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设计开发PLC控制及DCS中控系统

发布时间: 2016-6-7 | 来源:临朐昌 泰机电设备有限公司 |  本文被阅读 3795 次
DCS控制系统与PLC控制区别
    1. DCS是一种“分散式控制系统”,而PLC只是一种(可编程控制器)控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可 以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只 实现本单元所具备的功能.
  2. 在网络方面,DCS网络是 整个系统的中枢神经,和利时公司的MACS系统中 的系统网采用的是双冗余的100Mbps的工业以太网,采用的国际标准协议TCP/IP。它是安 全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的 拓展性与开放性更好.而PLC因为基 本上都为个体工作,其在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用 的网络形式基本都是单网结构,网络协 议也经常与国际标准不符。在网络安全上,PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余.
  3. DCS整体考虑方案,操作员 站都具备工程师站功能,站与站 之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系,任何站、任何功能、任何被 控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统,其站与站(PLC与PLC)之间的 联系则是一种松散连接方式,是做不 出协调控制的功能。
  4. DCS在整个 设计上就留有大量的可扩展性接口,外接系 统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接 的整个系统完成后,想随意 的增加或减少操作员站都是很难实现的。
  5. DCS安全性:为保证DCS控制的 设备的安全可靠,DCS采用了 双冗余的控制单元,当重要 控制单元出现故障时,都会有 相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元,保证整 个系统的安全可靠。PLC所搭接 的系统基本没有冗余的概念,就更谈 不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时,不得不 将整个系统停下来,才能进 行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要 比其安全可靠性上高一个等级。
  6. 系统软件,对各种 工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能,当某个 方案发生变化后,工程师 只需要在工程师站上将更改过的方案编译后,执行下 装命令就可以了,下装过 程是由系统自动完成的,不影响 原控制方案运行。系统各 种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说,工作量极其庞大,首先需 要确定所要编辑更新的是哪个PLC,然后要 用与之对应的编译器进行程序编译,最后再用专用的机器(读写器)专门一 对一的将程序传送给这个PLC,在系统调试期间,大量增 加调试时间和调试成本,而且极 其不利于日后的维护。在控制 精度上相差甚远。这就决 定了为什么在大中型控制项目中(500点以上),基本不采用全部由PLC所连接 而成的系统的原因。
  7. 模块:DCS系统所有I/O模块都带有CPU,可以实 现对采集及输出信号品质判断与标量变换,故障带电插拔,随机更换。而PLC模块只 是简单电气转换单元,没有智能芯片,故障后 相应单元全部瘫痪。
        8.现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多,DCS对网络 和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能,同时对 运算和模拟量的处量比较拿手。
  PLC还分大、中、小、微PLC,其中微 型的只卖几百块到2000块,点数也好少,大型的可以带数千点,运算能力与DCS差不多,但对多 机联网功能较弱。
  现在两 个技术平台都差不多,只是重点不一样。
P.S.共同点 均为计算机化的控制装置。
不同的是:DCS和PLC这两个 概念起源于不同的工业领域且字面定义也不同。
--DCS的字面定义是“分布式控制系统(distributed control system)"是从系 统结构上定义的。最早的 概念来源于石油化工行业的计算机控制(大)系统。连续过 程控制能力很强。
--PLC的字面定义是“可编程逻辑控制器(programable logic controller)"是从功 能上定义的概念。概念最 早指机械加工行业的计算机化逻辑控制装置。开关量处理能力强。最早的PLC系统较小。
--现代的DCS和PLC的区别已越来越小。DCS处理连 续量和开关量的能力都很强。PLC处理连 续量的能力也越来越大,大型PLC系统结 构上也是分布式的。
--顺便介绍一个SCADA系统,这个概 念发源于电力行业,也是从 系统功能上定义的概念。也就是 我国最早所说的”三遥系统(遥侧,遥信,遥控)“。最初的 系统是晶体管的。现代的SCADA系统则 都是计算机化的。用DCS或PLC也可以组成具有SCADA功能的系统。
DCS的基本结构和PLC的区别
