自動化系統(tǒng)控制器技術(shù)從PLC到ERP的實現(xiàn)過程與趨勢展望

黃琳翔

廣西中投創(chuàng)新能源科技有限公司，廣西南寧 530028

自動化系統(tǒng)控制器技術(shù)從PLC到ERP的實現(xiàn)過程與趨勢展望

黃琳翔

廣西中投創(chuàng)新能源科技有限公司，廣西南寧 530028

PLC歷經(jīng)幾代的變遷，與DCS、FCS競爭市場，到如今像PAC的演變，以及ERP的集成系統(tǒng)的提出，PLC經(jīng)歷了40個年頭。在這40年里面，PLC越來越往高速度、大容量的方向發(fā)展，高端PLC也蠶食了小型DCS的部分市場；而近幾年出現(xiàn)的ERP集成管理概念又頻頻見諸報道。本文整理了有關(guān)PLC的發(fā)展歷程，以及PLC和DCS在技術(shù)上的比較，以及ERP集成系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用的資料回顧分析PLC與DCS技術(shù)的發(fā)展過程以及到ERP技術(shù)實現(xiàn)與趨勢展望。

控制器；PLC；DCS；ERP；趨勢

作者簡歷：黃琳翔，助工、二級建造師

1 自動化從傳統(tǒng)的電器向PLC和DCS技術(shù)的發(fā)展

可編程序控制器的英文為ProgrammableController，簡稱PLC可編程控制器。1969年，美國DEC公司研制出世界上第一臺PLC（PDP-14），并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。集散控制系統(tǒng)（DCS）自1975年設(shè)計至今，經(jīng)歷70年代由各DCS廠家自行設(shè)計開發(fā)的通信網(wǎng)絡(luò)基本上都是輪詢方式的，到80年代通信網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方式，再到90年代出現(xiàn)的通用系統(tǒng)以及90年代末通信網(wǎng)絡(luò)部分遵循TCP/IP協(xié)議，有的采用以太網(wǎng)，DCS經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域并趨于成熟，成為目前的工業(yè)控制的主流。70年代中期以前，工業(yè)控制表現(xiàn)為就地控制，集中控制則出現(xiàn)在70年代中期到90年代初。工業(yè)控制表現(xiàn)為一直到目前為止還應(yīng)用廣泛的集散控制系統(tǒng)（DCS），以太網(wǎng)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)提供了新的選擇。PLC是從摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，70年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求。將其存入PLC的用戶程序存儲器，運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。DCS為分散控制系統(tǒng)的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡稱。指的是危險分散、數(shù)據(jù)集中。70年代中期進入市場，完成模擬量控制，代替以PID運算為主的模擬控制儀表。首先提出DCS這樣一種思想的是儀表制造廠商，當(dāng)時主要應(yīng)用于化工行業(yè)。DCS是在運算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的函數(shù)、各過程變量之間的關(guān)系都設(shè)計成功能塊。

