工业自动化控制系统选型分析

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科 技 论 坛
工业 自动化控制 系统选型 分析
金 升
（ 一 重 集 团大 连 工 程 建设 有 限公 司 ， 辽 宁 大连 ｌ １ ６ ｌ １ ３ ）
摘 要 ： 阐述 了工业 自动控制 系统 中常 用的 Ｐ Ｌ Ｃ 、 Ｄ Ｃ Ｓ的相 关概念 以及各 自的特点 ， 从技 术 需求 、 经济合理性及 日常维护等 方面 ， 总
结 出 了为 不 同 工业 生产 过 程 选择 合适 的 自动 控 Biblioteka Baidu 系统 的 一般 方 法 。 关键 词 ： 关键 词 ； Ｐ Ｌ Ｃ ； Ｄ Ｃ Ｓ ； 自动 控 制 系统
在 Ｔ程设 计中 ， 为特 定生 产过 程选 择一 个合 适 的 自动控 制 系统 ， 不 的控制系统十分重要 。因此 ， 本人经过查 阅资料结合实际工程经验 ， 总 仅能保 证生 产 的运行 ， 而且能 给 总承包方 节 约成本 。 各 大系 统制造 商 已 结 出—个 控制 系统 选 型流程 ： 开发 出的控 制 系统 中应用最 广 、 最 具代表 『 生的为 Ｐ Ｌ Ｃ 、 Ｄ Ｃ Ｓ 。 虽然 两者功 ２ ． １ １ 二 艺 过 程是否需 要 实施 先进 过程 控制 （ Ａ Ｐ Ｃ ） 。传统 的回路 调节 能越来越相似 ， 但应用的领域 以相应的价格还是有差异的 ， 本文研究成 技术 ， 比如 Ｐ Ｉ Ｄ、 前馈 、 串级 、 分程控制等调节技术可 以处理绝大多数过 果对选择技术上合理 、 经济上合适的 自动控制系统有一定的指导意义。 程控制 ， 在这一点上 Ｐ Ｌ Ｃ 、 Ｄ Ｃ Ｓ 基本上都可满足。 然而 ， 由于用户不断对 １常 用 自动 控制 系统 的发展 历程 与特点 稳定性 、过程波动性 以及批量控制和大滞后控制等问题提出更高 的要 １ ． １ Ｐ Ｌ Ｃ控制 系 统 。Ｐ Ｌ Ｃ （ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍ ａ ｂ ｌ ｅ Ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ） ， 即可 编 求 ， 对先进控制技术（ Ａ Ｐ Ｃ ） 的需求一直在稳步增长， 而Ｄ Ｃ Ｓ 在集成 Ａ Ｐ Ｃ 程序控制器，是一种能够直接应用于专门为在工业环境下应用而设计 工程方面处于领先地位， 相同级别的 Ｐ Ｌ Ｃ却造价比较昂贵。因此， 在需 的数字运算操作电子装置 ， 其发展历程大致经历三个阶段 ： 要更多 Ａ Ｐ Ｃ技 术 的场合 ， Ｄ Ｃ Ｓ 是首选 。 １ ． １ ． １ 由继电器搭建的控制系统逐渐成为工业生产领域最早的控制 ２ － ２ 工艺过程是否有很多调节回路。 大多数控制可以分为两类 ： 以开 系统 ，但这种控制系统通常只针对某一确定的动作顺序或生产过程而 关量为主逻辑控制和模拟量的过程控制。Ｐ Ｌ Ｃ在处理开关量上优势明 设计 ， 功能简单 ， 存在着接线、 装配复杂缺陷 ， 一旦工艺生产过程发生变 显 ， 且 成本较 低 ， 而在较 多过 程控 制场合 ， Ｄ Ｃ Ｓ 是 比较 适合 的 。 