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6大步驟教你如何為過(guò)程工業(yè)選擇適合的控制系統(tǒng)

閱讀：1277 發(fā)布時(shí)間：2019-8-27

為了獲得更大的*,，滿足新的應(yīng)用領(lǐng)域的需求， PLC的生產(chǎn)制造商提出新方法,，將PLC與SCADA結(jié)合起來(lái),，就可以提供與分布式控制系統(tǒng)（DCS）同樣的功能。用PLC 和 SCADA替代DCS系統(tǒng)的想法來(lái)源于：

不斷增加的內(nèi)存容量和中央處理器單元（CPU）的處理速度,，使PLC能夠處理更多調(diào)節(jié)回路,；
提供更高的可靠性和可用性，實(shí)施不同層次的冗余,，幾乎可以與DCS冗余性能相媲美,；
增加PLC和SCADA之間共享變量數(shù)據(jù)庫(kù)功能，在某些情況下,，就可以為邏輯控制和HMI實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的工程環(huán)境,。

另外一方面，DCS生產(chǎn)制造商則被推動(dòng)著努力保護(hù)它們的*,，尤其是在DCS占據(jù)主要地位的石化行業(yè),；而且還在不斷試圖進(jìn)入到相對(duì)沒(méi)有那么復(fù)雜的過(guò)程工業(yè)，比如水和污水處理工業(yè)等（在這些行業(yè)中,，主要使用PLC）,。DCS生產(chǎn)制造商正在：

通過(guò)增加*的過(guò)程控制技術(shù)，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)或模型預(yù)測(cè)控制（MPC）等,，來(lái)提升過(guò)程控制的門檻,；
通過(guò)滿足IEC 61131-3編程標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)增加離散控制功能,，同PLC一樣,；
大幅度調(diào)整硬件價(jià)格，以便與PLC競(jìng)爭(zhēng),。
生產(chǎn)制造商已經(jīng)允許在彼此之間進(jìn)行某種程度的互換,，直到某一水平，兩種系統(tǒng)都無(wú)法服務(wù)于所有的應(yīng)用,。

PLC/DCS選擇流程圖

流程圖描述的是PLC或DCS系統(tǒng)的6步選擇流程,，以幫助用戶確定哪種技術(shù)適合于某種特定應(yīng)用。每一步都是一個(gè)問(wèn)題,，對(duì)每個(gè)問(wèn)題的回答有助于用戶理清思路,。

第1步：過(guò)程確實(shí)需要實(shí)施*過(guò)程控制（APC）嗎,？

毋庸置疑,，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)技術(shù)，利用比例-積分-微分（PID）技術(shù),，或者結(jié)合其它傳統(tǒng)調(diào)節(jié)技術(shù),，比如前饋、串級(jí),、分程控制,、比例調(diào)節(jié)等，就可以處理絕大多數(shù)過(guò)程控制應(yīng)用,。然而,，由于過(guò)程工業(yè)的工廠不斷對(duì)穩(wěn)定性水平、過(guò)程波動(dòng)水平,、以及對(duì)包含多變量和較長(zhǎng)工藝延時(shí)的控制問(wèn)題,，提出更高的要求，因此對(duì)*控制技術(shù),，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、自適應(yīng)調(diào)節(jié)或模型預(yù)測(cè)控制的需求，一直在穩(wěn)步增長(zhǎng),。DCS生產(chǎn)制造商,，在集成APC工程方面處于*地位；PLC主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的控制方法中,。如果一個(gè)過(guò)程需要一個(gè)或多個(gè)APC技術(shù),，那么DCS是優(yōu)選。

第2步：過(guò)程包括很多調(diào)節(jié)回路嗎？

盡管PLC系統(tǒng),，*具有處理多個(gè)PID回路和其它調(diào)節(jié)控制功能的能力,，但是單個(gè)PLC系統(tǒng)可以處理多少個(gè)回路的問(wèn)題，仍然會(huì)限制其在過(guò)程工業(yè)中替代DCS的能力,。

PID回路會(huì)消耗大量的內(nèi)存,，急劇增加PLC程序的執(zhí)行時(shí)間。這可能會(huì)上升到影響PLC邏輯有效執(zhí)行的程度,。另一方面,，DCS則在設(shè)計(jì)中考慮了這個(gè)因素，因?yàn)樗鼘⒖刂瞥绦蚍稚⒌綆讉€(gè)CPU中執(zhí)行,，同時(shí)還可以在不同CPU之間共享信息,。

如果PLC供應(yīng)商，不能證明其PLC能夠在處理所要求數(shù)量的回路時(shí),，還有能力來(lái)處理離散邏輯功能,，那么選擇DCS將更為明智。

第3步：工藝過(guò)程的特性需要操作員控制室嗎,？

詳細(xì)的過(guò)程信息可視化和頻繁的操作員交互,，是DCS的主要功能之一。PLC主要面向邏輯執(zhí)行和過(guò)程順序控制,，需要利用SCADA/HMI來(lái)擴(kuò)充能力,，以便實(shí)現(xiàn)過(guò)程信息的可視化，但它所提供的信息一般要少一些,。

