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6大步驟教你如何為過程工業(yè)選擇適合的控制系統(tǒng)

閱讀：1247 發(fā)布時間：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,，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)庫功能,，在某些情況下，就可以為邏輯控制和HMI實現(xiàn)統(tǒng)一的工程環(huán)境,。

另外一方面,，DCS生產(chǎn)制造商則被推動著努力保護它們的*，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入到相對沒有那么復(fù)雜的過程工業(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：

通過增加*的過程控制技術(shù),，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)或模型預(yù)測控制（MPC）等，來提升過程控制的門檻,；
通過滿足IEC 61131-3編程標(biāo)準(zhǔn),，來增加離散控制功能，同PLC一樣,；
大幅度調(diào)整硬件價格,，以便與PLC競爭。
生產(chǎn)制造商已經(jīng)允許在彼此之間進行某種程度的互換,，直到某一水平,，兩種系統(tǒng)都無法服務(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,。每一步都是一個問題，對每個問題的回答有助于用戶理清思路,。

第1步：過程確實需要實施*過程控制（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,、分程控制、比例調(diào)節(jié)等,，就可以處理絕大多數(shù)過程控制應(yīng)用,。然而，由于過程工業(yè)的工廠不斷對穩(wěn)定性水平,、過程波動水平,、以及對包含多變量和較長工藝延時的控制問題，提出更高的要求,，因此對*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)測控制的需求,，一直在穩(wěn)步增長,。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,。如果一個過程需要一個或多個APC技術(shù)，那么DCS是優(yōu)選,。

第2步：過程包括很多調(diào)節(jié)回路嗎,？

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

PID回路會消耗大量的內(nèi)存，急劇增加PLC程序的執(zhí)行時間,。這可能會上升到影響PLC邏輯有效執(zhí)行的程度,。另一方面，DCS則在設(shè)計中考慮了這個因素,，因為它將控制程序分散到幾個CPU中執(zhí)行,，同時還可以在不同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,，還有能力來處理離散邏輯功能，那么選擇DCS將更為明智,。

第3步：工藝過程的特性需要操作員控制室嗎,？

詳細的過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)行和過程順序控制,，需要利用SCADA/HMI來擴充能力，以便實現(xiàn)過程信息的可視化,，但它所提供的信息一般要少一些,。

如果過程不需要操作員進行交互，也不需要從主控室進行24/7小時的監(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),。

如果運行需要一個完整的控制室，那么無論是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沒有對手,；強大的PLC可以在十分之一秒內(nèi),，運行具有數(shù)千個輸入/輸出（I/O）信號點的程序而不出任何問題。這就是為什么PLC總是被選擇用于執(zhí)行緊急停機系統(tǒng)的原因,。另一方面,，DCS在離散控制方面則沒有那么快，因為DCS的強項在于處理連續(xù)控制回路,。

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

第5步：工藝過程是否需要頻繁的修改？

無論是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),，重新開始。然而,，確實也存在一種可能,，對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、報警和歷史參數(shù)使用同一個數(shù)據(jù)庫,，與此不同,，PLC和SCADA系統(tǒng)一般使用不同的數(shù)據(jù)庫，有些時候還需要利用OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)庫作為橋梁,。這就使得為工廠增加一個設(shè)備或者修改邏輯是一件費時費力的事情,。而且，也會增加組態(tài)錯誤的風(fēng)險,。

如果工藝過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問題之后才能確定。

第6步：工廠員工是否有能力自己修改系統(tǒng),？

在技術(shù)選擇過程中,，并沒有考慮硬件成本,。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)項目降低價格,。如果考慮控制系統(tǒng)未來的升級，并將其作為系統(tǒng)整個壽命周期內(nèi)使用成本的一部分時,，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)集成商來執(zhí)行修改任務(wù)，費用可以低至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價為1000美元/每天,，有時甚至更多。

為工廠員工提供DCS培訓(xùn),，需要一定的成本,，但是從長遠的角度考慮，其實是一件非常劃算的投資,。如果由于工藝過程需要頻繁的修改,，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,，因為這更經(jīng)濟有效。

評估控制器的采購

盡管近幾年,，DCS和PLC技術(shù)的相似性越來越多,，但對每個工藝過程應(yīng)用需求進行*的分析可以發(fā)現(xiàn)：單獨某個自動化技術(shù)可能無法滿足目前所有的過程工藝或者未來需求的領(lǐng)域，各種控制產(chǎn)品之間可以取長補短,、因需而定,。

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