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七个问题帮助您选择最好的DCS或PLC解决方案

供稿:653A294E-B5E1-4E23-9DC7-BFE7D2FF483E 2008/2/13 16:28:00

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来源:controlglobalThe convergence of PLC and DCS technologies has created a situation where it is more challenging than ever for process manufacturers to select the best technology for their application. A successful evaluation should start by developing a clear picture of the requirements of your application and the needs of your engineering, maintenance, and operations personnel. To help clearly define these requirements and needs for your company, this paper outlines the seven key questions that will lead you to making the right choice.PLC与DCS技术的统一已经创建一种环境:对过程制造商来说,为他们的应用选择最好的技术更具有挑战性。成功的评价应从开发你的应用的要求的清晰的流程和你的设计、维护和操作人员的需要开始。为帮助清晰地定义这些要求和你公司的需要,本文概述了能帮你做出正确的选择七个关键问题。分布控制系统(DCS)或可编程序控制器(PLC)
对过程工业的制造商来说,选择最好的自动化技术的过程并没有以前容易。以前,很容易决定应用选择PLC还是DCS,因为他们理解它们的优点和缺点。近年来,这种选择变得越来越难,主要由于微处理器技术的进步,它已经允许PLC和DCS技术统一。现在,随着工业向柔性制造发展,过程工业中的许多应用共享以前认为是PLC或DCS的要求。这些混合应用典型地要求过程控制系统既具有PLC的能力,也具有DCS的能力。因此,理解PLC和DCS功能的统一对公司选择最好的系统是非常重要的。在本文中,我们摒弃一些传统的DCS和PLC的观点,例如,如表1所示,为了开拓七个关键的标准,这些标准将会帮助你的公司选择最满足公司目标的系统。我们也会证实应用的要求的清晰的流程和设计、维护和操作人员的需要为什么对公司发现合适的自动化技术是极为重要的。最后,我们会提供统一的清单(表5),从而帮助你决定哪种类型的系统对你的应用最合适。



选择“合适的”自动化技术的好处
在全球竞争的时代,过程工业的制造商被迫实现极好的运行从而确保现在和将来位于前列。新自动化技术的选择影响这个目标。因此,选择过程对一个公司保持比以前更有竞争力非常重要。事实上,技术的选择的重要性远远超过自动化投资本身的成本。
选择合适的技术和正确的供应商能帮助你的公司:
① 快速响应变化的市场环境,从而保持有竞争力的优势;
② 在工厂的生命周期内,最小化业主的总成本(TCO);
③ 设计一个容易长期维护与升级的系统;
④ 实现将来的目标。让我们得到技术原型
在新自动化系统的市场中,对某些人来说,选择基于可用产品的评论的自动化系统是典型的过程。这种方法的问题受原来的原型或第一个销售人员宣传的影响。让我们看看基于DCS或PLC系统的组件,从而发现它们实际上是怎样不同或相似的。首先,图形化的系统架构看起来类似。两个系统都共享下列组件:
① 现场设备
② 输入/输出模块
③ 控制器
人机界面(HMI)
⑤ 设计(Engineering)
⑥ 监视控制
⑦ 商务集成
当看到下列系统架构时,你应该注意:事实上,在每个系统中使用的技术都是非常相似的;当你考虑应用的本质和要求时,差异变得更明显。
图1
图1 典型的DCS系统架构

