從PLC和DCS到混合控制
http://www.debgrams.com 2010-04-13 14:02 來源：中國自動化學會專家咨詢工作委員會
以PLC和DCS為代表的第三代控制系統，從上世紀70年代開始應用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業過程控制中獲得迅猛的發展。那個時期，工廠經理有兩個基本選擇：集散控制系統（DCS）或者可編程邏輯控制器（PLC）。盡管兩者功能相似，實際上卻有很大的不同，各有其優缺點，用戶不論選擇哪一種控制系統，往往都是以犧牲另一種功能為代價。而最近的十幾年來，歷史悠久的DCS和PLC公司都轉向共同稱之為“混合型控制系統（HCS）”的領域，嘗試著把DCS系統的強大功能、復雜性和PLC系統的靈活、開放性以及低價位結合起來。為此，DCS公司減少了其系統所占用的空間，而PLC公司則開始集成其組件以制造更完善的系統。
天津水泥設計院教授級高工張衛民表示，就水泥行業來說，水泥行業的特點就是開關量多，模擬量比較少，回路控制也不多，用混合控制系統最為合適，ABB、西門子和羅克韋爾推出的FC800、PCS7、Logix多屬于混合控制系統的范疇。同時在水泥行業控制系統的供應商也已將先進控制算法用于DCS和PLC等控制器中，ABB公司的Optimize IT優化專家則集成了Industry IT大量已驗證的先進控制技術及廣泛的專家知識庫，如模糊邏輯、控制模型、神經元和模糊控制等，實現對水泥生產過程進行控制及實施優化決策管理。
但是，目前市場上的用戶并不認為混合控制系統是一種革命性的新產品，也沒有將它們看成一個完全不同的產品。而且，目前的國內市場上，既存在如上所述的混合控制系統，也有可通過裝備回路控制板實現較多過程控制功能的PLC。但是，混合控制系統的概念切合了生產實際，是控制系統的發展趨勢。從理論上講，當代的DCS與PLC都是混合控制系統，但是作為一種產品，混合控制系統無疑為用戶提供了一種新的選擇。
模塊化、離散化設計成新趨勢
自動化系統的發展趨勢是由專用的、集中的控制結構向分散化的、獨立的自動化模塊發展。對于現今的工程服務，雖然模塊化和可利用性的概念已經被成功應用在機械和靠近硬件水平的元件上，但是在控制技術方面，它仍存在一定的局限性。目前廠商為用戶提供的方案大多是將功能和網絡連接的多種控制系統分開。理想的情況下，機械的、硬件的和軟件的劃分界限是保持一致的。
在自動化界引起關注的是控制系統正由集中向分散化發展。霍尼韋爾的Experion PKS平臺包含了大量新技術，其中之一便是分布式系統架構DSA，它體現的便是離散化設計的概念。
傳統DCS的集散概念一般停留在一個生產裝置以內。一個生產裝置使用一套獨立控制系統，在不共工段使用不同的操作站，不同的控制器及I/O進行各工段的操作和控制。隨著現代過程工業不斷地往超大規模發展，每個生產裝置之間的上下游關系更加密切，對集散控制系統（DCS）提出了新的要求。不僅要求全流程中每個生產裝置相對保持獨立性，以利于危險分散，獨立裝置開停車，易于進行獨立安裝和維護。而且要求能夠實現各生產裝置的信息集中管理和共享，這就是更高層次的集散控制概念。分布式系統架構DSA（Distributed System Architecture）將每個生產裝置用一個稱之為Experion PKS族來控制，每個族具有獨立的實時過程數據庫（ERDB），保證每個族的獨立性。多個Experion PKS族通過DSA可以很容易地集成一個單一的系統中，無需重復組態，無縫集成所有DCS數據。從而實現各生產裝置的信息集中管理和共享，構成超大規模系統，并且易于擴展。
