集成控制系统

及针对阀的非线性设计的简单补偿模块。节点与节点之间均通过网络变量传递信息。现场中节点、变送器和控制阀都要有防爆隔离。上位监控机通过一块LONWORKS网卡与现场节点通信,可以用一些常用的工控软件(如Intouch等)做成监控界面,对整个系统进行监控,并可在上位机上做一些高级控制算法,以实现高级过程控制。实际中节点内、节点间网络变量的连接及网络系统的调试、管理均通过LONMAKER进行。节点上的一些开关量输入/输出通道可以作为报警控制等来利用。

5　结束语

本文介绍了LONWO RKS网络系统的一般构成方法及应用过程中的一些体会,这是作者一段时期以来从事这方面研究的总结,希望能够抛砖引玉,引起人们对这一新技术的重视及更深一步的研究,尽快提高我国的工业控制水平。

集成控制系统

符永法　陈灼明　梁杰申

(华南理工大学自动控制工程系,广州,510641)

摘要　讨论分散控制系统(DCS)、PL Cs和PCs的集成以及由它们组成的集成控制系统的结构形式;分析集成控制系统的开放性与根据需要如何去选择DCS、PLCs和PCs等问题。

关键词:　集成控制系统　DCS　PLCs　PCs　开放性

1　前　言

90年代控制系统已进入开放性、智能化的时代。微电子技术、计算机技术、通信网络技术和自动控制技术等高新技术继续迅速地发展,作为自动化技术的各种仪表与控制装置也获得突飞猛进的发展,使得传统的分散控制系统———DCS不但可用于连续的过程控制与批量的逻辑控制,还可用于先进控制、优化控制以及训练和仿真等构成新一代的控制系统。同样PLC技术增加了PID控制策略,不但可用于逻辑/顺序控制,尚可在连续的分散控制系统得到广泛的应用。以PC机为基础的控制技术,由于具备有新型、灵活、低廉的SCADA软件,又得到Window s NT 和Window s95操作系统的支持,也大大地提高了它在工业过程中的应用。此外尚有数字控制、机器人控制、数字单回路/多回路调节器等技术,也同样适用于工业过程的应用。所谓“集成控制系统”,就是如何将上述各种自动化技术有机地融合起来,构成可靠性高、性能/价格比高、具有高度灵活性以及开放式、智能化新一代的综合型控制系统,以满足各种不同企业或设备达到测量、控制、管理与经营一体化的要求。

2　集成控制系统的结构形式

自动化技术的任务,包括数据采集、测量值处理、控制与调节、信息管理、显示与操作等,当今几乎都采用数字计算机来实现。其常用的控制仪表与控制装置有下列几种:·传统的分散控制系统(DCS);

收稿日期　1998-05-15。

检测与控制装置 化工自动化及仪表,1998,25(5):44～47

Control and Instruments in Chemical I ndustry

·可编程序控制器(PLC );

·数字控制(NC );

·机器人控制(RC );

·数字单回路/多回路调节器;·具有相应软件的PC 或IPC 。

它们可组成三种不同类型的系统结构

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图1　集成控制系统的结构形式

(1)集中控制系统,如图1(a )所示。由一台计算机完成显示、操作以及过程控制等功能。

(2)显示、操作与过程控制分开的控制系统,如图1(b )所示。显示、操作功能与过程控制功能分别由各自的计算机来实现。

(3)分散控制系统,如图1(c )所示。在过程控制级由多台微机执行分散式数据采集、信息处理和控制功能,通过系统总线与显示、操作站的计算机相连接,该计算机完成显示、操作、管理等功能。

这些控制系统按采用不同的控制装置可划分为下列几种类型:

(1)传统的分散控制系统(DCS ),其结构如图1(c ),特殊情况下只有一个过程控制站,如图1(b ),是由厂家提供的专用控制计算机。操作站大多数采用工作站或PC 机,显示、操作软件可以是厂家提供的专用软件或者原有或经过修改的SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition )软件。

(2)基于PLC 的控制系统,它应用厂家提供的PLC 作为过程控制站,其结构可以是图1(b )或图1(c ),一般采用具有SCADA 软件的PC 机作为操作站。

(3)基于PC 机的控制系统,它采用PC 机作为过程控制站,过程控制功能可由PC 机内部CPU 或通用(或专用)的附加处理器卡来实现。操作站采用具有SCADA 软件的PC 机,其结构可能是图1(a )、(b )、(c )的任一种。