尽 管 高端 化需重新设计 ， 可靠性差 、 运行速度 熳， 难 以满足现代工业的生产要求。 Ｐ Ｌ Ｃ控制 系统 ， 具 有处 理 多个 Ｐ Ｉ Ｄ回路 和其他 调节 控 制功 能 的能 力 ， 但 作 为继 电器控 制 系统 的替 代 装置 ，早期 的 Ｐ Ｌ Ｃ采 用 了计 算机 的设 计思 Ｐ Ｉ Ｄ回路会占用大量内存 ， 急剧增加程序 的执行时间， 这可能会到影响 Ｐ Ｌ Ｃ运行 的速 度 。 普通 Ｐ Ｌ Ｃ处 理 Ｐ Ｉ Ｄ 回路 能力 不足 ， 而 Ｄ Ｃ Ｓ则在 设 计 想， 但功能比较简单 ， 仅能完剧 顺序 、 逻辑控制等简单功能。 １ ． １ ． ２ ２ ０ 世纪七八十年代 ，随着微处理技术的发展 ， Ｐ Ｌ Ｃ的处理速 中考虑 了这个 因素 ， 因为 它将 控 制程 序 分 散到 几 个 Ｃ Ｐ Ｕ 中执 行 ， 在不 度、 处 理能 力 、 数据 的存储 能 力 均有 显著 提 高 ， 软 件方 面 在保 持 了原有 同 Ｃ Ｐ Ｕ之间共享信 息， 甚至采用单套控制器双 Ｃ Ｐ Ｕ冗余的策略。目前 的逻辑运算 、 计时、 计数等功能基础上 ， 增加了算术运算 、 网络通信 、 自 国产化的 Ｄ Ｃ Ｓ 控制系统 ｌ 生 能可以与进口产品媲美且有价格优势。因此 诊断等功能 ； 硬件在开关量模块基础上 ， 增加了模拟量的 Ｉ ／ Ｏ模块 、 远程 在处理较多过程回路的同时， 又要满足对逻辑功能的要求 ， 与选择价格 Ｉ ／ ０模块 ， 增加了数据寄存器， 扩大了数据的存储能力。 昂贵 的高端 Ｐ Ｌ Ｃ相 比 ， 选择 Ｄ Ｃ Ｓ 将 更 明智 。 １ ． １ ． ３如今 ， 计算机技术 、 软件技术 、 网络通信技术等信息技术 已经 ２ ３生产过程是否需要操作员频繁干预。大型 自动化生产过程中往 融合到 Ｐ Ｌ Ｃ控制系统中， 数据处理速度 已经达到毫秒级 ， 可处理的数据 往还需要人为的设定或者强制干预 ， 这就需要设置操作站 ， 以满足监视 类型更多 ， 可视化编程以及友好的人机界面使编程更加简单 ， 可 以与其 和操作的需要 。过程信 息可视化和频繁的人机交互 ， 是Ｄ Ｃ Ｓ的主要功 他控制系统进行通讯 ， 组成多级的控制网络， 形成更大型的控制系统。 能之一。Ｐ Ｌ Ｃ通过配置计算机或 ＨＭＩ 结合上位机软件 ， 也可 以实现对 按照 既定程 序 Ｐ Ｌ Ｃ发展至今具有以下特点 ： 模块化 、 结构紧凑、 体积小 、 易安装 ； 生产 过程 的可 视化监 控与 操作 。当生产 过程规 模较 小时 ， ｈ 编 程简单 ， 可靠性 、 安全 ｌ 生 高； ｃ 扁 速逻辑运算 、 顺序控制 、 计时、 运动控 自动运行且无需频繁人Ｔ操作 ， 宜采用 Ｐ Ｌ Ｃ ， 需要更改时只需将程序下 装到 Ｐ Ｌ Ｃ中即可 ， 这 样大 大 降低 了系统 的投资成 本 。 制等功能； ｔ １ ． 单体成套装置应用具有优势。 １ ． ２ Ｄ Ｃ Ｓ控制系统。Ｄ Ｃ Ｓ （ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） ， 即分布式控 ２ ． ４ 是否需要高速离散控制。