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西門子6ES7307-1KA02-0AA0
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【SIEMENS】湖南國(guó)雄智能科技有限公司
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PLC 是由早期繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的,它是以微處理器為主的一種工業(yè)控制儀表,,它融計(jì)算機(jī)技術(shù),、控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體,集順序控制,、過程控制和數(shù)據(jù)處理于一身,,可靠性高、功能強(qiáng)大,、控制靈活,、操作維護(hù)簡(jiǎn)單。近幾年來,,可編程序控制器及組成系統(tǒng)在我國(guó)冶金,、電廠、輕工石化,、礦業(yè),、水處理等行業(yè)更是到了廣泛的應(yīng)用,并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益,。
由于工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)分散系統(tǒng),,因此過程控制的方式是分散進(jìn)行,而監(jiān)視,、操作和化管理應(yīng)以集中為好,。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,控制管理的要求不斷提高,,過程參數(shù)日益增多,,控制回路越加復(fù)雜,在70年代中期產(chǎn)生了DCS/' target='_blank'>集散控制系統(tǒng),,他一經(jīng)出現(xiàn)就受到工業(yè)控制界的青睞,。DCS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng),。與常規(guī)的集中式控制系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn):
1、實(shí)現(xiàn)了分散控制,。它使得系統(tǒng)控制危險(xiǎn)性分散,、可靠性高、投資減小,、維護(hù)方便,。
2、實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視,、操作和管理,。使得管理與現(xiàn)場(chǎng)分離,,管理更能綜合化和系統(tǒng)化,
3,、采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),,這是DCS的關(guān)鍵技術(shù),它使得控制與管理都具實(shí)時(shí)性,,并解決系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)問題,。
目前,由于PLC把的數(shù)據(jù)高速公路(HIG HWAY)改成通用的網(wǎng)絡(luò),,并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏使得PLC 有條件和其它各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成,,以組成大型的控制系統(tǒng),這使得PLC 系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài),,這樣,,基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用?!?nbsp;
可編程序控制器(PLC)及集散控制系統(tǒng)(DCS)是目前工業(yè)控制領(lǐng)域較廣泛使用的兩種控制技術(shù),, 它們各自具有明顯的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì), 如PLC在高速的順序控制中占主導(dǎo)地位,, 而DCS則在復(fù)雜的過程控制中占優(yōu)勢(shì),; PLC體積小, 使用靈活,, 價(jià)格相對(duì)較低,, 但在通訊功能及管理能力方面不及DCS, DCS雖然通訊及管理能力較強(qiáng),, 但體積大,, 價(jià)格相對(duì)較高. 在這種情況下, 用戶期望得到一種集PLC與DCS優(yōu)點(diǎn)于一體的控制系統(tǒng),, 這種混合式控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱HCS)應(yīng)既能*地實(shí)現(xiàn)邏輯及順序控制,, 又能很好地完成過程控制, 同時(shí)還應(yīng)具有管理功能,, 且體積小,, 價(jià)格較低, 可靠性高,。一些自控設(shè)備生產(chǎn)廠商已有產(chǎn)品問世,, Rockwell公司新近推出的Allen-Bradley(A-B)品牌ProcessLogix過程控制系統(tǒng)便是其中一例。
本文將介紹一種混合式控制系統(tǒng),, 既吸取傳統(tǒng)DCS“管理集中,, 控制分散”的設(shè)計(jì)精髓, 又保留傳統(tǒng)PLC所固有的靈活性及低價(jià)位等優(yōu)點(diǎn), 適用于離散控制,、順序控制及連續(xù)控制場(chǎng)合,, 以低成本來完成高技術(shù)的自動(dòng)化,。
一,、PLC與DCS比較
如果按從弱至強(qiáng)將PLC與DCS的性能劃分為1至10個(gè)等級(jí), 則可將它們的對(duì)比列于表1
表1 PLC與DCS的比較
