技術(shù)的飛越式發(fā)展，兩者正在呈現(xiàn)融合與集成的趨勢(shì)。這篇來(lái)自ARC咨詢集團(tuán)的專業(yè)報(bào)告對(duì)這一熱點(diǎn)加以了較為全面的探討。

離散控制系統(tǒng)(DCS)在過(guò)程控制行業(yè)中占有支配的地位，而可編程邏輯控制器(PLC) 在離散制造行業(yè)中占有統(tǒng)治的地位。在過(guò)程控制行業(yè)中，過(guò)程控制的功能基本上通過(guò)采用專有的離散控制系統(tǒng)(DCS)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，而其停止運(yùn)行的功能尋址則由可編程邏輯控制器(PLC)完成。本文將對(duì)DCS與PLC系統(tǒng)的集成應(yīng)用前景進(jìn)行探討。過(guò)提控制行業(yè)和DCS轟統(tǒng)煉油廠、化工廠、發(fā)電廠、造紙廠和金屬冶煉廠等一類過(guò)程控制行業(yè)，總是離不開采用DCS作為過(guò)程中的控制系統(tǒng)。其主要的一類控制功能特性，例如：控制器、歷史狀態(tài)、顯示、現(xiàn)場(chǎng)輸出數(shù)據(jù)等都是 “分布式”的。包括處理器、v0卡分布、通路和現(xiàn)場(chǎng)連接裝置(用于執(zhí)行命令)在內(nèi)的分布DCS系統(tǒng)流程圖可保證靈活地添加、修正或取消控制點(diǎn)的連接。在某種意義上來(lái)說(shuō)，它們能起到隔離的作用，不致使系統(tǒng)上某單部件的故障影響到其他部件的功能。例如，一個(gè)控制閉環(huán)的故障不致影響到其他相連閉環(huán)回路的功能特性。其工作性能和可靠性確立了DCS系統(tǒng)在過(guò)程控制行業(yè)中的應(yīng)用地位。

離散行業(yè)和PLC

PLC是來(lái)源于離散行業(yè)中的應(yīng)用。PLC不同于典型的DCS系統(tǒng)選項(xiàng)的地方主要在于，它與控制一個(gè)系統(tǒng)的邏輯程序有關(guān)。PLC采用物理裝置代替硬連線邏輯，并借助于中央處理器來(lái)閱讀所有的輸入值，并執(zhí)行程序，向編程狀態(tài)發(fā)出輸出指令。這一切都是在重復(fù)的掃描過(guò)程中完成的，每次掃描約持續(xù)幾毫秒的時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，像汽車和建筑自動(dòng)化、電子和半導(dǎo)體、機(jī)械和運(yùn)輸?shù)纫活惖碾x散行業(yè)傳統(tǒng)上都采用PLC可編程邏輯控制器。

DCS和PLC的共同功能特牲

典型的DCS系統(tǒng)除了能起到控制功能以外，還可將其順序控制的功能特性，應(yīng)用于邏輯編程之中。在過(guò)程控制功能中發(fā)揮作用的同一個(gè)處理器也能用于邏輯控制。在連續(xù)的過(guò)程生產(chǎn)工廠中，邏輯控制和工藝控制是要求互相分離的。這也正是典型的PLC可以獲得接受的地方(與DCS系統(tǒng)一起使用)。對(duì)于邏輯應(yīng)用而言，采用DCS系統(tǒng)的方案相對(duì)要比采用PLC可編程邏輯控制器更昂貴些。何況，過(guò)程的安全停產(chǎn)需要采用一種能獨(dú)立于過(guò)程控制系統(tǒng)的專用系統(tǒng)。一個(gè)時(shí)期以來(lái)，在連續(xù)過(guò)程控制行業(yè)的生產(chǎn)中，DCS系統(tǒng)變成了過(guò)程控制的同義詞，而PLC的功能特性則適合于停工時(shí)使用。其中，DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)分別用于過(guò)程控制和邏輯功能特性，PLC接收來(lái)自DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)(連續(xù)的輸人數(shù)據(jù))以及來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字和模擬輸人數(shù)據(jù)。

