最新DCSPLC和FCS技术的发展及应用Word下载.docx

1、 PLC （ Pro2gram Logic Control） 为可编程逻辑控制器; DCS（Distributed Contorl System） 为集散控制系统（又称公布式控制系统） ; FCS （ FieldBus Contorl Syes2tem） 为现场总线控制系统。在总结和吸取常规模拟仪表控制和早期计算机控制的优点的基础上，综合现代科技成果而发展形成的，是4C技术（计算机技术，控制技术，通信技术，图象显示技术）的结晶。1PLC1.1 PLC 控制技术概论PLC 是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统， 它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体， 成为实现单机，车间，工

2、厂自动化的核心设备， 具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，编程简单，维修方便等优点。随着技术的进步，其控制功能由简单的逻辑控制， 顺序控制发展为复杂的连续控制和过程控制， 成为自动化领域的三大技术支柱（PLC，机器人，CAD/CAM） 之一。1.2 PLC的特点PLC从传统的继电器回路发展而来， 从开关量控制到顺序控制、运送处理等， 控制顺序是从下而上的。最初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，因此， PLC从开始就强调逻辑运算能力。PLC系统具有以下技术特点: 。1.2.1 从开关量控制发展到顺序控制、运送处理， 是从下而上的。1.2.2 连续P ID 控制等多功能（ P ID 在中断站中）

3、 。1.2.3 可用1台PC机为主站， 多台同型PLC为从站。1.2.4 也可用1 台PLC为主站， 多台同型PLC为从站， 构成PLC网络。比用PC机作主站方便;有用户编程时， 不必知道通信协议， 只要按说明书格式写即可。1.2.5 PLC网络既可作为独立DCS， 也可作为DCS的子系统。1.2.6 主要用于工业过程中的顺序控制， 新型PLC也兼有闭环控制功能。发展至今， PLC已经具备了模拟量的控制功能， 有的PLC系统模拟量处理能力很强， 如西门子S7400、AB的Control Logix和施耐德的Quantum系统。1.3 PLC 的发展及趋势早期的PLC （20 世纪60 年代末7

4、0 年代中期）一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义， 其主要功能一般只用于单一工序的自动控制。它在硬件上以准计算机的形式出现， 在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施， 以提高其抗干扰的能力。在软件编程上， 采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。2） 中期的PLC（20 世纪70 年代中期80 年代中，后期）在

5、微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC 功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算，计时，计数等功能以外，还增加了算术运算，数据处理和传送，通讯，自诊断等功能。在硬件方面， 除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块，远程I/O 模块，各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量， 使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 应用范围得以扩大。3） 近期的PLC（20 世纪80 年代中后期至今）进入20 世纪80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，

6、微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度， 各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软硬件功能发生了巨大变化。跨入21 世纪后，不论是硬件还是系统软件（专用操作系统、编程语言），以至于联网通信，PLC 正在向标准化方向发展，以谋求在ERP，MES 和PCS 的3 层体系结构中立于不败之地，更好地满足工业生产，管理及经营系统不断追求降低成本，快速响应，综合和整体高效，从而增强产品竞争力的要求。我国可编程控制器的引进，应用，研制，生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器

7、。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC 的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF 系列， 杭州机床电器厂生产的DKK 及D 系列，大连组合机床研究所生产的S 系列，苏州电子计算机厂生产的YZ 系列等多种产品已具备了一定的规模，并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司，上海乡岛公司， 南京嘉华公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC 生产厂家。虽然我国在PLC 生产方面还比较弱，但在PLC 应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10 万台套PLC 产品，年销售额30 亿元人民币，应用的行业也很广。可以预期，随着我国现代化进程的深

8、入，PLC 在我国将有更广阔的应用天展望未来，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大，智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看， 各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破， 会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看， 可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展

9、方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed ControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.4 PLC的行业应用 冶金作为大型PLC最大的应用行业，占据了大约1/4的市场。冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，故而是大中型PLC应用的主要行业。就中国而言，我们的冶金行业的现状是非常落后、装备技术水平低，相信随着下游市场要求的提高和竞争的加剧，将带来大量的技术改造项目和高端生产线的投资。中国已有6000多家冶金企业，有大量在用的P

