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  PLC 是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機計算機技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的，它是以微處理器為主的一種工業(yè)控制儀表，它融計算機技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體，集順序控制、過程控制和數(shù)據(jù)處理于一身，可靠性高、功能強大、控制靈活、操作維護(hù)簡單。近幾年來，可編程序控制器及組成系統(tǒng)在我國冶金、電廠、輕工石化、礦業(yè)、水處理等行業(yè)更是到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的經(jīng)濟效益。  

    由于工業(yè)生產(chǎn)過程是一個分散系統(tǒng)，因此過程控制的方式是分散進(jìn)行，而監(jiān)視、操作和化管理應(yīng)以集中為好。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，控制管理的要求不斷提高，過程參數(shù)日益增多，控制回路越加復(fù)雜，在70年代中期產(chǎn)生了DCS/' target='_blank'>集散控制系統(tǒng)，他一經(jīng)出現(xiàn)就受到工業(yè)控制界的青睞。DCS是集計算機技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。與常規(guī)的集中式控制系統(tǒng)相比有如下特點：  

    1、實現(xiàn)了分散控制。它使得系統(tǒng)控制危險性分散、可靠性高、投資減小、維護(hù)方便。  
    2、實現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使得管理與現(xiàn)場分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化，  
    3、采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這是DCS的關(guān)鍵技術(shù)，它使得控制與管理都具實時性，并解決系統(tǒng)的擴充與升級問題。  

    目前，由于PLC把的數(shù)據(jù)高速公路（HIG HWAY）改成通用的網(wǎng)絡(luò)，并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏使得PLC 有條件和其它各種計算機系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得PLC 系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)，這樣，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。　  

    可編程序控制器（PLC）及集散控制系統(tǒng)（DCS）是目前工業(yè)控制領(lǐng)域較廣泛使用的兩種控制技術(shù)， 它們各自具有明顯的優(yōu)勢及劣勢， 如PLC在高速的順序控制中占主導(dǎo)地位， 而DCS則在復(fù)雜的過程控制中占優(yōu)勢； PLC體積小， 使用靈活， 價格相對較低， 但在通訊功能及管理能力方面不及DCS，  DCS雖然通訊及管理能力較強， 但體積大， 價格相對較高. 在這種情況下， 用戶期望得到一種集PLC與DCS優(yōu)點于一體的控制系統(tǒng)， 這種混合式控制系統(tǒng)（以下簡稱HCS）應(yīng)既能*地實現(xiàn)邏輯及順序控制， 又能很好地完成過程控制， 同時還應(yīng)具有管理功能， 且體積小， 價格較低， 可靠性高。一些自控設(shè)備生產(chǎn)廠商已有產(chǎn)品問世， Rockwell公司新近推出的Allen-Bradley（A-B）品牌ProcessLogix過程控制系統(tǒng)便是其中一例。  

    本文將介紹一種混合式控制系統(tǒng)， 既吸取傳統(tǒng)DCS“管理集中， 控制分散”的設(shè)計精髓， 又保留傳統(tǒng)PLC所固有的靈活性及低價位等優(yōu)點， 適用于離散控制、順序控制及連續(xù)控制場合， 以低成本來完成高技術(shù)的自動化。  

一、PLC與DCS比較  

    如果按從弱至強將PLC與DCS的性能劃分為1至10個等級， 則可將它們的對比列于表1  
 

表1　PLC與DCS的比較

    早期的PLC以數(shù)字量的順序控制為主。隨著PLC功能不斷擴充，PLC增加了模擬量控制功能、PID調(diào)節(jié)功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能及分級控制功能等，在過去DCS占統(tǒng)治地位的化工、冶金等行業(yè)也可由PLC進(jìn)行控制。但PLC難以組成大型、復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)，如果過多的PC企圖通過網(wǎng)絡(luò)與過多的 PLC通訊，則可能導(dǎo)致瓶頸現(xiàn)象及計時上的困難。  

    DCS是由模擬儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主，之后又加入了順序控制的功能。DCS的設(shè)計思想是操作管理集中，控制分散以提高整個系統(tǒng)的可靠性及管理能力。DCS的上述優(yōu)勢使它在控制系統(tǒng)的市場仍占主流。  但DCS比PLC價位高，對一些資金有限的中小型企業(yè)有時難以承受。  

    本文探討的這種混合式控制系統(tǒng)整合了PLC與DCS的優(yōu)勢，對需要實現(xiàn)低成本自動化（LCA）的場合尤為適用。  

二、混合式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
 

    圖1所示為混合式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要以DCS的設(shè)計思想為基礎(chǔ)，綜合PLC與DCS的各自優(yōu)勢。它主要由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、 操作員工作站、*服務(wù)器、控制器及輸入/輸出（I/O）模塊等部分組成。  

1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)  

    對DCS而言，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，對整個系統(tǒng)的實時性、可靠性和可擴充性起著決定性的作用。對混合式控制系統(tǒng)也是如此。  

    如圖1所示，HCS是分級控制系統(tǒng)，共分兩級：操作管理級及過程控制級。操作管理級的各項設(shè)備——操作員工作站及*服務(wù)器由N1網(wǎng)連接。N1網(wǎng)是一局域網(wǎng)（LAN），對它的要求是能以較高的速率傳輸大量數(shù)據(jù)，可選用Ethernet（以太網(wǎng)）或ARCNET。Ethernet采用載波偵聽/多路訪問協(xié)議，具有10Mbps及100Mbps的通訊速度，但它不具備實時性；ARCNET采用令牌傳輸協(xié)議，具有2.5Mbps的通訊速度，具有好的實時性。 N1網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)可采用星形、總線形、混合形等?？偩€結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較成熟，施工相對簡單，節(jié)點的加入或退出也無需中止網(wǎng)絡(luò)運行，是工業(yè)控制網(wǎng)常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。N1網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可使用雙絞線、同軸電纜或光纖。  