  DCS为分散 控制系统的英文(TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM)简称。指的是控制危险分散、管理和显示集中。60年代末 有人研制了作逻辑运算的可编程序控制器(Programmable Logic Controller)。简称PLC。主要应 用于汽车制造业。70年代中 期以完成模拟量控制的DCS推向市场,代替以PID运算为 主的模拟仪表控制。首先提出DCS这样一 种思想的是原制造仪表的厂商,当时主 要应用于化工行业。后又有 计算机行业从事DCS的开发。
  70年代微 机技术还不成熟,计算机 技术还不够发达。操作站、控制器、I/O板和网 络接口板等都是DCS生产厂家自行开发的,也就是 所有部件都是专用的。
  70年代初,有人用如PDP/1124这样的 小型机代替原来的集中安装的模拟仪表控制。连接到 中央控制室的电缆很多。如用小 型机既作为控制器、同时把连接小型机的CRT又作为显示设备(即人机界面)。一台小 型机需接收几千台变送器或别的传感器来的信号,完成几 百个回路的运算。很显然 其危险有点集中。和模拟 仪表连接的电缆一样多,并且一旦小型机坏了,控制和显示都没有了。数字控 制没有达到预期的目的。
  后有人 提出把控制和显示分开。一台计 算机完成控制计算任务,另一台 计算机完成显示任务。另外,一个工 艺过程作为被控对象可能需要显示和控制的点很多,其中有 一些还需要闭环控制或逻辑运算,工艺过 程作为被控对象的各个部分会有相对独立性,可以分 成若干个独立的工序,再把在 计算机控制系统中独立的工序上需要显示和控制的输入、输出的 点分配到数台计算机中去,把原来 由一台小型机完成的运算任务由几台或几十台计算机(控制器)去完成。其中一 台机器坏了不影响全局。所谓“狼群代替老虎”的战术,这就是 危险分散的意思。把显示、操作、打印等 管理功能集中在一起,用网络 把上述完成控制和显示的两部分连成一个系统。当时有 人把这种系统称为集散系统。
  危险究 竟要分散到多少算合适呢?这与当 时的计算机技术的发展水平有关。70年代中期,彻底分 散就是一个控制器完成一个回路的运算。当时由 于人们对数字技术不太熟息,习惯于模拟仪表,70年代末、80年代曾 经风行回路控制器,把数字 控制器做成和原来模拟仪表在外观上几乎完全一样,不改变操作习惯,内部把PID运算数字化。一块仪表(一台计算机)完成一 个回路的控制任务。其价格较为昂贵,但危险是分散了。然后用 通讯网络把各个控制器和以CRT为基础 的人机界面连成一个系统。这时网 络结构通常都是星形结构。回路的 控制器的制作成本太高,价格/性能比不好。后来为了减低成本,就有两回路的、四回路的控制器, 它的价格/性能比稍好一些。对于一 个大中型系统来说,DCS的价格/性能比 比回路控制器组成的系统要好。有些特 殊地方还是要用到一些回路控制器。
  如果所 要完成的回路太多,如一个 控制器采集几千点、完成几 百个回路的运算,危险又太集中。在这种情况下,危险必需分散。随着计 算机技术的发展,计算机的运算能力、存储容 量和可靠性不断提高,一台计 算机所完成的任务也可以增加。完成的 任务也可集中一点。另外,控制器、网络等 冗余技术也得到了发展,控制运 算也可集中一些。
  从目前的DCS来看,一个控 制器完成几十个回路的运算和几百点的采集、再加适量的逻辑运算,经现场使用,效果是比较好的。这就产 生控制器升级的问题了。有时控 制器和检测元件的距离还是比较远,这就促 进现场总线的发展。如CAN、LOONWORKS、FF等现场总线,以及HART协议接收板等都用到 DCS系统中。
  DCS分为三大部分,带I/O板的控制器、通讯网络和人机界面(HMI)。由I/O板通过 端子板直接与生产过程相连,读取传感器来的信号。I/O板有几种不同的类型,每一种I/O板都有相应的端子板。
  l 模拟量输入,4-20毫安的 标准信号板和用以读取热电偶的毫伏信号板;4-16个通道不等;
  l 模拟量输出,通常都是4-20毫安的标准信号,一般它的通道比较少,4-8个个通道;
  l 开关量输入;16-32个通道:
  l 开关量输出,开关量 输入和输出还分不同电压等级的板,如直流24伏、125伏;交流220伏或115伏等;8-16个通道不等;
  l 脉冲量输入,用于采集速率的信号;4-8通道不等;
  l 快速中断输入;
  l HART协议输入板;
  l 现场总线I/O板;
  每一块I/O板都接在I/O总线上。为了信 号的安全和完整,信号在进入I/O板以前 信号要进行整修,如上下限的检查、温度补偿、滤波,这些工 作可以在端子板完成,也可以分开完成,完成信 号整修的板现在有人称它们为信号调理板。
  I/O总线和控制器相连。80年代的DCS由于控 制器的运算能力不强,为了增加I/O点数,把控制器的任务分开,实际上是
       
控制器是DCS的核心部件,它相当于一台PC机。有的DCS的控制器本身就是PC机。它主要有CPU、RAM、E2PROM和ROM等芯片,还有两个接口,一个向下接收I/O总线来的信号,另一个 接口是向上把信号送到网络上与人机界面相连。ROM用来存 贮完成各种运算功能的控制算法(有的DCS称为功能块库)。在库中存功能块,如控制算法PID、带死区PID,积分分离PID,算术运算加、减、乘、除、平方、开方、函数运算一次滤波、正弦、余弦、X-Y函数发生器、超前-滞后;比较先 进的算法有史密斯预估,C语言接口、矩阵加、矩阵乘;逻辑运算有逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑与非等。通常用 站功能块不仅把模拟量和开关量结合起来,还与人连系起来。功能块越多,用户编写应用程序(即组态)越方便。组态按照工艺要求,把功能 块连接起来形成控制方案。把控制方案存在E2PROM中。因为E2PROM可以擦写,组态要 随工艺改变而改变,所以把组态存在E2PROM中。不同用户有不同组态。组态时,用户从 功能块库中选择要的功能块,填上参数,把功能块连接起来。形成控制方案存到E2PROM中。这时控 制器在组态方式,投入运 行后就成为运行方式
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