以PLC與DCS技術(shù)為基礎(chǔ)的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸璇琪

[摘? ? 要]? 近年來(lái)，我國(guó)在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的進(jìn)程中，已經(jīng)開(kāi)始重點(diǎn)將自動(dòng)化控制類型與網(wǎng)絡(luò)信息類型的技術(shù)相互整合，能夠提升現(xiàn)代化生產(chǎn)、規(guī)模化生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)量，提升生產(chǎn)工藝技術(shù)的穩(wěn)定性，保證所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量與性能符合標(biāo)準(zhǔn)，盡可能減少能源的消耗數(shù)量，為企業(yè)生產(chǎn)做出一定的貢獻(xiàn)。尤其是PLC技術(shù)和DCS技術(shù)相互整合的過(guò)程控制系統(tǒng)，二者互相集成能夠促使生產(chǎn)效益和水平的提升?；诖?，文章研究基于PLC與DCS的過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案意義，提出幾點(diǎn)設(shè)計(jì)和實(shí)施的建議，旨在為發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)價(jià)值提供支持。

[關(guān)鍵詞]PLC;DCS;過(guò)程控制系統(tǒng);集成方案設(shè)計(jì);實(shí)施

[中圖分類號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–00–02

Process Control System Design Based on PLC and DCS Technology

Lu Xuan-qi

[Abstract]In recent years， in the process of rapid development of science and technology， China has begun to focus on the integration of automatic control type and network information type technology， which can improve modern production， large-scale production efficiency， reduce labor intensity and labor， and improve production technology. The stability of the product ensures that the quality and performance of the products meet the standards， minimizes the amount of energy consumption， and makes a certain contribution to the production of the enterprise. Especially the process control system that integrates PLC technology and DCS technology， the integration of the two can promote the improvement of production efficiency and level. Based on this， this paper studies the significance of the process control system integration scheme based on PLC and DCS， and puts forward several design and implementation suggestions， aiming to provide support for playing the advantage value of advanced technology.

[Keywords]PLC; DCS; process control system; integrated scheme design; implementation

PLC與DCS的過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)遵循因地制宜的基本原則，按照生產(chǎn)需求合理設(shè)計(jì)其中的擴(kuò)展性接口、雙冗余控制單元、工藝控制方案、I/O模塊的部分，確保整體系統(tǒng)的集成方案完善性，滿足生產(chǎn)管理和控制的基本需求。在方案落實(shí)的過(guò)程中，也需歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，按照實(shí)際發(fā)展需求健全和完善各項(xiàng)方案的落實(shí)機(jī)制，滿足企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展需求。

1 基于PLC與DCS的過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案的意義

近年來(lái)，我國(guó)的工業(yè)控制系統(tǒng)開(kāi)始由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成DCS化或PLC化、網(wǎng)絡(luò)化等各類系統(tǒng)集成化的模式，形成以現(xiàn)場(chǎng)總線為主要傳輸媒介且能夠集控制工作、調(diào)度工作、管理工作、決策工作為一體的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)系統(tǒng)。將PLC和DCS過(guò)程控制系統(tǒng)相互集成整合，不僅能夠提升工廠生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)控制的便利性，還能減少成本，提升綜合自動(dòng)化水平，具有一定的重要意義。同時(shí)在新時(shí)期的環(huán)境下，將PLC和DCS過(guò)程控制系統(tǒng)相互集成制定完善的集成化方案，還能使生產(chǎn)流程的控制水平有所提升，通過(guò)整體流程、過(guò)程的有效控制提升生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平和科學(xué)化程度，提升生產(chǎn)控制的有效性，滿足當(dāng)前的生產(chǎn)與發(fā)展需求。

2 基于PLC與DCS的過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)擴(kuò)展性接口

設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案的過(guò)程中應(yīng)創(chuàng)建不同生產(chǎn)組成部分之間緊密聯(lián)合的機(jī)制，確保各個(gè)站、功能、裝置設(shè)備相互之間都能形成相互連鎖控制、協(xié)調(diào)控制的關(guān)系（見(jiàn)圖1）。如果集成方案中缺乏擴(kuò)展性的接口，就不能確保PLC與DCS之間的緊密聯(lián)合，出現(xiàn)站和站之間松散連接的問(wèn)題，不能達(dá)到協(xié)調(diào)控制的目的。因此，在方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)重視擴(kuò)展性接口的合理設(shè)計(jì)，例如：在DCS設(shè)計(jì)的過(guò)程中預(yù)留能夠進(jìn)行擴(kuò)展的接口部分，與PLC系統(tǒng)之間相互連接或是進(jìn)行功能的擴(kuò)展，提供后續(xù)升級(jí)處理的便利性，尤其是在PLC與整個(gè)系統(tǒng)搭接以后，可以隨時(shí)結(jié)合控制功能的需求增加或刪除某些操作員站，提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易性[1]。