DSA可使用各種通用的網絡，包括局域網、廣域網。支持微波、衛星、租用專線網絡等，突破地理位置上的分散。可以說，Experion?PKS分布式系統架構DSA是控制系統DCS發展非常重要的一個趨勢。
無線技術改變過程控制系統
作為過程控制領域新技術的引領者，艾默生過程控制有限公司也一直把無線技術作為自己重點技術之一。艾默生艾默生過程控制公司市場總監林永春指出，隨著無線技術進一步為公眾所接收，其應用的范圍也在日益擴大，尤其在工業過程領域，無線技術對習慣于有線技術的工業過程領域所帶來的沖擊是巨大的。到目前為止，大多數的無線項目用于開環回路的監測，應該說，現今的無線技術是對有線技術強有力的補充。由于無線技術的應用，解決了有線技術由于投資成本及環境限制未能實現的功能，提升了過程控制精度，為工廠管理帶來極大效益。應該認識到，過程控制的無線化是一場靜悄悄的革命，是一個逐步滲透的過程，隨著人們認知程度的提高，以及無線技術更為可靠、連續、兼容的操作方式將給整個工業界以使用的信心，越來越多的無線設備將用于工廠。然而，安全有效的工廠操作總是放在第一位的，就目前來說控制功能的應用仍然是通過有線電纜來完成的。而今年9月底艾默生在奧蘭多推出了無線方案的冗余功能，使用戶有足夠的信心將靈活的易于使用的智能無線平臺向關鍵點監測和控制應用領域擴展。
霍尼韋爾過程控制部市場戰略經理姜亞春介紹說，霍尼韋爾最新版本的控制系統Experion PKS已經把無線網絡集成到了控制層，使得無線設備可以參與到控制之中。姜亞春經理表示，“我們認為無線技術會是自動化控制的發展方向，同時無線技術的發展又會改變過程控制系統的結構。”
現場總線升級到工業實時以太網
現場總線和工業以太網技術的發展和推廣應用，為全集成自動化體系架構的形成和發展奠定了通信的基礎。另外，從工業編程語言、現場總線、工業以太網等各種自動化國際標準的制定和推廣應用，也為工業以太網技術的發展奠定了標準化的基礎。
當今自動化領域內，從工藝現場層到工廠（集團）管理層可經由以太網，基本實現信息的暢通無縫流通，通過信息的無縫集成、過程優化和資源優化，實現物流、信息流、價值流的集成，以縮短企業新產品的開發周期、提高質量、降低成本、改進服務和改善環境，從而提升企業的市場的應變能力和競爭能力。在工業自動化領域當今較認可的有兩種，一個是P-NET，它是基于PROFIBUS系統開發的，第二個是由羅克韋爾為主開發的即CIP（通用工業協議的工業網絡）-它包括DeviceNet、 EtherNet/IP、ControlNet.使用實施以太網技術后，過去每一個點的都要用兩根線接到兩線制儀表，現在只要通過一根電纜就直接下來了，不但電纜大量減少且I/0的設備也減小了很多。
過程儀表的創新不可忽視
堡盟過程儀表產品市場經理李素蓉指出，不論過程系統如何發展，功能如何強大，過程儀表的作用不能被忽視。她進一步指出，儀表是在工業生產過程中，對工藝參數進行檢測、顯示、記錄或者控制的基礎。隨著工業的發展，對儀表控制系統提出了更高的要求，電動儀表逐步向數字化、智能化方向發展，計算機系統向網絡化、開放化發展，新一代的儀表主要特點是智能化和數字化。
工廠的生產好壞很大程度上依賴于過程儀表的狀況，這些儀表除了流量、液位、壓力及溫度等參數的傳感器和變送器，還包括分析儀及控制閥。用于過程技術的堡盟傳感器和測量設備極其精密和穩定，完全能夠滿足應用要求。尤其是在極端環境條件下，它們也能進行準確的測量。良好的產品質量不僅延長了使用壽命，而且降低了維護周期，提高了過程生產的安全性和效率。
