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PLC和DCS系統的集成前景
PLC和DCS系統的集成前景
長期以來.PLC與DCS控制系統各自在離散和過程行業。然而.隨著自動化技術的進步，尤其是自動化系統通信技術的飛越式發展，兩者正在呈現融合與集成的趨勢。這篇來自上海倍福自動化的專業報告對這一熱點加以了較為全面的探討。
離散控制系統（DCS）在過程控制行業中占有支配的地位，而可編程邏輯控制器（PLC）在離散制造行業中占有統治的地位。在過程控制行業中，過程控制的功能基本上通過采用專有的離散控制系統（DCS）來進行調節控制，而其停止運行的功能尋址則由可編程邏輯控制器（PLC）完成。本文將對DCS與PLC系統的集成應用前景進行探討。過提控制行業和DCS轟統煉油廠、化工廠、發電廠、造紙廠和金屬冶煉廠等一類過程控制行業，總是離不開采用DCS作為過程中的控制系統。其主要的一類控制功能特性，例如:控制器、歷史狀態、顯示、現場輸出數據等都是“分布式”的。包括處理器、v0卡分布、通路和現場連接裝置（用于執行命令）在內的分布DCS系統流程圖可保證靈活地添加、修正或取消控制點的連接。在某種意義上來說，它們能起到隔離的作用，不致使系統上某單部件的故障影響到其他部件的功能。例如，一個控制閉環的故障不致影響到其他相連閉環回路的功能特性。其工作性能和可靠性確立了DCS系統在過程控制行業中的應用地位。
離散行業和PLC
PLC是來源于離散行業中的應用。PLC不同于典型的DCS系統選項的地方主要在于，它與控制一個系統的邏輯程序有關。PLC采用物理裝置代替硬連線邏輯，并借助于*處理器來閱讀所有的輸入值，并執行程序，向編程狀態發出輸出指令。這一切都是在重復的掃描過程中完成的，每次掃描約持續幾毫秒的時間。一般來說，像汽車和建筑自動化、電子和半導體、機械和運輸等一類的離散行業傳統上都采用PLC可編程邏輯控制器。
DCS和PLC的共同功能特牲
典型的DCS系統除了能起到控制功能以外，還可將其順序控制的功能特性，應用于邏輯編程之中。在過程控制功能中發揮作用的同一個處理器也能用于邏輯控制。在連續的過程生產工廠中，邏輯控制和工藝控制是要求互相分離的。這也正是典型的PLC可以獲得接受的地方（與DCS系統一起使用）。對于邏輯應用而言，采用DCS系統的方案相對要比采用PLC可編程邏輯控制器更昂貴些。何況，過程的安全停產需要采用一種能獨立于過程控制系統的系統。一個時期以來，在連續過程控制行業的生產中，DCS系統變成了過程控制的同義詞，而PLC的功能特性則適合于停工時使用。其中，DCS系統和PLC系統分別用于過程控制和邏輯功能特性，PLC接收來自DCS系統的數據（連續的輸人數據）以及來自于現場的數字和模擬輸人數據。
PLC驅動現場各裝置的情況（工廠過程中的一部分）純粹是響應其接收的來自現場的硬接線輸入數據，其反應動作*獨立于DCS系統的控制動作。由于PLC接收來自DCS系統的連續輸人數據，因此PLC起到了一個數據匯集系統的作用。
3C功能通用的硬件、綜合性的技術、加強的通信功能
DCS和PLC系統的處理器始終在不斷更新換代，與其所鼓吹的強大處理功能保持同步。與這兩者控制器連接的I/O卡也有很強大的處理器。工廠在控制器和I/O板上同時安設模擬和數字信號處理功能是*符合邏輯的，這是一個它們可以共同發揮作用的地方，兩者既“統一”但又“相互獨立”。在某些情況下，這一目標已經實現。在zui近一屆的德國漢諾威博覽會上，Yokogawa,ABB、西門子等一類生產廠越來越多地展示了這些產品。DCS和PLC系統的控制器都具有相類似的功能特性，但從應用來看則又是不同的。
在過程生產工廠中，PLC的安全性是安全自動化儀表系統（SIS）運行中的一個主要因素。諸如IEC 61508, IEC 71511和ISA SP85一類的標準事實上已經代替了T它V認證機構所采用的DIN 19250標準。這涉及到對整個自動化儀表系統的認證，而不光是邏輯控制器部分。整體安全水平（SII,）的認證關系到額外的成本，因此，這使得企業用戶會盡量設法去降低開發費用，盡t選用*的“通用”硬件。對于用戶來說，這樣做的結果就是節省每一處系統訪問的費用。