2.2 設(shè)計(jì)雙冗余控制單元

為使整體的DCS設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中符合安全性、可靠性的基本要求，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)雙冗余控制單元，一旦其中的某些重要單元出現(xiàn)故障，就可以自動(dòng)地切換到冗余單元，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)和可靠性的問(wèn)題。同時(shí)，也需在PLC相互搭接的系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)雙PLC部分，達(dá)到良好的冗余控制目的，切實(shí)維護(hù)整體系統(tǒng)的運(yùn)行水平[2]。雙冗余控制單元設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需完善與優(yōu)化控制體系，確保各個(gè)冗余單元設(shè)計(jì)的科學(xué)化水平，不會(huì)出現(xiàn)冗余單元、不合理的問(wèn)題，充分發(fā)揮雙冗余單元在整體系統(tǒng)中的作用價(jià)值。

2.3 設(shè)計(jì)工藝控制方案

在DCS設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)設(shè)置工藝控制方案的更新功能，在某些方案出現(xiàn)變化的情況下，工作人員只需在相對(duì)應(yīng)的操作站內(nèi)部操作即可實(shí)現(xiàn)已經(jīng)完成更改的工藝控制方案編譯目的，執(zhí)行下裝方面的命令進(jìn)行操作，而且下裝操作整體流程都是利用系統(tǒng)自動(dòng)化處理，不會(huì)對(duì)工藝控制方案正常運(yùn)作造成不利影響，同時(shí)還可以利用系統(tǒng)內(nèi)部的各類控制軟件部分、算法技術(shù)等增強(qiáng)工藝對(duì)象控制的精準(zhǔn)性、精確度。在設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)的過(guò)程中，由于工作量較高，因此需要采用分步驟的方式設(shè)計(jì)：①明確需要進(jìn)行編輯和更新的PLC對(duì)象;②利用和對(duì)象相互適應(yīng)的編譯器技術(shù)開(kāi)展程序編譯處理工作;③使用專門的讀寫(xiě)器或是其他設(shè)備針對(duì)性將程序傳送到編輯更新對(duì)象中。但是考慮到在系統(tǒng)調(diào)試的工作中可能會(huì)因?yàn)檎{(diào)試的時(shí)間和成本，對(duì)后續(xù)的維護(hù)操作也會(huì)產(chǎn)生不利影響，不能確保工藝控制的精準(zhǔn)性。因此，需要按照具體狀況決定不完全使用所有PLC連接系統(tǒng)的方式，減少調(diào)試和維護(hù)工作量，以此規(guī)避、預(yù)防出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題[3]。工藝控制方案設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)需要結(jié)合生產(chǎn)流程、生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)，按照工藝的實(shí)際情況等，創(chuàng)建現(xiàn)代化的工作機(jī)制和體系，保證所有系統(tǒng)中的工藝模式符合標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)流程的良好控制目的，不會(huì)出現(xiàn)工作問(wèn)題，達(dá)到最終的優(yōu)化控制目標(biāo)。

2.4 設(shè)計(jì)I/O模塊

從實(shí)際情況而言，DCS系統(tǒng)內(nèi)部的I/O模塊本身就有著相應(yīng)的CPU部件，能夠全面進(jìn)行所采集的信號(hào)、輸出信號(hào)等質(zhì)量的評(píng)價(jià)、標(biāo)量的變換處理，一旦發(fā)生故障問(wèn)題可以帶電將CPU部件拔出，隨機(jī)進(jìn)行更換處理。但是在PLC系統(tǒng)內(nèi)部只存在非常簡(jiǎn)單的電氣轉(zhuǎn)換元的部分，缺少智能化的芯片結(jié)構(gòu)，在發(fā)生故障之后所有對(duì)應(yīng)的單元會(huì)出現(xiàn)癱瘓的現(xiàn)象。因此，需要結(jié)合PLC系統(tǒng)的實(shí)際狀況科學(xué)設(shè)計(jì)I/O模塊，在其中設(shè)置CPU部件，保證整體系統(tǒng)都能穩(wěn)定、高效化運(yùn)行。同時(shí)，分散控制系統(tǒng)主要是將計(jì)算機(jī)、控制、通信、CRT等先進(jìn)技術(shù)合為一體，能夠全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程的監(jiān)控目的、控制目的、操作處理目的和管理目的。而PLC可編程邏輯控制器在應(yīng)用期間屬于軟件組態(tài)方面的基本配置模式，與DCS相比功能不是非常強(qiáng)大，例如：PLC系統(tǒng)智能進(jìn)行控制對(duì)象的簡(jiǎn)單處理，而DCS可以在簡(jiǎn)單處理控制對(duì)象的基礎(chǔ)上生成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)信息、圖形圖片內(nèi)容、報(bào)表內(nèi)容、控制組態(tài)等，能夠確保企業(yè)所有生產(chǎn)設(shè)備的良好控制。在此情況下應(yīng)結(jié)合二者之間的優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)過(guò)程控制集成系統(tǒng)的方案內(nèi)容，將PLC與DCS之間相互集成整合，在其中設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的I/O模塊，發(fā)揮PLC的生產(chǎn)過(guò)程控制作用、DCS的分散性全面控制作用[4]。

