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浅谈PLC在工业集散控制系统的应用

供稿:Plantmate 2020/8/6 14:59:52

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  • 关键词: PLC控制系统 集散控制
  • 摘要:PLC是一种用于实现各种复杂工业控制功能的数字操作的电子系统。它通过继电器、变流器等系统的输入和输出,从而执行多种逻辑操作,例如顺序控制、定时、计数和数字运算指令等……

PLC是一种用于实现各种复杂工业控制功能的数字操作的电子系统。它通过继电器、变流器等系统的输入和输出,从而执行多种逻辑操作,例如顺序控制、定时、计数和数字运算指令等,实现控制系统的目标。当前,PLC与DCS的集成是控制领域的发展趋势,未来PLC将会大量集成在工业集散控制系统当中。此外,随着系统的内部兼容灵活性、可更换性和稳定性的不断提高,在未来可预见的时间内,经典的控制系统将被DCS集成组态系统所替代,使其应用和发展将进入一个新的阶段。从使用情况看,PLC控制系统平均故障间隔时间达到四万到六万小时左右,极限寿命甚至可以达到十万小时。

1、集散控制系统剖析

DCS又称为集散控制系统,是用于生产过程的集中控制或是分类并行控制的一种复杂的工业系统,它属于一种综合型设备控制装置。DCS的产生是随着现代大规模工业生产自动化的不断改进,导致生产过程中对系统的要求渐渐复杂,这时便需要一种能够进行并行集中控制的工业系统来总揽大局,于是DCS便产生了,它能够将通信网络与自动控制系统相结合,对工业生产有着高水平的效率提升。经典的DCS系统一般由三部分组成:集中管理系统、分散控制装置和通信网络连接模块。

DCS系统的工作流程分析:

DCS可以根据实际过程控制要求使用配置软件来设置和操控硬件和程序模块,例如选择控制电路,控制方案并在配置后生成趋势屏幕。DC会在启动前生成一系列配置文件,这些文件可以在系统运行之前根据各种文件属性加载到过程控制单元和操作员站中。随后过程控制单元从固化在EPROM中的功能模块库中找到相应的控制算法,并根据配置信息文件的内容进行启动流程。

DCS和PLC的区别:

DCS控制系统是仪表厂家在总体盘状控制装置上所开发的人工系统,能够通过对现场的监测数据来分析相关模拟量,从而提供给控制人员正确的信息。DCS系统厂家可以采用不同的通信协议,但网络传输平台一般采用以太网,并为以后的功能扩展提供了方便的外部扩展接口,为以后的功能扩展提供了极大的方便。而PLC系统一般是固化设备,系统安装完毕启动后,对功能扩展的需求很小,因此进行相关功能扩展和兼容性排查比较困难。

DCS控制系统能够使用冗余的控制单元来保证整体系统的稳定性,这样可在系统发生重大故障无法继续进行的情况下提供无干扰的切换至备用模组的功能,并确保系统运行状态不丢失。但是,尽管PLC设备使用具有高控制精度的循环顺序扫描方法,但是对于热插拔模块没有冗余控制程序,需要在系统停止后必须维护和更换整个系统。DCS控制系统通常具有完整的系统数据库,数据库系统中的每个链接都提供对相关数据的实时引用,并灵活方便地支持其他链接。同时,DCS的PLC组态设备中,每个链接均具备对应的数据链接,能够在动态调取时进行实时应用,确保系统正常运行。

2、PLC在DCS和工业集散中的应用

PLC能在DCS中所发挥的功能:

PLC的处理速度、操作和控制功能够与DCS系统相互结合应用,使PLC从专用控制器向开放式类型发展,在应用范围和水平上,PLC还能够为电气控制、仪表控制、计算机控制集成开辟了新局面。在DCS控制系统中,已经开始使用越来越多的智能数字调节器和PLC类组态,新型数字电压调节器和PLC不仅具有大容量、高速度,而且具有很强的网络通信能力,能够使用较为廉价双绞线作为现场总线网络的传输介质,同时还可将控制器、PLC或数字智能变送器、现场控制站作为主节点,从而使数十个数字调节器作为从节点连接起来,形成高速数据流并能够进行阶段顺序控制。随着PLC各种特性和功能的不断完善,DCS和PLC的控制功能在未来将进一步集成。

PLC与DCS结合的优点:

(1)PLC具有操作不复杂,运行效率快,更换维护硬件简单,同时系统可靠性高的优点。在工业系统中应用PLC不仅避免了大型系统电路所造成的维护复杂性,而且还能确保系统不会被非法更改造成重大安全事故等,在整体水平上提高了系统稳定性,提高了工作时的效率和降低了人员的工作时间,设计PLC系统时,通常需要根据控制系统的要求,来使用顺序控制器进行梯形图的创建,并通过仿真系统进行数据验证,以确保设计的标准化。

(2)在工业自动化系统的控制过程中,根据特定控制对象的特性,PLC可以集成到功能强大的标准化控制系统中,从而提供对系统的简单控制和灵活硬件更换等特性。PLC主要包括用于输入输出,数据相关模拟量大小控制,以及网络同系统通讯等工作模块。在工业自动化系统的控制过程中,可以将模拟量交给PLC控制,并通过编程语句来自定义化控制设备。PLC在工业自动化系统中的应用对工作系统的相关精度有了很大程度的提升,避免了精度低造成的工作类型限制。同时,PLC可以对工业热处理的整体过程进行完整控制,避免出现温度过高或过低的制造失误,极大地方便了热处理的工业自动化。

(3)对自动化制造过程中的位置控制在工业自动化环节中具有重要地位,在工业设备制造过程中,系统需要对各种工具的位置进行补偿控制,同时还会进行运输工具的位置定位。

(4)在对工业生产性进行自动智能控制的过程中,PLC可以实现全自动无人控制,同时,还可以对系统本身进行健康度检测。在此过程中,如果PLC组态模块检测到系统产生了致命错误或是生产线设备故障,便会发送停止信号,以便检修。对于部分简单的故障PLC可以通过重启相关模块的方式来进行修复,节省工作量。PLC的故障检测原理为:生产线工作过程中,电子控制系统的工作部件会和数据库存在着连接关系,如果设备出现了致命故障无法恢复时,则相关数据库的逻辑操作的将会被中断,此时PLC系统会收到通知信号,并开始故障排除流程。总之,PLC在与DCS系统结合后具有,功能强大,指令丰富等优点,因此应加大推广力度。

总结:

随着工业生产相关新技术的不断深入研究,DCS的使用和PLC组态的应用将不再仅仅局限在某一些领域,未来行业中将会越来越多地结合两种系统来进行工业操作控制。本文仅做抛砖引玉,望未来工业学界能够进一步深入研究。

作者:李觉林 单位:江西省江铜耶兹铜箔有限公司

审核编辑(王静)

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