10、LC产品和众多升级换代及备品备件市场。 汽车业是最有潜力的PLC行业之一，主要需对各生产线的工位进行控制，PLC的应用数量多，但控制点数并不高，多在300个I/O左右，以中型PLC为主。电力行业本身的自动化水平很高，对PLC的应用规模基数很大，是大中型PLC应用的又一大行业。PLC系统在电力施工机械中得到广泛应用，并有良好的市场和空间。在化工行业，PLC市场保持着稳定增长。未来化工行业在合成材料和有机化工领域投资应该会增大，这些领域项目对于自动化产品的需求量比较大。同时，由于对化工行业环保要求的提高，化工厂需要对周边的水处理和循环系统进行改造，会对自动化产品产生一些新增要求。2DCS2.1 D

11、CS控制技术概论DCS即分布式控制系统是指由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统是在计算机监督控制系统、直接数字控制系统和计算机多级控制系统的基础上发展起来的，是生产过程的一种比较完善的控制与管理系统。在分布式控制系统中，按地区把微处理机安装在测量装置与控制执行机构附近，将控制功能尽可能分散，管理功能相对集中 。这种分散化的控制方式能改善控制的可靠性，不会由于计算机的故障而使整个系统失去控制。当管理级发生故障时，过程控制级（控制回路）仍具有独立控制能力，个别控制回路发生故障时也不致影响全局。与计算机多级控制系统相比，分

12、布式控制系统在结构上更加灵活、布局更为合理和成本更低。2.2 DCS的特点分散控制系统DCS是集4C （Communication，Computer， Control、CRT） 技术于一身的监控技术。DCS的技术特点如下 。2.2.1控制功能强。可实现复杂的控制规律，如串级、前馈、解耦、自适应、最优和非线性控制等，也可实现顺序控制。2.2.2系统可靠性高。2.2.3采用CRT操作站有良好的人机交互接口。2.2.4软硬件采用模块化积木式结构。2.2.5系统容易开发。2.2.6用组态软件，编程简单，操作方便。2.2.7具有良好的性价比。2.3 DCS的发展及趋势DCS是继1969年PLC问世后，由

13、HONEYWELL公司在1975年首先推出的系统。即：TDC2000，它只有模拟量控制。 从不同方向发展起来的DCS在结构上、软件方面有些区别。仪表公司开发的DCS的控制器的软件部分比较符合仪表工程人员应用的习惯，特别是组态方式比较方便。传动公司设计的PLC部分比较好。计算机公司设计的DCS的人机界面比较友好。相继出现的DCS有MAX-1、RS3、MOD、N-90、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200；日本横河的YEPARK MARK、东芝的TOSDIC；，英国kent的P4000；德国西门子的TELEPERM、PROCONTROLP、瑞典abb的AC210等。 在硬件结构、软件应用

14、和网络协议方面，随着计算机技术的发展，大约有三次比较大的变革。表现在操作站、DCS网络、现场总线的出现三个方面。七十年代操作站的硬件、操作系统、监控软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发的，操作站也没有动态流程图，只有文本显示。通讯网络的协议基本上都是采用轮询方式的，在网络上设交通指挥器。八十年代就发生变化了，通讯网络较多地使用令牌方式。九十年代操作站出现了通用操作站，打开了DCS形成的自动化“孤岛”。九十年代末DCS通讯网络有部分开始采用以太网。21世纪初DCS和MIS系统相结合，组成综合管理信息系统。DCS的信号送到全厂和存入工厂数据库。供管理人员查询。MIS系统的数据传输，载体采用光纤网

15、和电话线网相结合的方式。传输数据多的地方采用光纤，数据少的地方用电话线，很像公共交通中的高速公路和国道联合使用一样。称为对称数字订户线（SDSL）技术。国内已有非对称数字订户线（ADSL）技术。 总的来看，DCS本身的I/O板变化主要体现在I/O板A/D的转换位数。操作站的变化体现在软、硬件的改变，通讯网络结构、协议的改进。控制器相对来讲变化要小的多。它只是由于芯片水平的提高而作一些调整。功能块的算法和组态方式是不变的。操作站主要表现在由专用机变化到通用机，监控软件由专用逐渐变化到通用。如普通微机（PC机）和小型机、FIX和INTOUCH用于操作站。专用操作站的硬件在90年代初就被淘汰。后来专用操作系统也被淘汰。目前许多DCS系统的操作系统采用UNIX或其变种，也有中、小系统采用NT。相比较来看，UNIX的稳定性要好一些，采用NT系统死机现象发生较多。 DCS的另一个重要发展是：现场总线作为控制器的输入、输出。把现场总线作为DCS的输入、输出板，目的是解决远程信号的数据传输问题。如把HART总线做成DCS的一种输入板，可以有16个变送器连接在