    N2網(wǎng)將過程控制級的控制器與控制器、控制器與遠(yuǎn)程I/O、遠(yuǎn)程I/O與遠(yuǎn)程I/O連接起來，并使之與*服務(wù)器相連. 對N2網(wǎng)的要求是實時性，即一旦N2網(wǎng)上某節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，則該網(wǎng)絡(luò)上所連接的各節(jié)點應(yīng)能同時接收到該數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這一點對實時性很強的過程控制十分重要。N2網(wǎng)還具有其它特性，如給網(wǎng)絡(luò)添加新設(shè)備不會造成網(wǎng)絡(luò)通訊擁塞，*消除系統(tǒng)瓶頸現(xiàn)象；開放式體系結(jié)構(gòu)使它與PLC、智能馬達(dá)驅(qū)動器等其它設(shè)備相兼容。  

    A-B的ProcessLogix過程控制系統(tǒng)N1網(wǎng)采用總線結(jié)構(gòu)的Ethernet，N2網(wǎng)采用A-B自己的ControlNet網(wǎng)絡(luò)，如果采用中繼器，傳輸距離可達(dá)30km。  

2、操作員工作站  

    操作員工作站是HCS與用戶進(jìn)行信息交換的設(shè)備，其主要功能是為運行操作人員提供人機界面，使操作人員及時全面地了解系統(tǒng)運行情況，并對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。隨著微型計算機性能的不斷提高，操作員工作站可由PC機承擔(dān)，由于操作員工作站與*服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連，所以欲添加一個操作員工作站十分容易，只要在N1網(wǎng)上增加一個PC機并讓*服務(wù)器為新添加的操作員工作站提供客戶軟件即可。  

3、*服務(wù)器  

    所有的系統(tǒng)信息、報告及總數(shù)據(jù)庫由*服務(wù)器統(tǒng)一管理，以實現(xiàn)信息集中管理。*服務(wù)器用Windows NT為操作系統(tǒng)，配以系統(tǒng)應(yīng)用軟件，還可與企業(yè)管理系統(tǒng)相連。DCS的組態(tài)功能在HCS中也由*服務(wù)器提供。工程師可利用*服務(wù)器的系統(tǒng)應(yīng)用軟件來修改或添加控制配置并下載至控制器中。  

4、控制器  

    控制器為自動控制系統(tǒng)中的控制中樞。HCS的控制器與PLC一樣采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要包括處理器、內(nèi)存、I/O接口，外加通訊接口。HCS控制器的框架沿襲了傳統(tǒng)PLC的框架尺寸結(jié)構(gòu)，因而體積比DCS小得多。雖然從尺寸與外形上看，HCS控制器與PLC極其相似，但它絕不是PLC的簡單翻版。 HCS控制器在過程控制中執(zhí)行閉環(huán)及順序控制，能勝任DCS所承擔(dān)的過程控制任務(wù)。HCS控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，處理器模塊、本地I/O模塊、通訊接口模塊等均插入同一框架中，通過數(shù)據(jù)總線相連，實現(xiàn)“軟接線”，另外，通過N2網(wǎng)還可擴展遠(yuǎn)程I/O模塊。  

    每個HCS可支持多個控制器，而每個控制器又可支持多達(dá)上百個控制回路。這樣由HCS便可組成較大型的控制系統(tǒng)，且控制是分散的。如ProcessLogix控制系統(tǒng)多可支持16個控制器，每個控制器可支持125～150個控制回路。  

5、輸入/輸出（I/O）模塊  

    HCS提供了能與工業(yè)現(xiàn)場I/O信號直接相連的各種規(guī)格的I/O模塊， 如模擬量/數(shù)字量、 直流/交流、電壓/電流及不同電壓等級的I/O模塊等。這些I/O模塊可與工業(yè)現(xiàn)場的按鈕、變送器、傳感器、電磁閥門及馬達(dá)控制器等設(shè)備元件直接相連，使用靈活方便。  

三、混合式控制系統(tǒng)特點  

1、分級分散控制， 集中管理  

    HCS保留了DCS信息集中，控制分散的優(yōu)勢。系統(tǒng)按功能在垂直方向分為兩級：操作管理級及過程控制級。各級之間既有分工，又有聯(lián)系，在系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下運行。同時，按生產(chǎn)過程作水平分解，以滿足控制遍布整個廠區(qū)的需要。采用該分散控制結(jié)構(gòu)，將多個控制器及I/O框架分散后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，一方面可將生產(chǎn)過程的全部信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送至*服務(wù)器以實現(xiàn)信息集中，另一方面避免因個別設(shè)備出現(xiàn)故障殃及整個系統(tǒng)而造成的危險，提高可靠性。   

2、靈活性高及可擴展性強   

    HCS 采用模塊化及積木化的結(jié)構(gòu)形式，用戶可選擇不同數(shù)量、不同規(guī)格的單元設(shè)備以組成不同要求、不同規(guī)模的硬件系統(tǒng)。例如，控制器及其遠(yuǎn)程I/O均采用PLC式的模塊結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)不同應(yīng)用場合選用不同規(guī)格的模塊；整個系統(tǒng)采用分級分散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，使增加或去除某些單元不會影響整個系統(tǒng)的性能，這種靈活的組裝方式使系統(tǒng)擴展變得容易，有利于工廠按當(dāng)前規(guī)模配置系統(tǒng)，提高設(shè)備的利用效率。   

3、可靠性高   

    （1）冗余技術(shù)   

    HCS允許用戶在任何需要的關(guān)鍵部分