3 基于PLC與DCS的過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案的實(shí)現(xiàn)

在過(guò)程控制系統(tǒng)集成方案實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)中應(yīng)注意DCS組態(tài)功能主要就是在HCS中利用中央服務(wù)器所實(shí)現(xiàn)，工程師操作人員可以通過(guò)其中的中央服務(wù)器系統(tǒng)領(lǐng)域中的軟件進(jìn)行控制配置的修改與添加，同時(shí)下載至控制器使其可以成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部的中樞結(jié)構(gòu)。在HCS控制器中設(shè)置了與PLC相同的典型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要涉及內(nèi)存部分、處理器部分、外部通信接口的部分，并且HCS控制器設(shè)備的框架結(jié)構(gòu)沿用了PLC傳統(tǒng)類型的框架尺寸結(jié)構(gòu)，所以體積與DCS相比要小很多。其中處理器類型、通信接口類型、本地類型的模塊都能夠被插入相同框架的內(nèi)部區(qū)域，利用數(shù)據(jù)總線的形式合理連接處理，達(dá)到預(yù)期的軟界限處置目的[5]。除此之外，利用N2網(wǎng)絡(luò)還能對(duì)遠(yuǎn)程I/O模塊進(jìn)行擴(kuò)展處理，各個(gè)HCS系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)都能夠支持很多控制器的運(yùn)行，各控制器能夠提供控制回路的支持，由此HCS就可以組合成為大型類型的控制系統(tǒng)，具有分散性控制的特點(diǎn)。在實(shí)際操作中，可以利用過(guò)程控制系統(tǒng)的集成化措施對(duì)整體的生產(chǎn)流程進(jìn)行水平分解處理，根據(jù)廠區(qū)的特點(diǎn)和需求等借助分散控制結(jié)構(gòu)將很多控制器系統(tǒng)、框架結(jié)構(gòu)分散以后與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互連接，不僅能夠在生產(chǎn)期間將所有數(shù)據(jù)信息利用網(wǎng)絡(luò)傳送到中央服務(wù)器的部分，提高數(shù)據(jù)信息的集中化水平，還能減少由于某些設(shè)備發(fā)生故障問(wèn)題對(duì)整體系統(tǒng)產(chǎn)生危害性的影響，提升過(guò)程控制的可靠度。由于控制器方面、I/O方面所使用的是PLC模塊結(jié)構(gòu)，因此用戶可以結(jié)合各類應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)合理選擇相關(guān)的規(guī)格模塊，并且整體系統(tǒng)在運(yùn)行期間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有分級(jí)分散的特點(diǎn)，在對(duì)單元部分進(jìn)行增加或刪除之后不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)作性能造成危害，提升組裝的靈活性，增強(qiáng)系統(tǒng)擴(kuò)展處理的便利性，使得工廠結(jié)合自身的生產(chǎn)規(guī)模合理進(jìn)行系統(tǒng)的配置，改善各類設(shè)備的利用效率和效果。并且用戶在操作期間還可以靈活性地?cái)U(kuò)充處理冗余部件，避免因?yàn)橐恍┎考霈F(xiàn)失效的現(xiàn)象對(duì)整體系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，例如：結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用的需求在控制器的部分添加冗余處理器、服務(wù)器、傳輸設(shè)備等，為設(shè)備和系統(tǒng)的良好應(yīng)用提供幫助[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

PLC和DCS系統(tǒng)集成方案的設(shè)計(jì)具有重要的作用，能夠增強(qiáng)生產(chǎn)控制綜合自動(dòng)化水平，減少系統(tǒng)應(yīng)用的成本。因此，在新時(shí)期的環(huán)境中企業(yè)應(yīng)重視PLC和DCS之間的集成化設(shè)計(jì)，遵循基本的設(shè)計(jì)原則和要點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)與完善相應(yīng)的模塊部分和架構(gòu)的部分，并在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中靈活性操作與處理，提高系統(tǒng)運(yùn)行效果和水平，發(fā)揮先進(jìn)技術(shù)、集成化系統(tǒng)的作用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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