上海倍福自動化已經注意到了現場總線基金會（Fieldbu: Foundation, FF）和Proftbus用戶組織Profibus Nutzer-organisation，PNO ）將安全應用放在優先的位置上。FF已將其安全自動化儀表系統（FF-SIS ）提交TVV認證機構審批，并希望該系統能夠在2005年底以前到位。 PNO組織在安全規范方面也做了類似的努力，zui近也送交TiJV認證機構審批，以便使工廠的產品能夠在相同的時間內發貨。這些規范的要點就是要求享用共同的平臺、公用的網絡以及與DCS系統共享軟件工具。但PLC系統仍然保留其停工關閉時的功能識別特性，同時，還要保證可以避免的停產時間。
制造企業傾向于采用一種公用的平臺解決方案，以代替不同系統單元連接和各自擁有的總線.DCS和PLC系統的工程功能始終處于分離的位置，并根據不同的訪問控制模式進行必要的改變，這主要是因為一直受到傳統的系統總線概念的影響?？梢酝ㄟ^以太網設備那樣的通用通信平臺，從而采用單一的工程工作站來配置DCS和PLC系統，這樣也可使公用報警和事故監控系統安裝在單一的位置上，以避免租用昂貴的第三方設備來完成源自DCS和PLC兩大系統的數據流匯總。通用工程工作站概念有利于*的標準編程語言（I E C 61134）成為主流語言。PLC與DCS這兩種系統在配置的方式上（例如在功能塊方面）有許多共同的特點，這為培訓人員降低費用方面鋪平了道路。事實上，DCS和PLC系統的操作員通用工作站正在不斷地得到重視。至今為止，DCS和PLC系統之間的傳統串行接口—Modbus RTU協議接口繼續延長向PLC開放，以便從DCS系統提取數據后做進一步處理。在大部分情況下，PLC將能夠從DCS系統進行“閱讀”，但不用于作為對DCS系統的“寫入”。這是因為除了數據的傳輸速度之外，當數據從PLC寫入DCS系統時，通信數據的丟失也可能會影響過程的控制功能。PLC和DCS系統之間的接口通常通過一個位于DCS系統終端的附加“網關”硬件來完成。的發展趨勢是將DCS和PLC系統建立在像以太網那樣的公用平臺上，并使用TCP/IP協議進行數據交換。這樣，不但可省去DCS系統終端的附加硬件，而且還可以保證以更高的速度來傳輸系統之間的數據，并將這些數據更可靠地建立在系統之中。我們可以想象.具有共同功能特性、應用于不同場合的DCS系統和PLC設置到同一“底板”上，更大地發揮兩大系統相互之間的潛力。
工廠資產管理
上海倍福公司還特別注意到:“……許多供貨商已經開發了有效的工廠資產管理（Plant Asset Management，PAM）解決方案，為用戶提供了一個進入過程的有力窗口.使他們能夠預先制訂維修和操作策略，辨別發生事故前的一切問題，為提高工廠的生產性能和操作優化特性（OpX）提供一個關鍵的方法。”許多來源于PAM的數據將很有效地從FF HSE或Profibus DP一類的公用總線平臺獲得，而不是分別通過DCS和PLC系統的通道獲得。例如OPC的連通性.保證OPC服務器駐留在PLC/DCS操作員工作站上，為一個典型的PAM（客戶OPC）提供連續的或歷史性的數據。DCS和PLC系統在功能特性方面的結合連同其統一的構建風格，為zui大程度地發揮PAM*性提供了一個機會。
PC-Based
操作員工作站能夠支持基于windows風格的工業PC。這種情況在DCS和PLC系統中都是實際存在的?？刂品绞嚼^續以各自擁有的硬件和軟件為基礎，而所采用的網絡體系是一種更為公開的標準。其本身不會轉化成以PC機為基礎的控制方式。用戶仍然對傳統的控制系統充滿信心，同時還吸收了操作終端和網絡部分的變化。然而，目前正在出現追捧和推銷PC-Based控制器的情況。尤其對于單個控制器應用，這種情況更為顯著。PC-Based控制器是否會擠占傳統PLC和DCS系統的應用空間還是一個值得討論的問題.只是不知道PC-Based控制器的市場推銷是否將進一步促進DCS和PLC技術走向融合?