早期的PLC以數(shù)字量的順序控制為主,。隨著PLC功能不斷擴(kuò)充,,PLC增加了模擬量控制功能、PID調(diào)節(jié)功能,、通訊聯(lián)網(wǎng)功能及分級(jí)控制功能等,,在過去DCS占統(tǒng)治地位的化工、冶金等行業(yè)也可由PLC進(jìn)行控制,。但PLC難以組成大型,、復(fù)雜、綜合的系統(tǒng),,如果過多的PC企圖通過網(wǎng)絡(luò)與過多的 PLC通訊,,則可能導(dǎo)致瓶頸現(xiàn)象及計(jì)時(shí)上的困難。
DCS是由模擬儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來,,初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主,,之后又加入了順序控制的功能。DCS的設(shè)計(jì)思想是操作管理集中,,控制分散以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及管理能力,。DCS的上述優(yōu)勢(shì)使它在控制系統(tǒng)的市場(chǎng)仍占主流。 但DCS比PLC價(jià)位高,,對(duì)一些資金有限的中小型企業(yè)有時(shí)難以承受,。
本文探討的這種混合式控制系統(tǒng)整合了PLC與DCS的優(yōu)勢(shì),對(duì)需要實(shí)現(xiàn)低成本自動(dòng)化(LCA)的場(chǎng)合尤為適用,。
二,、混合式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖1所示為混合式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要以DCS的設(shè)計(jì)思想為基礎(chǔ),,綜合PLC與DCS的各自優(yōu)勢(shì),。它主要由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、 操作員工作站,、*服務(wù)器,、控制器及輸入/輸出(I/O)模塊等部分組成。
1,、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
對(duì)DCS而言,,系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,、可靠性和可擴(kuò)充性起著決定性的作用,。對(duì)混合式控制系統(tǒng)也是如此,。
如圖1所示,HCS是分級(jí)控制系統(tǒng),,共分兩級(jí):操作管理級(jí)及過程控制級(jí),。操作管理級(jí)的各項(xiàng)設(shè)備——操作員工作站及*服務(wù)器由N1網(wǎng)連接。N1網(wǎng)是一局域網(wǎng)(LAN),,對(duì)它的要求是能以較高的速率傳輸大量數(shù)據(jù),,可選用Ethernet(以太網(wǎng))或ARCNET。Ethernet采用載波偵聽/多路訪問協(xié)議,,具有10Mbps及100Mbps的通訊速度,,但它不具備實(shí)時(shí)性;ARCNET采用令牌傳輸協(xié)議,,具有2.5Mbps的通訊速度,,具有好的實(shí)時(shí)性。 N1網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)可采用星形,、總線形,、混合形等??偩€結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較成熟,,施工相對(duì)簡(jiǎn)單,節(jié)點(diǎn)的加入或退出也無(wú)需中止網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行,,是工業(yè)控制網(wǎng)常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),。N1網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可使用雙絞線、同軸電纜或光纖,。
N2網(wǎng)將過程控制級(jí)的控制器與控制器,、控制器與遠(yuǎn)程I/O、遠(yuǎn)程I/O與遠(yuǎn)程I/O連接起來,,并使之與*服務(wù)器相連. 對(duì)N2網(wǎng)的要求是實(shí)時(shí)性,,即一旦N2網(wǎng)上某節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù),則該網(wǎng)絡(luò)上所連接的各節(jié)點(diǎn)應(yīng)能同時(shí)接收到該數(shù)據(jù),,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,。這一點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的過程控制十分重要。N2網(wǎng)還具有其它特性,,如給網(wǎng)絡(luò)添加新設(shè)備不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)通訊擁塞,,*消除系統(tǒng)瓶頸現(xiàn)象;開放式體系結(jié)構(gòu)使它與PLC,、智能馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器等其它設(shè)備相兼容,。
A-B的ProcessLogix過程控制系統(tǒng)N1網(wǎng)采用總線結(jié)構(gòu)的Ethernet,N2網(wǎng)采用A-B自己的ControlNet網(wǎng)絡(luò),如果采用中繼器,,傳輸距離可達(dá)30km,。
2、操作員工作站
