PLC在工業(yè)集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用思考

李覺(jué)林

（江西省江銅耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330000）

PLC是一種用于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜工業(yè)控制功能的數(shù)字操作的電子系統(tǒng)。它通過(guò)繼電器、變流器等系統(tǒng)的輸入和輸出，從而執(zhí)行多種邏輯操作，例如順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和數(shù)字運(yùn)算指令等，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的目標(biāo)。當(dāng)前，PLC與DCS的集成是控制領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)PLC將會(huì)大量集成在工業(yè)集散控制系統(tǒng)當(dāng)中。此外，隨著系統(tǒng)的內(nèi)部兼容靈活性、可更換性和穩(wěn)定性的不斷提高，在未來(lái)可預(yù)見(jiàn)的時(shí)間內(nèi)，經(jīng)典的控制系統(tǒng)將被DCS集成組態(tài)系統(tǒng)所替代，使其應(yīng)用和發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新的階段。從使用情況看，PLC控制系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間達(dá)到四萬(wàn)到六萬(wàn)小時(shí)左右，極限壽命甚至可以達(dá)到十萬(wàn)小時(shí)。

1 集散控制系統(tǒng)剖析

1.1 概念闡述

DCS又稱為集散控制系統(tǒng)，是用于生產(chǎn)過(guò)程的集中控制或是分類并行控制的一種復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)，它屬于一種綜合型設(shè)備控制裝置。DCS的產(chǎn)生是隨著現(xiàn)代大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷改進(jìn)，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)的要求漸漸復(fù)雜，這時(shí)便需要一種能夠進(jìn)行并行集中控制的工業(yè)系統(tǒng)來(lái)總攬大局，于是DCS便產(chǎn)生了，它能夠?qū)⑼ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著高水平的效率提升。經(jīng)典的DCS系統(tǒng)一般由三部分組成：集中管理系統(tǒng)、分散控制裝置和通信網(wǎng)絡(luò)連接模塊[1]。

1.2 DCS系統(tǒng)的工作流程分析

DCS可以根據(jù)實(shí)際過(guò)程控制要求使用配置軟件來(lái)設(shè)置和操控硬件和程序模塊，例如選擇控制電路，控制方案并在配置后生成趨勢(shì)屏幕。DC會(huì)在啟動(dòng)前生成一系列配置文件，這些文件可以在系統(tǒng)運(yùn)行之前根據(jù)各種文件屬性加載到過(guò)程控制單元和操作員站中。隨后過(guò)程控制單元從固化在EPROM中的功能模塊庫(kù)中找到相應(yīng)的控制算法，并根據(jù)配置信息文件的內(nèi)容進(jìn)行啟動(dòng)流程。

1.3 DCS和PLC的區(qū)別

DCS控制系統(tǒng)是儀表廠家在總體盤狀控制裝置上所開發(fā)的人工系統(tǒng)，能夠通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析相關(guān)模擬量，從而提供給控制人員正確的信息。DCS系統(tǒng)廠家可以采用不同的通信協(xié)議，但網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)一般采用以太網(wǎng)，并為以后的功能擴(kuò)展提供了方便的外部擴(kuò)展接口，為以后的功能擴(kuò)展提供了極大的方便。而PLC系統(tǒng)一般是固化設(shè)備，系統(tǒng)安裝完畢啟動(dòng)后，對(duì)功能擴(kuò)展的需求很小，因此進(jìn)行相關(guān)功能擴(kuò)展和兼容性排查比較困難[2]。

DCS控制系統(tǒng)能夠使用冗余的控制單元來(lái)保證整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這樣可在系統(tǒng)發(fā)生重大故障無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行的情況下提供無(wú)干擾的切換至備用模組的功能，并確保系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不丟失。但是，盡管PLC設(shè)備使用具有高控制精度的循環(huán)順序掃描方法，但是對(duì)于熱插拔模塊沒(méi)有冗余控制程序，需要在系統(tǒng)停止后必須維護(hù)和更換整個(gè)系統(tǒng)。

DCS控制系統(tǒng)通常具有完整的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的每個(gè)鏈接都提供對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)引用，并靈活方便地支持其他鏈接。同時(shí)，DCS的PLC組態(tài)設(shè)備中，每個(gè)鏈接均具備對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈接，能夠在動(dòng)態(tài)調(diào)取時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)用，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行[3]。