離散控制系統（DCS）在過程控制行業中占有支配的地位，而可編程邏輯控制器（PLC）在離散制造行業中占有統治的地位。在過程控制行業中，過程控制的功能基本上通過采用專有的離散控制系統（DCS）來進行調節控制，而其停止運行的功能尋址則由可編程邏輯控制器（PLC）完成。本文將對DCS與PLC系統的集成應用前景進行探討。過提控制行業和DCS轟統煉油廠、化工廠、發電廠、造紙廠和金屬冶煉廠等一類過程控制行業，總是離不開采用DCS作為過程中的控制系統。其主要的一類控制功能特性，例如:控制器、歷史狀態、顯示、現場輸出數據等都是“分布式”的。包括處理器、v0卡分布、通路和現場連接裝置（用于執行命令）在內的分布DCS系統流程圖可保證靈活地添加、修正或取消控制點的連接。在某種意義上來說，它們能起到隔離的作用，不致使系統上某單部件的故障影響到其他部件的功能。例如，一個控制閉環的故障不致影響到其他相連閉環回路的功能特性。其工作性能和可靠性確立了DCS系統在過程控制行業中的應用地位。
離散行業和PLC
PLC是來源于離散行業中的應用。PLC不同于典型的DCS系統選項的地方主要在于，它與控制一個系統的邏輯程序有關。PLC采用物理裝置代替硬連線邏輯，并借助于*處理器來閱讀所有的輸入值，并執行程序，向編程狀態發出輸出指令。這一切都是在重復的掃描過程中完成的，每次掃描約持續幾毫秒的時間。一般來說，像汽車和建筑自動化、電子和半導體、機械和運輸等一類的離散行業傳統上都采用PLC可編程邏輯控制器。
DCS和PLC的共同功能特牲
典型的DCS系統除了能起到控制功能以外，還可將其順序控制的功能特性，應用于邏輯編程之中。在過程控制功能中發揮作用的同一個處理器也能用于邏輯控制。在連續的過程生產工廠中，邏輯控制和工藝控制是要求互相分離的。這也正是典型的PLC可以獲得接受的地方（與DCS系統一起使用）。對于邏輯應用而言，采用DCS系統的方案相對要比采用PLC可編程邏輯控制器更昂貴些。何況，過程的安全停產需要采用一種能獨立于過程控制系統的系統。一個時期以來，在連續過程控制行業的生產中，DCS系統變成了過程控制的同義詞，而PLC的功能特性則適合于停工時使用。其中，DCS系統和PLC系統分別用于過程控制和邏輯功能特性，PLC接收來自DCS系統的數據（連續的輸人數據）以及來自于現場的數字和模擬輸人數據。
PLC驅動現場各裝置的情況（工廠過程中的一部分）純粹是響應其接收的來自現場的硬接線輸入數據，其反應動作*獨立于DCS系統的控制動作。由于PLC接收來自DCS系統的連續輸人數據，因此PLC起到了一個數據匯集系統的作用。
3C功能通用的硬件、綜合性的技術、加強的通信功能
DCS和PLC系統的處理器始終在不斷更新換代，與其所鼓吹的強大處理功能保持同步。與這兩者控制器連接的I/O卡也有很強大的處理器。工廠在控制器和I/O板上同時安設模擬和數字信號處理功能是*符合邏輯的，這是一個它們可以共同發揮作用的地方，兩者既“統一”但又“相互獨立”。在某些情況下，這一目標已經實現。在zui近一屆的德國漢諾威博覽會上，Yokogawa,ABB、西門子等一類生產廠越來越多地展示了這些產品。DCS和PLC系統的控制器都具有相類似的功能特性，但從應用來看則又是不同的。
在過程生產工廠中，PLC的安全性是安全自動化儀表系統（SIS）運行中的一個主要因素。諸如IEC 61508, IEC 71511和ISA SP85一類的標準事實上已經代替了T它V認證機構所采用的DIN 19250標準。這涉及到對整個自動化儀表系統的認證，而不光是邏輯控制器部分。整體安全水平（SII,）的認證關系到額外的成本，因此，這使得企業用戶會盡量設法去降低開發費用，盡t選用*的“通用”硬件。對于用戶來說，這樣做的結果就是節省每一處系統訪問的費用。