以PLC和DCS為代表的第三代控制系統，從上世紀70年代開始應用以來，在冶金、電力、石油、化工、輕工等工業過程控制中獲得迅猛的發展。那個時期，工廠經理有兩個基本選擇：集散控制系統（DCS）或者可編程邏輯控制器（PLC）。盡管兩者功能相似，實際上卻有很大的不同，各有其優缺點，用戶不論選擇哪一種控制系統，往往都是以犧牲另一種功能為代價。而最近的十幾年來，歷史悠久的DCS和PLC公司都轉向共同稱之為“混合型控制系統（HCS）”的領域，嘗試著把DCS系統的強大功能、復雜性和PLC系統的靈活、開放性以及低價位結合起來。為此，DCS公司減少了其系統所占用的空間，而PLC公司則開始集成其組件以制造更完善的系統。
天津水泥設計院教授級高工張衛民表示，就水泥行業來說，水泥行業的特點就是開關量多，模擬量比較少，回路控制也不多，用混合控制系統最為合適，ABB、西門子和羅克韋爾推出的FC800、PCS7、Logix多屬于混合控制系統的范疇。同時在水泥行業控制系統的供應商也已將先進控制算法用于DCS和PLC等控制器中，ABB公司的Optimize IT優化專家則集成了Industry IT大量已驗證的先進控制技術及廣泛的專家知識庫，如模糊邏輯、控制模型、神經元和模糊控制等，實現對水泥生產過程進行控制及實施優化決策管理。
但是，目前市場上的用戶并不認為混合控制系統是一種革命性的新產品，也沒有將它們看成一個完全不同的產品。而且，目前的國內市場上，既存在如上所述的混合控制系統，也有可通過裝備回路控制板實現較多過程控制功能的PLC。但是，混合控制系統的概念切合了生產實際，是控制系統的發展趨勢。從理論上講，當代的DCS與PLC都是混合控制系統，但是作為一種產品，混合控制系統無疑為用戶提供了一種新的選擇。
模塊化、離散化設計成新趨勢
自動化系統的發展趨勢是由專用的、集中的控制結構向分散化的、獨立的自動化模塊發展。對于現今的工程服務，雖然模塊化和可利用性的概念已經被成功應用在機械和靠近硬件水平的元件上，但是在控制技術方面，它仍存在一定的局限性。目前廠商為用戶提供的方案大多是將功能和網絡連接的多種控制系統分開。理想的情況下，機械的、硬件的和軟件的劃分界限是保持一致的。
在自動化界引起關注的是控制系統正由集中向分散化發展?；裟犴f爾的Experion PKS平臺包含了大量新技術，其中之一便是分布式系統架構DSA，它體現的便是離散化設計的概念。
傳統DCS的集散概念一般停留在一個生產裝置以內。一個生產裝置使用一套獨立控制系統，在不共工段使用不同的操作站，不同的控制器及I/O進行各工段的操作和控制。隨著現代過程工業不斷地往超大規模發展，每個生產裝置之間的上下游關系更加密切，對集散控制系統（DCS）提出了新的要求。不僅要求全流程中每個生產裝置相對保持獨立性，以利于危險分散，獨立裝置開停車，易于進行獨立安裝和維護。而且要求能夠實現各生產裝置的信息集中管理和共享，這就是更高層次的集散控制概念。分布式系統架構DSA（Distributed System Architecture）將每個生產裝置用一個稱之為Experion PKS族來控制，每個族具有獨立的實時過程數據庫（ERDB），保證每個族的獨立性。多個Experion PKS族通過DSA可以很容易地集成一個單一的系統中，無需重復組態，無縫集成所有DCS數據。從而實現各生產裝置的信息集中管理和共享，構成超大規模系統，并且易于擴展。