PLC驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)各裝置的情況(工廠過(guò)程中的一部分)純粹是響應(yīng)其接收的來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的硬接線輸入數(shù)據(jù)，其反應(yīng)動(dòng)作完全獨(dú)立于DCS系統(tǒng)的控制動(dòng)作。由于PLC接收來(lái)自DCS系統(tǒng)的連續(xù)輸人數(shù)據(jù)，因此PLC起到了一個(gè)數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)的作用。

3C功能通用的硬件、綜合性的技術(shù)、加強(qiáng)的通信功能

DCS和PLC系統(tǒng)的處理器始終在不斷更新?lián)Q代，與其所鼓吹的強(qiáng)大處理功能保持同步。與這兩者控制器連接的I/O卡也有很強(qiáng)大的處理器。工廠在控制器和I/O板上同時(shí)安設(shè)模擬和數(shù)字信號(hào)處理功能是完全符合邏輯的，這是一個(gè)它們可以共同發(fā)揮作用的地方，兩者既“統(tǒng)一”但又“相互獨(dú)立”。在某些情況下，這一目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在最近一屆的德國(guó)漢諾威博覽會(huì)上，Yokogawa,ABB、西門子等一類生產(chǎn)廠越來(lái)越多地展示了這些產(chǎn)品。DCS和PLC系統(tǒng)的控制器都具有相類似的功能特性，但從應(yīng)用來(lái)看則又是不同的。

在過(guò)程生產(chǎn)工廠中，PLC的安全性是安全自動(dòng)化儀表系統(tǒng)(SIS)運(yùn)行中的一個(gè)主要因素。諸如IEC 61508, IEC 71511和ISA SP85一類的標(biāo)準(zhǔn)事實(shí)上已經(jīng)代替了T它V認(rèn)證機(jī)構(gòu)所采用的DIN 19250標(biāo)準(zhǔn)。這涉及到對(duì)整個(gè)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的認(rèn)證，而不光是邏輯控制器部分。整體安全水平(SII,)的認(rèn)證關(guān)系到額外的成本，因此，這使得企業(yè)用戶會(huì)盡量設(shè)法去降低開發(fā)費(fèi)用，盡t選用最佳的“通用”硬件。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這樣做的結(jié)果就是節(jié)省每一處系統(tǒng)訪問(wèn)的費(fèi)用。

ARC咨詢集團(tuán)已經(jīng)注意到了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(Fieldbu： Foundation, FF)和Proftbus國(guó)際用戶組織Profibus Nutzer -organisation，PNO )將安全應(yīng)用放在優(yōu)先的位置上。FF已將其安全自動(dòng)化儀表系統(tǒng)(FF-SIS )提交TVV認(rèn)證機(jī)構(gòu)審批，并希望該系統(tǒng)能夠在2005年底以前到位。 PNO組織在安全規(guī)范方面也做了類似的努力，最近也送交TiJV認(rèn)證機(jī)構(gòu)審批，以便使工廠的產(chǎn)品能夠在相同的時(shí)間內(nèi)發(fā)貨。這些規(guī)范的要點(diǎn)就是要求享用共同的平臺(tái)、公用的網(wǎng)絡(luò)以及與DCS系統(tǒng)共享軟件工具。但PLC系統(tǒng)仍然保留其停工關(guān)閉時(shí)的功能識(shí)別特性，同時(shí)，還要保證可以避免的停產(chǎn)時(shí)間。

