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淺談PLC在工業集散控制系統的應用

供稿:Plantmate 2020/8/6 14:59:52

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  • 關鍵詞: PLC控制系統 集散控制
  • 摘要:PLC是一種用于實現各種復雜工業控制功能的數字操作的電子系統。它通過繼電器、變流器等系統的輸入和輸出,從而執行多種邏輯操作,例如順序控制、定時、計數和數字運算指令等……

PLC是一種用于實現各種復雜工業控制功能的數字操作的電子系統。它通過繼電器、變流器等系統的輸入和輸出,從而執行多種邏輯操作,例如順序控制、定時、計數和數字運算指令等,實現控制系統的目標。當前,PLC與DCS的集成是控制領域的發展趨勢,未來PLC將會大量集成在工業集散控制系統當中。此外,隨著系統的內部兼容靈活性、可更換性和穩定性的不斷提高,在未來可預見的時間內,經典的控制系統將被DCS集成組態系統所替代,使其應用和發展將進入一個新的階段。從使用情況看,PLC控制系統平均故障間隔時間達到四萬到六萬小時左右,極限壽命甚至可以達到十萬小時。

1、集散控制系統剖析

DCS又稱為集散控制系統,是用于生產過程的集中控制或是分類并行控制的一種復雜的工業系統,它屬于一種綜合型設備控制裝置。DCS的產生是隨著現代大規模工業生產自動化的不斷改進,導致生產過程中對系統的要求漸漸復雜,這時便需要一種能夠進行并行集中控制的工業系統來總攬大局,于是DCS便產生了,它能夠將通信網絡與自動控制系統相結合,對工業生產有著高水平的效率提升。經典的DCS系統一般由三部分組成:集中管理系統、分散控制裝置和通信網絡連接模塊。

DCS系統的工作流程分析:

DCS可以根據實際過程控制要求使用配置軟件來設置和操控硬件和程序模塊,例如選擇控制電路,控制方案并在配置后生成趨勢屏幕。DC會在啟動前生成一系列配置文件,這些文件可以在系統運行之前根據各種文件屬性加載到過程控制單元和操作員站中。隨后過程控制單元從固化在EPROM中的功能模塊庫中找到相應的控制算法,并根據配置信息文件的內容進行啟動流程。

DCS和PLC的區別:

DCS控制系統是儀表廠家在總體盤狀控制裝置上所開發的人工系統,能夠通過對現場的監測數據來分析相關模擬量,從而提供給控制人員正確的信息。DCS系統廠家可以采用不同的通信協議,但網絡傳輸平臺一般采用以太網,并為以后的功能擴展提供了方便的外部擴展接口,為以后的功能擴展提供了極大的方便。而PLC系統一般是固化設備,系統安裝完畢啟動后,對功能擴展的需求很小,因此進行相關功能擴展和兼容性排查比較困難。

DCS控制系統能夠使用冗余的控制單元來保證整體系統的穩定性,這樣可在系統發生重大故障無法繼續進行的情況下提供無干擾的切換至備用模組的功能,并確保系統運行狀態不丟失。但是,盡管PLC設備使用具有高控制精度的循環順序掃描方法,但是對于熱插拔模塊沒有冗余控制程序,需要在系統停止后必須維護和更換整個系統。DCS控制系統通常具有完整的系統數據庫,數據庫系統中的每個鏈接都提供對相關數據的實時引用,并靈活方便地支持其他鏈接。同時,DCS的PLC組態設備中,每個鏈接均具備對應的數據鏈接,能夠在動態調取時進行實時應用,確保系統正常運行。

2、PLC在DCS和工業集散中的應用

PLC能在DCS中所發揮的功能:

PLC的處理速度、操作和控制功能夠與DCS系統相互結合應用,使PLC從專用控制器向開放式類型發展,在應用范圍和水平上,PLC還能夠為電氣控制、儀表控制、計算機控制集成開辟了新局面。在DCS控制系統中,已經開始使用越來越多的智能數字調節器和PLC類組態,新型數字電壓調節器和PLC不僅具有大容量、高速度,而且具有很強的網絡通信能力,能夠使用較為廉價雙絞線作為現場總線網絡的傳輸介質,同時還可將控制器、PLC或數字智能變送器、現場控制站作為主節點,從而使數十個數字調節器作為從節點連接起來,形成高速數據流并能夠進行階段順序控制。隨著PLC各種特性和功能的不斷完善,DCS和PLC的控制功能在未來將進一步集成。

PLC與DCS結合的優點:

(1)PLC具有操作不復雜,運行效率快,更換維護硬件簡單,同時系統可靠性高的優點。在工業系統中應用PLC不僅避免了大型系統電路所造成的維護復雜性,而且還能確保系統不會被非法更改造成重大安全事故等,在整體水平上提高了系統穩定性,提高了工作時的效率和降低了人員的工作時間,設計PLC系統時,通常需要根據控制系統的要求,來使用順序控制器進行梯形圖的創建,并通過仿真系統進行數據驗證,以確保設計的標準化。

(2)在工業自動化系統的控制過程中,根據特定控制對象的特性,PLC可以集成到功能強大的標準化控制系統中,從而提供對系統的簡單控制和靈活硬件更換等特性。PLC主要包括用于輸入輸出,數據相關模擬量大小控制,以及網絡同系統通訊等工作模塊。在工業自動化系統的控制過程中,可以將模擬量交給PLC控制,并通過編程語句來自定義化控制設備。PLC在工業自動化系統中的應用對工作系統的相關精度有了很大程度的提升,避免了精度低造成的工作類型限制。同時,PLC可以對工業熱處理的整體過程進行完整控制,避免出現溫度過高或過低的制造失誤,極大地方便了熱處理的工業自動化。

(3)對自動化制造過程中的位置控制在工業自動化環節中具有重要地位,在工業設備制造過程中,系統需要對各種工具的位置進行補償控制,同時還會進行運輸工具的位置定位。

(4)在對工業生產性進行自動智能控制的過程中,PLC可以實現全自動無人控制,同時,還可以對系統本身進行健康度檢測。在此過程中,如果PLC組態模塊檢測到系統產生了致命錯誤或是生產線設備故障,便會發送停止信號,以便檢修。對于部分簡單的故障PLC可以通過重啟相關模塊的方式來進行修復,節省工作量。PLC的故障檢測原理為:生產線工作過程中,電子控制系統的工作部件會和數據庫存在著連接關系,如果設備出現了致命故障無法恢復時,則相關數據庫的邏輯操作的將會被中斷,此時PLC系統會收到通知信號,并開始故障排除流程??傊?,PLC在與DCS系統結合后具有,功能強大,指令豐富等優點,因此應加大推廣力度。

總結:

隨著工業生產相關新技術的不斷深入研究,DCS的使用和PLC組態的應用將不再僅僅局限在某一些領域,未來行業中將會越來越多地結合兩種系統來進行工業操作控制。本文僅做拋磚引玉,望未來工業學界能夠進一步深入研究。

作者:李覺林 單位:江西省江銅耶茲銅箔有限公司

審核編輯(王靜)

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