(4)基于微型计算机的控制系统,这种系统有时出现,一般应用具有SCADA 软件的PC 机作为操作站,而过程控制功能是由微机来执行,所以它不能说是基于PC 机的控制系统。

(5)基于调节器的控制系统,通常采用数字单回路/多回路调节器作为过程控制站,以PC 机作为操作站。最新型的单回路/多回路调节器可构成小型DCS 系统,可以面板安装,完成复杂过程或机器的控制任务。例如,Moore 公司的PAC353具有DCS 和PLC 功能,设有25个控制回路。3　集成控制系统的开放性

至今为止,对控制系统的“开放性”尚没有明确的概念和定义。一个控制系统的开放程度,从用户的观点出发,由不同厂家提供的硬件和(或)软件有可能得到各种不同的可互操作性(Interoperability ),它们能够连接到系统中去或者集成到系统内部,可能性的种类愈多,支持的功能愈丰富,系统就愈“开放”。现有厂家提供的“开放性”控制系统多数受到接口的限制,虽然厂家提供的接口可得到可

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45·第5期 符永法等.集成控制系统

互操作性,但经常要付出很高的费用才能实现。下面从用户期望的“开放性”控制系统进行简单叙述。

·过程控制站应具有良好的I/O接口。

·经由通信接口与过程控制站连接的现场设备(或仪表),其输入/输出值与计算变量应尽可能在过程控制站内直接转换为用户软件和工程软件。现场设备(或仪表)的组态能用系统的工程软件来进行。

·在过程控制站内,可采用通用语言,如C语言来编程。

·在操作站或工程师站内,应有可任意编程的软件,以满足过程控制站附加另外任务的要求。

·操作站中的标准软件,如表格计算、数据库、文本处理等,必须得到操作站软件的支持。

·操作控制站的软件能够在上位计算机或操作站硬件上运行。前者由TCP/IP以太网实现,后者由定义的软件接口来支持。

·友好的操作站和过程控制站,两者之间用系统总线连接。

4　集成控制系统的选择

由前面所述可以看出,控制仪表和控制装置的品种繁多,控制系统可以有不同类型的结构。现代的控制系统要达到具有强大的竞争能力,必须是开放性好、智能化程度高、性能/价格比高的综合型控制系统。所以对用户来说,在设计控制系统时,面临一个重要问题是如何去选择DCS、PLCs、PCs和SCA-DA。现讨论如下:

·DCS具有强大的功能,灵活性高,易于组态,适用于连续控制、批量控制,过程与设备的数据存取及管理的大型企业,如石油化工、电力等企业。

·PLCs具有成本低,可靠性高,鲁棒性好,可用IEC1131多语言编程,适用于小型系统以及中、小型设备进行集中式和分散式的顺序控制。

·PCs具有价格低廉的SCADA软件,灵活性高,又得到Window s NT和Window s95的支持,适用于数据采集、记录和非标准的控制系统。

对控制系统的选择尚有下列具体问题值得认真考虑:

·成套设备:分散控制、监督控制、批量控制、调度(协调)、维修、分析、物料清单、MRP、诊断、安全系统、ESD、(过程)仿真。

·硬件:集中式、分散式、PCs、工作站、PLCs、网络智能I/O、网络式回路控制器。

·结构:客户机/服务器(Client/Sever)、星形、环形、多站。

·网络等级:企业级(Co rpo rate-w ide)、工厂级(Plant-wide)、现场总线级(Field Bus)、板级(Board)。

·连接性/可互操作性:PLC驱动器、驱动器设备工具、成套设备、DDE、门通路(Gateway)、桥路、路由器。

·屏幕建立工具:图形、宏(M acro)建立工具、数据库。

·控制类型:专家系统、神经网络、先进控制(包括基于模型的控制、预测控制)、PID (包括自整定PID)、顺序控制。

·编程/OSs:操作系统、IEC-1131、填表式组态、高级语言(面向对象、图形、实时)、低级码生成。

·数据库修改:请求转换、标志变化、扫描式。

·冗余:高级网络、节点、现场网络、PLC、I/O、双倍/三倍式。

5　控制系统的通信与可互操作性

在集成控制系统中,各级站不同类型计算机之间的通信遵循国际标准化组织(ISO)的开放式系统互连(OSI)的七层参考模型。第一层为物理层;第二层为数据链路层,用来传输数据;第三至第六层在自动化技术中没有采用,操作站与工程师站之间的通信是采用TCP/IP协议;第七层为应用层,直接为用

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· 化工自动化及仪表 第25卷