如果過(guò)程不需要操作員進(jìn)行交互,，也不需要從主控室進(jìn)行24/7小時(shí)的監(jiān)視，那么配置就地HMI的PLC或者安裝面板,、配置SCADA軟件IPC就足夠了,。在這種情況下，使用DCS系統(tǒng),，或者是從成本角度考慮可能并不劃算,。這樣的例子就是撬裝或集成化的系統(tǒng)。

如果運(yùn)行需要一個(gè)完整的控制室,，那么無(wú)論是DCS還是PLC-SCADA組合,，都是可行的選擇，即使只有非常少的控制監(jiān)控回路需要管理,。

此圖描述的是PLC或DCS系統(tǒng)的6步選擇流程,，幫助確定哪種技術(shù)適合于某種特定應(yīng)用。圖片來(lái)源：Shady Yehia

第4步：是否需要高速離散控制,？

談到離散控制邏輯的執(zhí)行,，PLC沒(méi)有對(duì)手,；強(qiáng)大的PLC可以在十分之一秒內(nèi)，運(yùn)行具有數(shù)千個(gè)輸入/輸出（I/O）信號(hào)點(diǎn)的程序而不出任何問(wèn)題,。這就是為什么PLC總是被選擇用于執(zhí)行緊急停機(jī)系統(tǒng)的原因,。另一方面，DCS在離散控制方面則沒(méi)有那么快,，因?yàn)镈CS的強(qiáng)項(xiàng)在于處理連續(xù)控制回路,。

如果過(guò)程需要高速執(zhí)行，那么從技術(shù)角度來(lái)講,，PLC是優(yōu)選,。如果對(duì)于第1步和第2步的回答有1或2個(gè)為“是”，說(shuō)明DCS也是必須選擇的,，那么可以考慮構(gòu)建兩個(gè)隔離的系統(tǒng)——DCS用于過(guò)程控制,，PLC用于離散控制和安全相關(guān)系統(tǒng)。

第5步：工藝過(guò)程是否需要頻繁的修改,？

無(wú)論是PLC還是DCS系統(tǒng),，都是可編程的，都可以修改程序,、重新編程,，甚至初始化到工廠設(shè)定狀態(tài)，重新開(kāi)始,。然而,，確實(shí)也存在一種可能,，對(duì)PLC和SCADA的組合執(zhí)行類似的程序修改,，更讓人感到頭疼。DCS系統(tǒng)的邏輯,、HMI,、報(bào)警和歷史參數(shù)使用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，與此不同,，PLC和SCADA系統(tǒng)一般使用不同的數(shù)據(jù)庫(kù),，有些時(shí)候還需要利用OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)作為橋梁。這就使得為工廠增加一個(gè)設(shè)備或者修改邏輯是一件費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事情,。而且,，也會(huì)增加組態(tài)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

如果工藝過(guò)程不需要頻繁的修改設(shè)備或邏輯,，那PLC是合適的選擇,；如果需要頻繁的修改，那應(yīng)該考慮DCS系統(tǒng),，但是需要在回答完后一個(gè)問(wèn)題之后才能確定,。

第6步：工廠員工是否有能力自己修改系統(tǒng),？

在技術(shù)選擇過(guò)程中，并沒(méi)有考慮硬件成本,。大多數(shù)PLC和DCS生產(chǎn)制造商,，已經(jīng)證明只要愿意，它們有能力根據(jù)項(xiàng)目降低價(jià)格,。如果考慮控制系統(tǒng)未來(lái)的升級(jí),，并將其作為系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi)使用成本的一部分時(shí)，硬件成本就非常重要了,。

PLC供應(yīng)商目前的商業(yè)模式是授權(quán)合作伙伴,；每個(gè)PLC生產(chǎn)制造商都有系統(tǒng)集成商，供應(yīng)商為其提供良好的PLC,、SCADA/HMI,、以及其它相關(guān)自動(dòng)化產(chǎn)品的培訓(xùn)。大多數(shù)的DCS生產(chǎn)制造商的商業(yè)模式為提供工程和集成服務(wù),。雇傭系統(tǒng)集成商來(lái)執(zhí)行修改任務(wù),，費(fèi)用可以低至300或400美元/每天，而大多數(shù)DCS供應(yīng)商提供類似的工作的報(bào)價(jià)為1000美元/每天,，有時(shí)甚至更多,。

為工廠員工提供DCS培訓(xùn)，需要一定的成本,，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮,，其實(shí)是一件非常劃算的投資。如果由于工藝過(guò)程需要頻繁的修改,，只能考慮DCS系統(tǒng),；但是工廠員工如果不能執(zhí)行上述修改任務(wù)，那選擇PLC和SCADA組合,，因?yàn)檫@更經(jīng)濟(jì)有效,。

評(píng)估控制器的采購(gòu)

盡管近幾年，DCS和PLC技術(shù)的相似性越來(lái)越多,，但對(duì)每個(gè)工藝過(guò)程應(yīng)用需求進(jìn)行*的分析可以發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)为?dú)某個(gè)自動(dòng)化技術(shù)可能無(wú)法滿足目前所有的過(guò)程工藝或者未來(lái)需求的領(lǐng)域,，各種控制產(chǎn)品之間可以取長(zhǎng)補(bǔ)短、因需而定,。

工業(yè)自動(dòng)化控制過(guò)程中,，使用編碼器的獨(dú)

自動(dòng)化技術(shù)重點(diǎn)問(wèn)題

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