图2
图2 典型的基于PLC系统架构
例如,在DCS系统架构图中,通常,I/O、控制器、网络、HMI服务器是冗余的。因为冗余增加成本及复杂性,为实现他们要求的系统可用性与防止非计划停机,DCS用户必须仔细评价他们的冗余需求。
PLC系统架构说明了一个最常见的应用:离散现场设备的控制,例如,电机与驱动。为有效地控制电机和驱动,要求控制器能高速执行(典型地,扫描周期为10-20 ms),负责维护PLC的电气技术人员能用他们熟悉的语言(继电器梯形图逻辑)阅读和解决组态的问题。从技术观点来看,你能发现PLC和DCS是相似的,它们正在准备合并。因此,我们必须超越应用经验的技术和供应商在这些系统中内嵌的专门知识,从而我们能更好地理解最好应用的“黄金分割点”。在选择系统之前,请自问七个问题
现在,我们将会提到本文的核心——在选择系统之前,请自问七个问题。请认识到我们在以下分析中使用广泛的概括,每个应用对这些“规则”都有例外,然而,规则仍是有效的。因为作者工作在提供DCS和PLC解决方案的供应商PLC/DCS的不同领域长达25年,我们感觉到我们置之度外。设计七个问题使你考虑你的公司的运作方法和应用要求,考虑你工厂(设计、运行、维护等)所有主要股东的观点。
① 你制造的是什么,怎样制造?
② 制造产品的价值和停机成本是多少?
③ 你认为系统的“心脏”是什么?
④ 操作员需要做什么才能成功?
⑤ 要求系统性能是什么?
⑥ 要求多大程度的定制?
⑦ 设计期望是什么?注意问题和答复的统一列表如表5所示。测定你应该使用PLC或DCS简单的方法是填这个调查表,填写所有应用的答复。如果你的所有答案都在一列,你的应用明显要求采用这种类型的系统。如果你有多个PLC和DCS的选项,你有要求实现PLC和DCS功能的过程控制系统的混合应用。1. 你制造的是什么,怎样制造?
这看起来是非常基础的问题,但是它是决定应用以及最适合的自动化系统要求的基础。产品制造的方法、需要的性能和任何过程的物理限制,所有这些都影响系统选择。典型的工厂自动化应用,原来都是采用PLC设计,涉及特殊项目的制造和装配。这些应用也采用一个或多个机器以及相当数量的材料运动。这种加工类型的典型特点是:当材料通过生产线加工时,操作员通常能监视它们。本质上,过程大多是逻辑控制,通常都有高速要求(产量=效益)。这种类型的加工通常由PLC和HMI结合控制。
过程自动化应用典型涉及通过各种化学原料的反应或物理变化导致原材料变形,从而生产新的不同的产品或原料。这些应用也可以由多个过程单元通过管道连接到一起。一个主要的特点是:操作员不能看见产品。通常,它是在容器内,本质上是有危险的。虽然响应时间没有那样快(100ms或更长),但是,通常有从简单到复杂的大量的模拟量控制(例如,PID或回路控制)。虽然PLC的模拟量控制能力也足够使用,但是通常这种类型的过程由DCS控制。选择过程的决定因素通常是控制应用的规模(例如,厂级或单一的单元和一些I/O点)。也许有顺序控制或批量控制。PLC能有效地用于简单的批量控制,然而,DCS是典型地更适合复杂的批量制造设备,这些设备要求高级的灵活性和配方管理。批量应用的要求决定是否简单或复杂:


2.制造产品的价值和停机成本是多少?
如果制造每个单一的产品的价值相对低,停机后果只是导致完不成生产任务,但是只有极少的额外成本或对过程有很小的损害,PLC是可能的选择。如果批量的价值非常高,或原材料成本或市场价值非常高,停机不仅导致完不成生产任务,而且有潜在的危险和破坏条件,应选择DCS。有一千万美元的批量癌症制药厂,它依赖严格的连续的温度控制,例如,如果有小故障,则有很多危险。在一些化工应用中,保持过程稳定是关键的,由于系统故障,产品在管道中凝固。如果炼油厂的催化裂化器故障,需要数天才能修复系统。这意味着炼油厂损失许多收入。DCS系统,典型地包括可选冗余,对这些应用的额外的前期投资是值得的。相反,酿酒厂的装瓶操作每天需要运行10小时才能满足生产计划,它能停机用于系统维护、解决故障、升级,对下一条生产线影响极小,是经典的PLC应用。在24/7/365运行的过程应用中,停机是不惜一切代价避免的难题之一。金钱不是决定因素。在系统选择过程中,危险的停机明显是另一个决定因素。例如,炼油厂有连续燃烧气体的火炬。控制这些火炬的系统不能发生故障,因为如果气体不燃烧,它逐渐积聚,从而导致极端危险的环境。应用中挥发性气体越多,就越要求多重冗余的解决方案,从而确保需要时系统是可用的。3.你认为系统的“心脏”是什么?
典型地,工厂自动化控制系统的“心脏”是控制器(PLC), 它包含所有移动产品通过装配线的逻辑。HMI通常是机器控制面板或基于PC的工作站,它为操作员提供补充的或例外的数据。另外,从数据分析产生的运行信息也是工厂自动化应用的要求——极其需要更高级的HMI。在过程自动化中,存在可挥发性的和危险的环境,操作员不能看见实际的产品,HMI基本上被认为是系统的“心脏”。在这种形式下,HMI是在过程中提供仅有的完全“窗口”的中控室控制台,使操作员能监视和控制发生在工厂各个管道和容器内的过程。4.操作员需要做什么才能成功?
在PLC环境中,操作员的主要角色是处理例外。状态信息和例外报警帮助操作员认识到在过程中发生了什么,在许多情况下都是“光输出”。DCS工厂要求操作员做出决定并连续与过程相互影响来保持系统运行。事实上,利用操作员的过程知识通常对极好运行和保持过程最佳运行是关键的。特别是在产品等级变化和当调整过程解决生产环境(例如,不同的给料)的变化问题时,对工厂来说,操作员是值得雇佣的。操作员将会改变设定点,打开/关闭阀,或手动移动批量到生产的下一阶段。在HMI上,面板和模

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