高速离散控制是指针对开关量进行高 制 系统 ， 也称 集散 式控 制系 统 。广 义上 ， Ｄ Ｃ Ｓ 是 一种控 制 系统 结构 的概 速逻辑运算 ， 在这个方面 Ｐ Ｌ Ｃ能力卓越， 可以在十分之一秒内运行具有 数千输入 ／ 输出（ Ｉ ／ ０） 开关量的程序而不出任何 问题 ， 而Ｄ Ｃ Ｓ 在这方面 念， 分散控制 ， 集中管理。 早期采用机械式气动元件和现场仪表组成基地式气动仪表 ，来完 要逊色一些 ，这就是为什么 Ｐ Ｌ Ｃ总是应用于紧急停车系统处理紧急连 成过程控制中连续量如压力 、 液位、 温度 、 流量等调节任务， 随着技术的 锁 的原 因 。 发展 ，又相继发明了气动单元组合仪表和电动单元组合仪表 。到了 ２ ０ ２ ． ５ 工厂员工是否有能力 自己修改系统。 除考虑硬件成本外 ， 还应考 Ｌ Ｃ与 Ｄ Ｃ Ｓ的 系统供 应商 除 了提 供硬 件 世纪 ６ ０年代 ， 计 算 机被 应用 到工 业控 制领 域产 生 了直 接数 字控 制系 统 虑系统 软件 升级 和维护 费用 。Ｐ （ Ｄ Ｄ Ｃ ） ， 利用计算机的强大处理能力将所有 回路的控制计算 、 过程量的 外， 也提供 系统的集成服务 ， 但服务费用相对较高 ， 平均每人每天需要 输入输出都集 中完成。Ｄ Ｄ Ｃ在结合组合仪表控制系统并融入了网络技 几千人民币。与 Ｄ Ｃ Ｓ 供应商不同， Ｐ Ｌ Ｃ 供应商与很多系统集成商合作 ， 用户雇佣系统集成商来组态编程或者后期修改 ， 所花的费用会少很多。 术后， １ ９ ７ ５ 年Ｄ Ｃ Ｓ 应运 而生 。 Ｄ Ｃ Ｓ自身集成了众多回路调节的控制算法 ，其特别适合应用于石 使用 Ｄ Ｃ Ｓ的用户通常采用派遣员＿ 【 到制造商处进行培训 ， 使员工具备 油、 化工 、 发电厂等含有过程控制场合较多的领域 。这些场合有大量 的 编程修改能力 ， 从长远角度考虑是划算 的。 这两种模式可 以概括为 Ｐ Ｌ Ｃ 用户， Ｄ Ｃ Ｓ 供应商 一用户 。因此从系统集成、 软 连续过程模拟量量需要调节 ， 且系统庞大控制回路多， 需要较多过程控 供应商 一系统集成商 一 制算法 ， 比如 Ｐ Ｉ Ｄ、 前馈 、 串级、 分程控制 、 比例调节等 ， 甚至需要先进控 件编程维护费用的角度考虑 ， 如果程序不频繁修改可以考虑使用 Ｐ Ｌ Ｃ ， 制技术（ Ａ Ｐ ｃ ） 比如神经网络、 自 适应或模型预估等。 若相反则采用使用 Ｄ Ｃ Ｓ 。 Ｄ Ｃ Ｓ 要具有以下几个特点： ａ ． Ｃ Ｐ Ｕ 、 Ｉ ／ ０模块 、 通讯模块、 电源等模块 结 束语 可冗余配置 、 可在线更换热插拔 、 自我诊断等功能 ， ， 可设置事故状态定 通过对 Ｐ Ｌ Ｃ 、 Ｄ Ｃ Ｓ的各 自发展历程 、 应用领域以及各 自特点进行分 结合实际应用场合 ， 总结出一套工控系统选型的流程步骤 ， 为工程 值， 维护７ Ｙ ￣； ｂ ． 控制软件集成多种先进过程控制算法， 适应各种过程控 析， 制场合； ｃ ． 组态编程简单易学 ， 处理能力强， 可组成大型控制系统 ； ｄ ．