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发表于 2009-10-21 19:13:57
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早年的PLC主要是用于嵌入式系统,但PLC的吸引力很快为工业界所注意,通用的网络化的PLC应运而生。现代的PLC早已超出开关控制的范围,具有一定的PID和像OPC那样的通信能力,甚至可以进行一些科学计算。另一方面,DCS也在不断增强开关控制的能力。由于计算机技术的趋同和连续/开关控制能力界限的模糊,DCS和PLC的界限开始模糊了。; b# R( Y& E0 T( A& @ d
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从原理或者系统结构上来说,PLC和DCS没有原则性的差别,但两者截然不同的背景使两者有很不同的特点。由于用于连续控制的缘故,DCS的回路功能很强。DCS的很大一部分“力气”用于回路的初始化上,这是连续控制的一个独特问题。试想一个串级回路,副回路需要处于串级状态,主回路才能“指挥”副回路。但很多时候由于种种原因,副回路需要处于自动状态,也就是说,操作工直接设定副回路的设定值,主回路被“架空”了。这也不是问题,问题出在副回路恢复到串级状态的瞬间,主、副回路之间如何协调。副回路脱开时,主回路的输出没有地方去了,只有悬在那里不动。但一段时间后,副回路的设定值已经变了,主回路的输出没有,如果硬性连接,就会造成不必要的扰动,这里面怎么协调就是一个初始化的问题。由于主、副回路的控制算法都是多种多样,协调机制的排列组合很多,这就大大增加了控制算法的复杂性。被悬空的主回路还有积分饱和的问题,由于副回路不再听指挥,主回路实际上处于失控状态,设定值和测量值总也碰不到一起,积分控制作用就只有不断爬升,一直到100%或者0%。这在主、副回路恢复串级状态时也要造成麻烦。这只是冰山一角,还有各种手动超越控制功能、警报处理功能、本地串级/远程串级、脱网备份模式(shed mode)等。然而,以开关控制为主的PLC就没有这些问题,开关控制没有初始化的问题,手动超越控制也要简单得多。现代PLC可以做PID,但功能上远不如DCS,互连组态能力也相对有限,更加适于“孤儿”PID,而不是作为大型复杂控制系统一部分的PID。打一个不恰当的比方,DCS和PLC好比CPU里CISC和RISC的差别,不能说谁好谁不好,只是不同而已。或者说像高档PC机和PlayStation3之间的差别,前者通用性强,后者用其所长的话则是非常厉害。
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, l- M- W% @8 Z+ i0 X+ d, r; I- a9 G由于这些差别,DCS通常远比PLC要复杂。系统复杂性首先在成本上体现出来。DCS虽然是模块化的,可大可小,但基本架子在那里,还是很昂贵的,只有大型装置才用得起,也才有必要用。PLC相对比较便宜,中小工厂或许PLC就足够了。出于成本的原因,大型工厂也常常是DCS和PLC混用,不但用PLC的开关控制能力,也用PLC负责一些次要的工段和装置。
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系统的复杂性也在采样速度上体现出来,DCS的采样速度一般较慢,1秒是常规的,1/4秒就是很快的了。这对连续控制来说不是太大的问题,调节阀的反应速度没有那么快,大型过程的温度、压力、液位、流量等参数的变化也没有那么快,1秒足够了。然而,对于设备保护或者安全连锁来说,1秒就太长了,需要降到毫秒级,这就是PLC的用武之地了。9 u9 u$ x4 ^5 k8 Q
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DCS适合于随时增减和修改回路。调整参数不需要把回路停下来,增减回路也只需要停下局部的回路,其他回路继续运转。DCS拥有很强大的先进控制算法的支持,包括自带的系统内的支持和第三厂家的支持。很多以先进控制为生的公司的产品基本上支持所有主要的DCS,但罕有支持PLC的。PLC也可以增减回路或者修改参数,但要繁琐得多,有时需要停下整个系统、重新上载整个组态文件才行。这不是PLC的设计缺陷,而是设计思想所致。DCS本来就是为随时修改系统设计的,在设计和结构上也为此付出代价。PLC则是安全系统,弄好了就不能太随便就更改的,这样也增加了系统的可靠性和响应速度。像FSC这样变态的,不把整个系统停下来,再闯三关过六码头,根本不可能改变任何参数或者组态。
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DCS和PLC的另一个差别是人机接口。DCS都有很完善的人机接口,包括显示屏和键盘,可以显示图形和字符,并输入操作指令。过去是专用的,现在就用通用的PC了。新一代的DCS甚至可以包括头盔显示器、像iPod那样的袖珍人机接口等。DCS人机接口既是组态或系统维护的窗口,也是操作工的使用窗口。PLC则有点像“发射后不管”的导弹,组态好了就不用管它,要管也没法管,因为安全连锁都是在瞬间完成,再强的操作工也不可能中途干预,所以通常只有组态和维护的接口,没有操作窗口。组态和维护窗口用于操作和监控那是不可能的,使用太别扭了,没有专门训练连进都进不去。在实用中,PLC一般是挂在DCS或者SCADA(下面要谈到)上,借用它们的人机接口显示操作监控信息。
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但PLC也有PLC独特的优点。由于PLC基本上还是开关控制,控制逻辑的测试比较容易,甚至有测试模式和工作模式,用完全相同的组态在测试模式下测试,可以假想性地触发各种条件,观察系统的反应,然后做相应的调试。完全满意后,改到工作模式就行了。在测试的时候,同一控制逻辑的老版本可以平行运行,保证生产过程的继续。这在DCS上就是不可能的了。DCS的控制输出是连续的,除了接上一套过程仿真系统,不可能作这样的测试,因为不可能知道被控变量是怎么反应的。而且DCS也没有什么工作模式和测试模式之分,组好态了就是工作模式。所以即使有仿真系统,要么仿真系统和真实系统各有一套DCS,要么就要建立一套平行的组态,很是麻烦。1 M6 Z0 r- T# Q. T# W$ G
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PLC会取代DCS吗?DCS会取代PLC吗?随着计算机技术的发展,看来两者不是取代,而是融合。Emerson的Delta V是DCS,但在一开始就考虑到了PLC的功能,所以PLC功能十分强大。在现场总线问题上,Delta V也是两者通吃,FF和Profibus都兼容,估计可能还是要通过某种适配器或者转接装置。Honeywell也是一样,新的Experion系统中的基本单元C100/200/300系列索性由Rockwell下属的Allen Bradley设计,当然也是从一开始就考虑了PLC的功能。未来可能不再有DCS和PLC之分了,只是在同一个网络上挂上的不同模块而以。 |
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