2 自動化系統(tǒng)控制器技術(shù)PLC與DCS相結(jié)合發(fā)展

自動化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個完全不同而又有著千絲萬縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計算機技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。另一實質(zhì)差別是DCS系統(tǒng)的程序一般采用可設(shè)置的多種固定程序掃描周期和多任務(wù)、多線程工作制度，而PLC多為由所運行的程序大小決定的不固定的隨機程序掃描周期(其變種PCC除外)和多任務(wù)、單線程工作制度，即使后來兩者相互有些滲透，但是仍然有區(qū)別。DCS是一個體系，PLC是一個裝置，這是兩者在概念上的根本區(qū)別。這個區(qū)別的影響是深刻，它滲透到了技術(shù)經(jīng)濟的每一個方面。這個概念早已過時。首先要明確單臺傳統(tǒng)的DCS控制器與DCS系統(tǒng)，單臺PLC控制器與PLC系統(tǒng)不是同一概念。暫且把DCS系統(tǒng)看成是基于DCS控制器和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)。而PLC系統(tǒng)則是基于PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)，雖然它們都還可能向上擴展管理信息系統(tǒng)。其實DCS也是一種分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)模式，它的控制器既可以采用傳統(tǒng)的DCS控制器。也可選用PLC等其它類型控制裝置。反過來看，PLC系統(tǒng)也可以具備分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)模式。西門子、羅克韋爾AB、GE Fanuc、施奈德和貝加萊分別推出的其性能不差于普通DCS的一體化集成控制系統(tǒng)，都是由PLC及其變種PAC或PCC構(gòu)成的，當(dāng)然DCS也可由PLC(或PAC、PCC、IPC、PC—Based)、通訊網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)專門軟件構(gòu)成。在工業(yè)應(yīng)用中，往往有不同廠家控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，或因某即成系統(tǒng)不能滿足控制需要而加上額外系統(tǒng)等原因，而需要將兩種不同系統(tǒng)進行互聯(lián)，在這里面經(jīng)常用到的就是PLC和DCS的互聯(lián)。如果DCS、PLC是同一個廠商開發(fā)的，PLC作為DCS網(wǎng)絡(luò)上一個結(jié)點，在設(shè)計時已經(jīng)有通訊接口，他們兩個系統(tǒng)的總線用橋連接起來，用戶不用作工作。如HONEYWELL的TDC3000，可以把邏輯管理器（LM）和過程管理器（HPM）接到UCN上。連在LCN上的操作站能看到DCS、PLC的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)量和傳輸速度兩個指標(biāo)都很理想，但邏輯管理器是HONEYWELL自己生產(chǎn)的，價格比較貴，而且是早期的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)，一些技術(shù)指標(biāo)與常用的PLC有區(qū)別。其它通用的PLC如AB的PLC只能連在LCN上，通過GATEWAY接口（PLCG）與PLC相連，這種辦法的缺點是GATEWAY的價格比較高。所有軟硬件都是同一廠家的，與其它廠商的設(shè)備連網(wǎng)有一定的困難，而且價格昂貴。現(xiàn)在有一個新的名詞：技術(shù)毒品，只要第一次購買某一廠商的產(chǎn)品，以后必須買它的產(chǎn)品，否則沒有辦法互連?，F(xiàn)在傳統(tǒng)DCS沒有互連的通用平臺。傳統(tǒng)DCS和PLC互聯(lián)大部分都是把PLC作為一個部件，當(dāng)成DCS的輸入、輸出。DCS廠商專門開發(fā)出一塊接口卡 和互連的軟件，在DCS的I/O總線上，PLC和其它DCS的I/O板的地位是一樣的。接口卡上的RS232串行口和PLC主機或PLC總線通訊。在DCS的控制器的功能塊上必須有能讀、寫PLC數(shù)據(jù)的功能塊，和總線通訊要軟件捆綁，經(jīng)組態(tài)后能把數(shù)據(jù)送到DCS網(wǎng)絡(luò)上，然后送到操作站上。某化工廠原有一套HONEYWELLTPS系統(tǒng)，其中一些邏輯點的掃描速率要求是0.1S，過去由HONEYWELLDCS控制，但其最快掃描時間是0.25S，依靠DCS無法很好地滿足工藝要求，在今年的改造中決定用PLC代替DCS對這些數(shù)據(jù)的采集與控制，但數(shù)據(jù)要與DCS共享，并由DCS操作站來實現(xiàn)對PLC的監(jiān)控。到目前為止，PLC、老一代DCS互連還沒有統(tǒng)一模式，各種DCS、PLC都要具體討論采用那一種辦法，最常用的是采用Modbus協(xié)議，RS232和RS485或Ethernet傳輸信息。

3 自動化系統(tǒng)控制器技術(shù)PLC、DCS、儀表相相合發(fā)展

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，不斷促進著自動化控制技術(shù)及設(shè)備通信技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展。如今現(xiàn)場生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應(yīng)用并發(fā)展到設(shè)備相互協(xié)同、共同面向整個生產(chǎn)過程的集成工業(yè)控制系統(tǒng)。

