對話PLC系統新增過程控制：是機遇還是挑戰？
http://www.debgrams.com 2010-01-01 11:21 來源：中國自動化學會專家咨詢工作委員會
PLC讓你滿足了嗎？
自動化行業的歷史已經成為工程和技術的發展史，但有時發展似乎并不能滿足用戶愈來愈多的需求。新的現場設備、更復雜的過程、將數據反饋給企業網絡的需求，所有這些要求都可能讓一個控制工程師崩潰。
隨著自動化應用的飛速發展，不少曾經被視為強大和面向未來的系統已逐漸被淘汰。甚至于一些運行多年先進的控制系統，仍受著當時的設計和制造能力所限。
歷史一覽
過去的自動化系統一般都是為特定行業在特定目的下開發的。例如，可編程邏輯控制器（PLC）最初是為取代控制和監測離散機器及設備的機械繼電器而開發，如灌裝廠的開關控制。這些繼電器本質上就是開關，或開或關，PLC內部的梯形邏輯編程用于模擬原來繼電器的功能。
對于一個大量離散應用的系統，中心控制器的任務是系統地讀取所有輸入/輸出（I/O）點的狀態，處理邏輯，反饋給I/O輸出，并快速地不斷反復這一流程。PLC速度無疑很快。
輸入模擬量
作為對比，許多復雜的過程如煉油、污水處理往往使用較少的開/關數字量信號。這些過程涉及大量的可變模擬信號如溫度、壓力、變量泵等。不同類型的系統—集散控制系統（DCS），就是為了適應這些應用而開發的。
在DCS中，讀、寫及邏輯處理都不是集中在中心控制器，而是分散到一些被控裝置附近的小型智能單元中。中心控制器提供集中管理。
分布式智能對于過程控制是必不可少的，因為模擬信號和邏輯對處理能力有更大的需求。例如，將電信號轉換成攝氏溫度涉及復雜的數學公式。一個單一的控制器無法處理所有這些模擬任務；若分工進行，即使非常大的系統也能順暢運行。
當代的挑戰
如今的自動化應用已不再被狹義地界定。離散控制和過程控制都需要涉及到任務中。我們可以看到這一趨勢，大型DCS生產商的新產品中包含混合系統，如Emerson的DeltaV®及ABB的Freelance®。
控制工程師花費大量的時間開發和運行的離散系統現在可能需要在增加過程控制。由于PLC系統和DCS架構的差異，從PLC方向發展的混合系統將面臨一些問題。
過程控制的替代
對PLC系統新增過程控制會涉及成本、集成、系統性能等問題。一個完整的DCS由于尺寸、費用以及系統學習的復雜性很難進行調整。對于企業中中小型的過程控制，如藥品、食品及飲料行業或水、污水處理等應用，一個完整的DCS有些浪費。
使用新的混合系統可能意味著放棄一個現有的良好運行的系統。相反地，將DCS與你的現有系統集成又很困難，因為這些系統是私有的。處于制造和市場的目的，一般這些系統被設計成封閉系統。
基于PC的過程控制是一種可能性，但是操作系統的可靠性和工業應用對硬件的要求仍存有疑慮。而集成也可能較困難，涉及工程時間和費用問題。
如何簡單地使用PLC的過程控制及離散制造？新的PLC提供模擬量功能，PLC制造商為了滿足過程控制的需要，最近新增了功能。
但是基于PC控制和PLC系統都缺少分布式智能，而這一智能恰恰是DCS的優勢。因此任何大量的模擬量邏輯將減緩掃描次數，增加網絡負荷，逆向地影響系統能力。對于模擬量設備，減少掃描次數還尚能接受，但對運行數字量控制的PLC則無法負擔延緩下來的關鍵數字量響應時間。
PLC系統負荷
作為過程控制的系統，若您必須在PLC系統和分布式智能中做出選擇，但是如何擁有兩者最好的功能呢？若能對您的PLC系統進行增負荷，您將怎么辦？
這里就是方法—對您的現有PLC系統新增遠程智能I/O。
EtherNet/IP™通訊協議
如同DCS，PLC也曾是封閉和私有的系統。但是現在許多類似系統—比如Allen-Bradley® 、ControlLogix® 和CompactLogix® PLC—使用一個由以太網和EtherNet/IP（由A-B和開發的工業協議，當前已被開放設備供應商協會采納支持）組成的常見通訊平臺。
EtherNet/IP的主要優勢在于它提供了一個在不同產品廠商間廣泛使用的標準通訊通道。因此使用EtherNet/IP協議的PLC更易于與其他設備進行通訊。這種互用性將給您帶來更多的選擇。
作為一個控制工程師能使用支持EtherNet/IP的硬件和軟件如Allen-Bradley CompactLogix、ControlLogix PLC和RSLogix，但是為了特定目的需要選擇其他廠商的I/O。
新選擇
PLC系統按種類不包括分布式控制。當你深刻意識到新增模擬I/O時，你必須為你的過程I/O增加新的梯形邏輯圖。但是額外的邏輯和I/O點將消耗掉系統開銷，增加的網絡負荷和掃描次數的降低會影響整體系統性能。
一個令人激動的選擇—EtherNet/IP出現了，它能夠擴大帶I/O點的PLC系統。你可以選擇對PLC系統增加DCS的分布式智能。
Opto 22的SNAP I/O™能擴大A-B ControlLogix 或CompactLogix系統—或者另一個使用EtherNet/IP 的PLC系統—只需這么做：提供遠程智能I/O卸載許多I/O功能，尤其是大部分過程控制應用中涉及遲鈍的模擬信號處理。遠程I/O處理類似功能如模擬量梯度設定、熱電偶線性化、標定、PID回路控制，PLC能繼續正常工作而幾乎不受影響。
無需編程的方案
在PLC系統中，許多遠程I/O通過總線耦合進行通訊。過去，在I/O層放入智能處理器意味著購買另一個PLC并使用梯形邏輯或學習新的語言對其進行編程。兩者都需要開發時間和費用。
Opto 22的SNAP I/O，其優勢之一也在于無需編程。所有I/O智能功能內置入I/O，其設備叫做智能處理器。智能處理器提供通訊，如總線耦合，但是同時也提供自動I/O處理。當I/O配置完成后，智能處理器馬上開始處理。其與A-B PLC兼容的SNAP I/O由ODVA認證支持EtherNet/IP協議。
內置遠程I/O功能
在過程控制應用方面，以下SNAP I/O的內置模擬量功能尤其有用：
PID回路控制（每個智能處理器擁有多達96個回路）
最小和最大值
模擬量標定
校準
求和
工程單位換算
熱電偶線性化
溫度轉換
看門狗定時
輸出鎖存
另外，SNAP I/O在相同的I/O地板上提供串口和數字量功能：
多重串行設備控制（RS 232/485）
輸入閉鎖
數字量過濾
積分運算
高速計數
看門狗定時
脈沖發生
脈沖測量
時間比例輸出
頻率和時間測量
在遠程I/O中新增以上功能，無需編程也不會對整體系統造成影響，這種能力可以對您的系統增負， 并能在新的過程控制任務上獲得成功。
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