制造企業(yè)傾向于采用一種公用的平臺(tái)解決方案，以代替不同系統(tǒng)單元連接和各自擁有的總線。DCS和PLC系統(tǒng)的工程功能始終處于分離的位置，并根據(jù)不同的訪問(wèn)控制模式進(jìn)行必要的改變，這主要是因?yàn)橐恢笔艿絺鹘y(tǒng)的系統(tǒng)總線概念的影響?？梢酝ㄟ^(guò)以太網(wǎng)設(shè)備那樣的通用通信平臺(tái)，從而采用單一的工程工作站來(lái)配置DCS和PLC系統(tǒng)，這樣也可使公用報(bào)警和事故監(jiān)控系統(tǒng)安裝在單一的位置上，以避免租用昂貴的第三方設(shè)備來(lái)完成源自DCS和PLC兩大系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流匯總。通用工程工作站概念有利于公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言(I E C 61134)成為主流語(yǔ)言。PLC與DCS這兩種系統(tǒng)在配置的方式上(例如在功能塊方面)有許多共同的特點(diǎn)，這為培訓(xùn)人員降低費(fèi)用方面鋪平了道路。事實(shí)上，DCS和PLC系統(tǒng)的操作員通用工作站正在不斷地得到重視。至今為止，DCS和PLC系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)串行接口—Modbus RTU 協(xié)議接口繼續(xù)延長(zhǎng)向PLC開放，以便從DCS系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)后做進(jìn)一步處理。在大部分情況下，PLC將能夠從DCS系統(tǒng)進(jìn)行“閱讀”，但不用于作為對(duì)DCS 系統(tǒng)的“寫入”。這是因?yàn)槌藬?shù)據(jù)的傳輸速度之外，當(dāng)數(shù)據(jù)從PLC寫入DCS系統(tǒng)時(shí)，通信數(shù)據(jù)的丟失也可能會(huì)影響過(guò)程的控制功能。PLC和DCS系統(tǒng)之間的接口通常通過(guò)一個(gè)位于DCS系統(tǒng)終端的附加“網(wǎng)關(guān)”硬件來(lái)完成。最新的發(fā)展趨勢(shì)是將DCS和PLC系統(tǒng)建立在像以太網(wǎng)那樣的公用平臺(tái)上，并使用 TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這樣，不但可省去DCS系統(tǒng)終端的附加硬件，而且還可以保證以更高的速度來(lái)傳輸系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)更可靠地建立在系統(tǒng)之中。我們可以想象，具有共同功能特性、應(yīng)用于不同場(chǎng)合的DCS系統(tǒng)和PLC設(shè)置到同一“底板”上，更大地發(fā)揮兩大系統(tǒng)相互之間的潛力。

工廠資產(chǎn)管理

ARC 資源公司還特別注意到：“……許多供貨商已經(jīng)開發(fā)了有效的工廠資產(chǎn)管理(Plant Asset Management，PAM)解決方案，為用戶提供了一個(gè)進(jìn)入過(guò)程的有力窗口，使他們能夠預(yù)先制訂維修和操作策略，辨別發(fā)生事故前的一切問(wèn)題，為提高工廠的生產(chǎn)性能和操作優(yōu)化特性(OpX)提供一個(gè)關(guān)鍵的方法?！痹S多來(lái)源于PAM的數(shù)據(jù)將很有效地從FF HSE或Profibus DP一類的公用總線平臺(tái)獲得，而不是分別通過(guò)DCS和PLC系統(tǒng)的通道獲得。例如OPC的連通性，保證OPC服務(wù)器駐留在PLC/DCS操作員工作站上，為一個(gè)典型的PAM(客戶OPC)提供連續(xù)的或歷史性的數(shù)據(jù)。DCS和PLC系統(tǒng)在功能特性方面的結(jié)合連同其統(tǒng)一的構(gòu)建風(fēng)格，為最大程度地發(fā)揮PAM優(yōu)越性提供了一個(gè)機(jī)會(huì)。

PC-Based

操作員工作站能夠支持基于windows風(fēng)格的工業(yè)PC。這種情況在DCS和PLC系統(tǒng)中都是實(shí)際存在的?？刂品绞嚼^續(xù)以各自擁有的硬件和軟件為基礎(chǔ)，而所采用的網(wǎng)絡(luò)體系是一種更為公開的標(biāo)準(zhǔn)。其本身不會(huì)轉(zhuǎn)化成以PC機(jī)為基礎(chǔ)的控制方式。用戶仍然對(duì)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)充滿信心，同時(shí)還吸收了操作終端和網(wǎng)絡(luò)部分的變化。然而，目前正在出現(xiàn)追捧和推銷PC-Based控制器的情況。尤其對(duì)于單個(gè)控制器應(yīng)用，這種情況更為顯著。PC-Based控制器是否會(huì)擠占傳統(tǒng)PLC和DCS系統(tǒng)的應(yīng)用空間還是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。只是不知道PC-Based控制器的市場(chǎng)推銷是否將進(jìn)一步促進(jìn)DCS和PLC技術(shù)走向融合