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PLC和DCS之间的抉择——如何选择正确的控制系统?

北极星输配电网  来源:控制工程中文版  作者:Bob Halgren  2018/9/17 15:03:40  我要投稿  
所属频道: 电力通信  关键词:PLC DCS 控制系统

北极星输配电网讯:在可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统DCS)之间如何抉择,要取决于具体的项目和工厂类型。因为应用场合不同,对控制系统的要求也各不相同。

本文来自于《控制工程中文版》(CONTROL ENGINEERING China)2017年7月刊,原标题为:如何选择正确的控制系统?

自动化项目要想成功,首先需要自动化工程师、设计工程师一起评估应用需求,然后选择最有效的控制系统平台。这些决定将会对工厂的经营业绩带来长远的影响,在某些情况下,影响可长达25年甚至更多。大多数控制系统的决策,可归结为选择可编程逻辑控制器(PLC)或分布式控制系统(DCS)。有时,某种选择非常适合于一个工厂,而在另外一种情况下,它可能就不适用了。在选择控制系统时考虑的因素越多,就越有助于实现短期和长期目标。

控制系统平台,对自动化系统满足优化生产、维持可用性和获取数据等需求的方式,会有一定的影响。在选择控制系统方面缺乏远见,也可能会影响未来的扩展、流程优化、用户满意度和公司利润。

除了一些基本准则之外(比如如何控制过程),设计团队还必须考虑安装、可扩展性、维护、保养等方面的各种因素。

目前,虽然对小设备来讲,PLC系统可能是最划算的,但DCS系统则提供了更具经济性的可扩展能力,更可能获得较高的初始投资回报。

PLC是一种工业计算机,用于控制生产制造过程,如机器人、高速包装、装瓶和运动控制等。在过去20年里,PLC增添了更多的功能,为小型工厂和装置创造了更多的效益。PLC通常是单机系统运行,但也可以与其它系统集成,经由通信来实现彼此之间的连接。由于每个PLC都有自己的数据库,因此集成需要控制器之间某种程度的映射。这使PLC特别适用于那些对扩展没有太大需求的小型应用程序。

DCS系统则将控制器分散在自动化系统中,并提供通用的接口、先进的控制、系统级数据库以及易于共享的信息。传统上,DCS主要应用于过程工艺和比较大的工厂,在整个工厂的生命周期中,大型系统应用程序更容易维护。

PLC和DCS系统一般分别适用于离散和过程生产制造。使用PLC系统的离散生产制造设施,一般由单独的生产装置组成,主要用于完成部件的组装,例如打标签、填充或研磨等。过程制造设施,通常使用自动化系统,以连续和批处理的方式按照配方而不是按件生产。大型连续加工设备,如炼油厂和化工厂,都使用DCS自动化系统。混合应用通常同时使用PLC系统和DCS系统。为某个应用选择控制器,需要考虑过程的规模、可扩展性和未来的更新计划、集成需求、功能、高可用性以及工厂设施整个生命周期的投资回报等等诸多因素。

过程规模:需要多少输入/输出(I/O)点?小系统(<300个I/O点)可能预算较少,因此用PLC系统更适合。想要将DCS系统应用到较小的项目上,其实并不容易,相反,它在大工厂应用中更能发挥其功能。由于拥有全局数据库,DCS系统更易于管理和升级,任何变更都是全局性的。

升级计划:规模较小的工业过程可以适用PLC系统,但如果该过程需要扩展或升级,则需要增加更多的PLC硬件和数据库,并且需要进行单独维护。这是一个耗时、费力的过程,而且容易出现错误。DCS系统更容易升级,比如可以从中央集线器对用户受信进行管理,因此就更易于保养和维护(参见图1)。

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图1:具有单一数据库的DCS系统结构,使用户可以从中央控制站维护和操作系统。本文图片来源:艾默生过程控制

集成需求:对于单机装置,PLC系统是理想选择。当工厂配置多个PLC系统时,就会产生相互连接的要求。这一般很难实现,因为通常需要利用通信协议对数据进行映射。集成当然没有问题,但当有变更需求时,那用户的麻烦就来了:一旦某个PLC系统做了变更,就可能会导致两个PLC不能正常通讯,这是因为数据映射受到影响的缘故。对DCS系统而言,则根本不需要映射,配置变更只是一个简单的过程;控制器是系统自带的。

高可用性:对可用性要求较高的过程,DCS系统可以提供冗余配置(见图2)。

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图2:对可用性要求较高的工艺过程,冗余对长期运行至关重要。效率和便于实现冗余,对将费用维持在预算内十分关键。

功能需求:某些行业和设施需要历史数据库、流线型的报警管理、以及配置通用用户接口的中央控制室。有些则需要制造执行系统(MES)的集成、先进的控制和资产管理。DCS系统内置这些应用(见图3),使其很容易被添加到自动化工程应用中,而无需增加独立的服务器,也不会增加集成成本。从这方面讲,DCS系统经济性更高,而且可以提高生产力,降低风险。

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图3:每种系统平台都具有独特的数据库需求。

生命周期投资回报率:设施的需求,因行业而异。对于规模较小的工艺工程,没有扩展需求,也不需要与其它工艺过程区域集成,因此PLC系统具有较好的投资回报率。DCS系统可能具有较高的安装成本,但从全生命周期来看,DCS系统所带来的产量增加和安全效益,会抵消一部分成本。

平衡短期需求与长期愿景,对操作确定性和改善工厂运行、维护非常关键。


原标题:控制工程中文版

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