DCS的發(fā)展從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)而來。因此，DCS從一定程度來說還是較為側(cè)重儀表的控制，PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來，因此，PLC從開始就強調(diào)的是邏輯運算能力。未來，小型化PLC的發(fā)展將更專注于功能化、應(yīng)用環(huán)境的針對性特點的研發(fā)的趨勢發(fā)展，而大型的PLC與DCS的功能界線將逐步被淡化，未來將與各種控制器和系統(tǒng)所融和。而DCS將向FCS的方向繼續(xù)發(fā)展。而FCS的核心控制系統(tǒng)除了更加分散化以外，特別重要的是只能儀表的發(fā)展。在國外，F(xiàn)CS的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到儀表級。整個模擬量的控制分散到現(xiàn)場儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場總線連接整個儀表系統(tǒng)。未來的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展特別是現(xiàn)場儀器儀表的發(fā)展，將更多融合與PLC、DCS控制系統(tǒng)的集成，將實現(xiàn)檢測、變換、補償、運算、處理、分析和控制的綜合功能，這種技術(shù)的結(jié)合和實現(xiàn)將使未來“儀表化”更快實現(xiàn)。完全模塊化、數(shù)字完全開放化、智能化的儀器儀表，將成為未來工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的發(fā)展的趨勢和主流。

4 自動化系統(tǒng)全面開放、集成；以能源管理發(fā)展為需求的集團化ERP時代

當(dāng)今工業(yè)自動化的體系結(jié)構(gòu)已發(fā)生了質(zhì)的變化，一場由ERP引領(lǐng)的集成管理系統(tǒng)正掀起一場自動化工業(yè)控制領(lǐng)域的革命。正從企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)流程自動化到公司運營管理自動化的過渡與實現(xiàn)。ERP系統(tǒng)的集成管理理念正在使自動化控制和企業(yè)全方位管理的信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)集成成為可能，再不是過去PLC、DCS和 FCS現(xiàn)場總線的自動化孤島；而是將所有底層現(xiàn)場的電氣、過程控制系統(tǒng)和數(shù)以萬計的儀器儀表系統(tǒng)高度融合在綜合自動化網(wǎng)絡(luò)上。通過MES系統(tǒng)，與上層ERP系統(tǒng)通信，與下層PLC、DCS和 FCS通信，通過ERP進行信息的整合和處理；使公司從生產(chǎn)到采購、從庫存到銷售、從工業(yè)生產(chǎn)流程自動化到市場供應(yīng)鏈、以及財務(wù)人事等廣泛的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，其功能和信息數(shù)據(jù)都要快速高效的融合集成。 開放，就意味著信息在網(wǎng)絡(luò)上能資源共享、互連互通和互操作。對市場變化要做到實時同步的快速響應(yīng)；要加強信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使中間環(huán)節(jié)的產(chǎn)品制造執(zhí)行層具有快速實時同步響應(yīng)能力；現(xiàn)代化的自動化系統(tǒng)，要有極強的數(shù)據(jù)與信息資源的傳輸和應(yīng)用能力；系統(tǒng)要極強數(shù)據(jù)資源的提煉能力和模型轉(zhuǎn)化能力。現(xiàn)代ERP自動化集成系統(tǒng)架構(gòu)采用基礎(chǔ)技術(shù)將同時將企業(yè)生產(chǎn)流程控制系統(tǒng)和軟件進行整合升級。ERP的關(guān)鍵在于所有企業(yè)可根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)特點及自身管理特點對其裁剪進行應(yīng)用，從企業(yè)全過程對整個生產(chǎn)的流程所牽涉的各個環(huán)節(jié)，通過ERP進行統(tǒng)一的平臺來進行設(shè)計、組態(tài)、可視化、控制、生產(chǎn)管理和調(diào)度、資產(chǎn)設(shè)備管理；具備極強的可擴展能力、可滿足企業(yè)單一流程和全流程的控制與管理，因而具有天然的易用性。

5 結(jié)論

PLC與DCS發(fā)展到今天，事實上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開，很多時候之間的概念已經(jīng)模糊了。開放和融合將是自動化工業(yè)控制的趨勢，ERP系統(tǒng)集中信息技術(shù)與先進的管理思想于一身，成為現(xiàn)代企業(yè)的運行模式，反映時代對企業(yè)合理調(diào)配資源，最大化地創(chuàng)造社會財富的要求，成為企業(yè)在信息時代生存、發(fā)展的基石。

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TP3

A

1674-6708（2011）51-0175-02