操作員工作站是HCS與用戶進(jìn)行信息交換的設(shè)備,,其主要功能是為運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面,,使操作人員及時(shí)全面地了解系統(tǒng)運(yùn)行情況,并對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,。隨著微型計(jì)算機(jī)性能的不斷提高,,操作員工作站可由PC機(jī)承擔(dān),,由于操作員工作站與*服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連,,所以欲添加一個(gè)操作員工作站十分容易,只要在N1網(wǎng)上增加一個(gè)PC機(jī)并讓*服務(wù)器為新添加的操作員工作站提供客戶軟件即可,。
3,、*服務(wù)器
所有的系統(tǒng)信息、報(bào)告及總數(shù)據(jù)庫(kù)由*服務(wù)器統(tǒng)一管理,,以實(shí)現(xiàn)信息集中管理,。*服務(wù)器用Windows NT為操作系統(tǒng),配以系統(tǒng)應(yīng)用軟件,,還可與企業(yè)管理系統(tǒng)相連,。DCS的組態(tài)功能在HCS中也由*服務(wù)器提供。工程師可利用*服務(wù)器的系統(tǒng)應(yīng)用軟件來修改或添加控制配置并下載至控制器中,。
4,、控制器
控制器為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制中樞。HCS的控制器與PLC一樣采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),,主要包括處理器,、內(nèi)存、I/O接口,,外加通訊接口,。HCS控制器的框架沿襲了傳統(tǒng)PLC的框架尺寸結(jié)構(gòu),因而體積比DCS小得多,。雖然從尺寸與外形上看,,HCS控制器與PLC極其相似,但它絕不是PLC的簡(jiǎn)單翻版,。 HCS控制器在過程控制中執(zhí)行閉環(huán)及順序控制,,能勝任DCS所承擔(dān)的過程控制任務(wù)。HCS控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)形式,,處理器模塊,、本地I/O模塊、通訊接口模塊等均插入同一框架中,通過數(shù)據(jù)總線相連,,實(shí)現(xiàn)“軟接線”,,另外,通過N2網(wǎng)還可擴(kuò)展遠(yuǎn)程I/O模塊,。
每個(gè)HCS可支持多個(gè)控制器,,而每個(gè)控制器又可支持多達(dá)上百個(gè)控制回路。這樣由HCS便可組成較大型的控制系統(tǒng),,且控制是分散的,。如ProcessLogix控制系統(tǒng)多可支持16個(gè)控制器,每個(gè)控制器可支持125~150個(gè)控制回路,。
5,、輸入/輸出(I/O)模塊
HCS提供了能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)直接相連的各種規(guī)格的I/O模塊, 如模擬量/數(shù)字量,、 直流/交流,、電壓/電流及不同電壓等級(jí)的I/O模塊等。這些I/O模塊可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的按鈕,、變送器,、傳感器、電磁閥門及馬達(dá)控制器等設(shè)備元件直接相連,,使用靈活方便,。
三、混合式控制系統(tǒng)特點(diǎn)
1,、分級(jí)分散控制,, 集中管理
HCS保留了DCS信息集中,控制分散的優(yōu)勢(shì),。系統(tǒng)按功能在垂直方向分為兩級(jí):操作管理級(jí)及過程控制級(jí),。各級(jí)之間既有分工,又有聯(lián)系,,在系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下運(yùn)行,。同時(shí),按生產(chǎn)過程作水平分解,,以滿足控制遍布整個(gè)廠區(qū)的需要,。采用該分散控制結(jié)構(gòu),將多個(gè)控制器及I/O框架分散后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),,一方面可將生產(chǎn)過程的全部信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送至*服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)信息集中,,另一方面避免因個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障殃及整個(gè)系統(tǒng)而造成的危險(xiǎn),提高可靠性,。
2,、靈活性高及可擴(kuò)展性強(qiáng)
HCS 采用模塊化及積木化的結(jié)構(gòu)形式,,用戶可選擇不同數(shù)量、不同規(guī)格的單元設(shè)備以組成不同要求,、不同規(guī)模的硬件系統(tǒng),。例如,控制器及其遠(yuǎn)程I/O均采用PLC式的模塊結(jié)構(gòu),,用戶可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合選用不同規(guī)格的模塊,;整個(gè)系統(tǒng)采用分級(jí)分散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式,使增加或去除某些單元不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能,,這種靈活的組裝方式使系統(tǒng)擴(kuò)展變得容易,,有利于工廠按當(dāng)前規(guī)模配置系統(tǒng),提高設(shè)備的利用效率,。
3,、可靠性高
(1)冗余技術(shù)
HCS允許用戶在任何需要的關(guān)鍵部分
請(qǐng)輸入賬號(hào)
請(qǐng)輸入密碼
請(qǐng)輸驗(yàn)證碼
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