2 PLC在DCS和工業(yè)集散中的應(yīng)用

2.1 PLC能在DCS中所發(fā)揮的功能

PLC的處理速度、操作和控制功能夠與DCS系統(tǒng)相互結(jié)合應(yīng)用，使PLC從專用控制器向開放式類型發(fā)展，在應(yīng)用范圍和水平上，PLC還能夠?yàn)殡姎饪刂?、儀表控制、計(jì)算機(jī)控制集成開辟了新局面。在DCS控制系統(tǒng)中，已經(jīng)開始使用越來(lái)越多的智能數(shù)字調(diào)節(jié)器和PLC類組態(tài)，新型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器和PLC不僅具有大容量、高速度，而且具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信能力，能夠使用較為廉價(jià)雙絞線作為現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，同時(shí)還可將控制器、PLC或數(shù)字智能變送器、現(xiàn)場(chǎng)控制站作為主節(jié)點(diǎn)，從而使數(shù)十個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器作為從節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，形成高速數(shù)據(jù)流，并能夠進(jìn)行階段順序控制。隨著PLC各種特性和功能的不斷完善，DCS和PLC的控制功能在未來(lái)將進(jìn)一步集成[4]。

2.2 PLC與DCS結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)

（1）PLC具有操作不復(fù)雜，運(yùn)行效率快，更換維護(hù)硬件簡(jiǎn)單，同時(shí)系統(tǒng)可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用PLC不僅避免了大型系統(tǒng)電路所造成的維護(hù)復(fù)雜性，而且還能確保系統(tǒng)不會(huì)被非法更改造成重大安全事故等，在整體水平上提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高了工作時(shí)的效率和降低了人員的工作時(shí)間，設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)時(shí)，通常需要根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，來(lái)使用順序控制器進(jìn)行梯形圖的創(chuàng)建，并通過(guò)仿真系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，以確保設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化[5]。

（2）在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制過(guò)程中，根據(jù)特定控制對(duì)象的特性，PLC可以集成到功能強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)中，從而提供對(duì)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單控制和靈活硬件更換等特性。PLC主要包括用于輸入輸出，數(shù)據(jù)相關(guān)模擬量大小控制，以及網(wǎng)絡(luò)同系統(tǒng)通訊等工作模塊。在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的控制過(guò)程中，可以將模擬量交給PLC控制，并通過(guò)編程語(yǔ)句來(lái)自定義化控制設(shè)備。PLC在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用對(duì)工作系統(tǒng)的相關(guān)精度有了很大程度的提升，避免了精度低造成的工作類型限制。同時(shí)，PLC可以對(duì)工業(yè)熱處理的整體過(guò)程進(jìn)行完整控制，避免出現(xiàn)溫度過(guò)高或過(guò)低的制造失誤，極大地方便了熱處理的工業(yè)自動(dòng)化。

（3）對(duì)自動(dòng)化制造過(guò)程中的位置控制在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)節(jié)中具有重要地位，在工業(yè)設(shè)備制造過(guò)程中，系統(tǒng)需要對(duì)各種工具的位置進(jìn)行補(bǔ)償控制，同時(shí)還會(huì)進(jìn)行運(yùn)輸工具的位置定位。

（4）在對(duì)工業(yè)生產(chǎn)性進(jìn)行自動(dòng)智能控制的過(guò)程中，PLC可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人控制，同時(shí)，還可以對(duì)系統(tǒng)本身進(jìn)行健康度檢測(cè)。在此過(guò)程中，如果PLC組態(tài)模塊檢測(cè)到系統(tǒng)產(chǎn)生了致命錯(cuò)誤或是生產(chǎn)線設(shè)備故障，便會(huì)發(fā)送停止信號(hào)，以便檢修。對(duì)于部分簡(jiǎn)單的故障PLC可以通過(guò)重啟相關(guān)模塊的方式來(lái)進(jìn)行修復(fù)，節(jié)省工作量。PLC的故障檢測(cè)原理為：生產(chǎn)線工作過(guò)程中，電子控制系統(tǒng)的工作部件會(huì)和數(shù)據(jù)庫(kù)存在著連接關(guān)系，如果設(shè)備出現(xiàn)了致命故障無(wú)法恢復(fù)時(shí)，則相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯操作的將會(huì)被中斷，此時(shí)PLC系統(tǒng)會(huì)收到通知信號(hào)，并開始故障排除流程。

總之，PLC在與DCS系統(tǒng)結(jié)合后具有，功能強(qiáng)大，指令豐富等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)加大推廣力度。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)新技術(shù)的不斷深入研究，DCS的使用和PLC組態(tài)的應(yīng)用將不再僅僅局限在某一些領(lǐng)域，未來(lái)行業(yè)中將會(huì)越來(lái)越多地結(jié)合兩種系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行工業(yè)操作控制。本文僅做拋磚引玉，望未來(lái)工業(yè)學(xué)界能夠進(jìn)一步深入研究。