DSA可使用各種通用的網絡，包括局域網、廣域網。支持微波、衛星、租用專線網絡等，突破地理位置上的分散。可以說，Experion?PKS分布式系統架構DSA是控制系統DCS發展非常重要的一個趨勢。
無線技術改變過程控制系統
作為過程控制領域新技術的引領者，艾默生過程控制有限公司也一直把無線技術作為自己重點技術之一。艾默生艾默生過程控制公司市場總監林永春指出，隨著無線技術進一步為公眾所接收，其應用的范圍也在日益擴大，尤其在工業過程領域，無線技術對習慣于有線技術的工業過程領域所帶來的沖擊是巨大的。到目前為止，大多數的無線項目用于開環回路的監測，應該說，現今的無線技術是對有線技術強有力的補充。由于無線技術的應用，解決了有線技術由于投資成本及環境限制未能實現的功能，提升了過程控制精度，為工廠管理帶來極大效益。應該認識到，過程控制的無線化是一場靜悄悄的革命，是一個逐步滲透的過程，隨著人們認知程度的提高，以及無線技術更為可靠、連續、兼容的操作方式將給整個工業界以使用的信心，越來越多的無線設備將用于工廠。然而，安全有效的工廠操作總是放在第一位的，就目前來說控制功能的應用仍然是通過有線電纜來完成的。而今年9月底艾默生在奧蘭多推出了無線方案的冗余功能，使用戶有足夠的信心將靈活的易于使用的智能無線平臺向關鍵點監測和控制應用領域擴展。
霍尼韋爾過程控制部市場戰略經理姜亞春介紹說，霍尼韋爾最新版本的控制系統Experion PKS已經把無線網絡集成到了控制層，使得無線設備可以參與到控制之中。姜亞春經理表示，“我們認為無線技術會是自動化控制的發展方向，同時無線技術的發展又會改變過程控制系統的結構。”
現場總線升級到工業實時以太網
現場總線和工業以太網技術的發展和推廣應用，為全集成自動化體系架構的形成和發展奠定了通信的基礎。另外，從工業編程語言、現場總線、工業以太網等各種自動化國際標準的制定和推廣應用，也為工業以太網技術的發展奠定了標準化的基礎。
當今自動化領域內，從工藝現場層到工廠（集團）管理層可經由以太網，基本實現信息的暢通無縫流通，通過信息的無縫集成、過程優化和資源優化，實現物流、信息流、價值流的集成，以縮短企業新產品的開發周期、提高質量、降低成本、改進服務和改善環境，從而提升企業的市場的應變能力和競爭能力。在工業自動化領域當今較認可的有兩種，一個是P-NET，它是基于PROFIBUS系統開發的，第二個是由羅克韋爾為主開發的即CIP（通用工業協議的工業網絡）-它包括DeviceNet、 EtherNet/IP、ControlNet.使用實施以太網技術后，過去每一個點的都要用兩根線接到兩線制儀表，現在只要通過一根電纜就直接下來了，不但電纜大量減少且I/0的設備也減小了很多。
過程儀表的創新不可忽視
堡盟過程儀表產品市場經理李素蓉指出，不論過程系統如何發展，功能如何強大，過程儀表的作用不能被忽視。她進一步指出，儀表是在工業生產過程中，對工藝參數進行檢測、顯示、記錄或者控制的基礎。隨著工業的發展，對儀表控制系統提出了更高的要求，電動儀表逐步向數字化、智能化方向發展，計算機系統向網絡化、開放化發展，新一代的儀表主要特點是智能化和數字化。
工廠的生產好壞很大程度上依賴于過程儀表的狀況，這些儀表除了流量、液位、壓力及溫度等參數的傳感器和變送器，還包括分析儀及控制閥。用于過程技術的堡盟傳感器和測量設備極其精密和穩定，完全能夠滿足應用要求。尤其是在極端環境條件下，它們也能進行準確的測量。良好的產品質量不僅延長了使用壽命，而且降低了維護周期，提高了過程生產的安全性和效率。
編輯精選