上海倍福自動化已經注意到了現場總線基金會（Fieldbu: Foundation, FF）和Proftbus用戶組織Profibus Nutzer-organisation，PNO ）將安全應用放在優先的位置上。FF已將其安全自動化儀表系統（FF-SIS ）提交TVV認證機構審批，并希望該系統能夠在2005年底以前到位。 PNO組織在安全規范方面也做了類似的努力，zui近也送交TiJV認證機構審批，以便使工廠的產品能夠在相同的時間內發貨。這些規范的要點就是要求享用共同的平臺、公用的網絡以及與DCS系統共享軟件工具。但PLC系統仍然保留其停工關閉時的功能識別特性，同時，還要保證可以避免的停產時間。
制造企業傾向于采用一種公用的平臺解決方案，以代替不同系統單元連接和各自擁有的總線.DCS和PLC系統的工程功能始終處于分離的位置，并根據不同的訪問控制模式進行必要的改變，這主要是因為一直受到傳統的系統總線概念的影響?？梢酝ㄟ^以太網設備那樣的通用通信平臺，從而采用單一的工程工作站來配置DCS和PLC系統，這樣也可使公用報警和事故監控系統安裝在單一的位置上，以避免租用昂貴的第三方設備來完成源自DCS和PLC兩大系統的數據流匯總。通用工程工作站概念有利于*的標準編程語言（I E C 61134）成為主流語言。PLC與DCS這兩種系統在配置的方式上（例如在功能塊方面）有許多共同的特點，這為培訓人員降低費用方面鋪平了道路。事實上，DCS和PLC系統的操作員通用工作站正在不斷地得到重視。至今為止，DCS和PLC系統之間的傳統串行接口—Modbus RTU協議接口繼續延長向PLC開放，以便從DCS系統提取數據后做進一步處理。在大部分情況下，PLC將能夠從DCS系統進行“閱讀”，但不用于作為對DCS系統的“寫入”。這是因為除了數據的傳輸速度之外，當數據從PLC寫入DCS系統時，通信數據的丟失也可能會影響過程的控制功能。PLC和DCS系統之間的接口通常通過一個位于DCS系統終端的附加“網關”硬件來完成。的發展趨勢是將DCS和PLC系統建立在像以太網那樣的公用平臺上，并使用TCP/IP協議進行數據交換。這樣，不但可省去DCS系統終端的附加硬件，而且還可以保證以更高的速度來傳輸系統之間的數據，并將這些數據更可靠地建立在系統之中。我們可以想象.具有共同功能特性、應用于不同場合的DCS系統和PLC設置到同一“底板”上，更大地發揮兩大系統相互之間的潛力。
工廠資產管理
上海倍福公司還特別注意到:“……許多供貨商已經開發了有效的工廠資產管理（Plant Asset Management，PAM）解決方案，為用戶提供了一個進入過程的有力窗口.使他們能夠預先制訂維修和操作策略，辨別發生事故前的一切問題，為提高工廠的生產性能和操作優化特性（OpX）提供一個關鍵的方法。”許多來源于PAM的數據將很有效地從FF HSE或Profibus DP一類的公用總線平臺獲得，而不是分別通過DCS和PLC系統的通道獲得。例如OPC的連通性.保證OPC服務器駐留在PLC/DCS操作員工作站上，為一個典型的PAM（客戶OPC）提供連續的或歷史性的數據。DCS和PLC系統在功能特性方面的結合連同其統一的構建風格，為zui大程度地發揮PAM*性提供了一個機會。
PC-Based
操作員工作站能夠支持基于windows風格的工業PC。這種情況在DCS和PLC系統中都是實際存在的?？刂品绞嚼^續以各自擁有的硬件和軟件為基礎，而所采用的網絡體系是一種更為公開的標準。其本身不會轉化成以PC機為基礎的控制方式。用戶仍然對傳統的控制系統充滿信心，同時還吸收了操作終端和網絡部分的變化。然而，目前正在出現追捧和推銷PC-Based控制器的情況。尤其對于單個控制器應用，這種情況更為顯著。PC-Based控制器是否會擠占傳統PLC和DCS系統的應用空間還是一個值得討論的問題.只是不知道PC-Based控制器的市場推銷是否將進一步促進DCS和PLC技術走向融合?