PLC在集散控制系統(tǒng)中的作用及其發(fā)展趨勢

 工業(yè)自動化根據(jù)生產(chǎn)過程的特點可分為過程控制自動化和制造工業(yè)自動化以及各種自動化測量系統(tǒng)。對于這些不同的工業(yè)對象發(fā)展了相應的控制技術。如對于流程工業(yè)的控制一般采用集散型控制系統(tǒng)（DCS）。離散型制造業(yè)采用可編程序控制器（PLC），常用于邏輯/順序控制。而間隙過程工業(yè)則以DCS和PLC混合使用為好。在實際生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程往往既需要連續(xù)控制，又需要邏輯/順序控制的功能，DCS和PLC都是基于微處理器的數(shù)字控制系統(tǒng)裝量，它們相互滲透發(fā)展，不斷擴大自己的應用領域。目前，PLC已廣泛地被應用在DCS中。
    二、PLC在DCS中的作用
    PLC的發(fā)展起源于70年代，首先在汽車工業(yè)中大量應用，80年代走向成熟，奠定了在工業(yè)控制中不可動搖的地位。進入90年代，在技術上又有新的突破，把PLC的處理速度、運算和控制功能應用于通信芯片商品，使PLC從專有性控制器向開放性發(fā)展，在應用范圍和應用水平上，為實現(xiàn)ELC（電氣控制、儀表控制、計算機控制）一體化打開了新的局面。在DCS控制系統(tǒng)中，也越來越多地采用了各種智能數(shù)字調(diào)節(jié)器和PLC，新型的數(shù)字調(diào)節(jié)器與PLC不僅容量更大，速度更快，而且都具有較強的聯(lián)網(wǎng)通信能力，可以采用以廉價的雙絞線為傳輸介質(zhì)的現(xiàn)場總線網(wǎng)，將作為主結點的現(xiàn)場控制站與作為從結點的數(shù)十個數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC或數(shù)字化智能變送器連接在一起，也可以將數(shù)臺PLC通過網(wǎng)點直接接入高速數(shù)據(jù)公路，組成過程控制級的順序控制站。這樣，使DCS的控制功能進一步分散，控制速度與功能及系統(tǒng)的可靠性又得以進一步的提高。在當今的PLC中，除了提供模擬量控制模塊外，PID回路控制也已不再被認為是PLC中的新事物了，它已經(jīng)成為每一種大型PLC的標準性能，甚至許多新型的小型PLC也能提供PID等控制算法的功能?，F(xiàn)在以PLC為基礎的PID控制正廣泛應用于連續(xù)過程和批量過程的控制中。在此基礎上，一些PLC生產(chǎn)廠商為其新一代的通用PLC系列又增加了許多專為過程控制而設計的控制功能。除PID運算外，增添了“超前滯后”、工程量變換、報警、斜坡函數(shù)和高精度模擬量I/O等特殊處理算法。過去僅限于大型DCS系統(tǒng)中使用的其他一些*的過程控制功能，也開始在PLC中出現(xiàn)。自整定PID回路、模糊控制等就是*一些進展。表1給出的是一些PLC運用自整定PID控制的信息，其中有些自整定算法常駐在PID控制模塊中，如AB公司的1171溫控模塊。而另外一些自整定算法則存放在CPU的協(xié)處理的模塊中，如GE公司的9030系列。
    　　如從全球控制市場的銷售情況看，PLC的銷售額也在逐步增長。據(jù)美國著名商情公司Frost & Sulliran提出的報告，PLC將在控制市場中獲得更多的銷售份額，從1993年的46%上升到2000年的50%，銷售額以39億美元上升到76億美元。從表2可知，PLC的銷售額在1993年就比DCS多1/3，預測到2000年將比DCS多1/2。并且，PLC在工業(yè)發(fā)達國家中的發(fā)展余地還很廣闊，還有許多新的而應用領域有待于開發(fā)，或者已經(jīng)開發(fā)但未充分發(fā)展?？梢?，PLC所*的高可靠性和不斷增強的功能，使它在DCS中發(fā)揮著越來越重要的作用。
    三、PLC今后的發(fā)展趨勢
    從技術發(fā)展上講，目前PLC也不斷受到其他基于計算機技術的控制裝置及系統(tǒng)越來越多的挑戰(zhàn)，受到PLC技術本身軟件方面急待更新與發(fā)展的挑戰(zhàn)，受到一種全新的工業(yè)控制結構——不但控制分散化，而且網(wǎng)絡也分散化的挑戰(zhàn)，受到開放型模塊化體系結構控制系統(tǒng)（OMAC）的挑戰(zhàn)。于是PLC必然將會向完善其軟件和硬件兩個方向發(fā)展。
    1、繼續(xù)增加控制算法功能，滿足過程控制要求
    Siemens公司為此開發(fā)了一個名為“多戶應用工具”（Applications Productivity Tool）軟件包，簡稱APT。它實現(xiàn)了滿足實力強的用戶愿意自己設計過程控制策略和自整定算法的愿望。它是一種在PC機環(huán)境下的軟件包，允許用戶在一個面向?qū)ο蟮木幊汰h(huán)境中開發(fā)自己的控制策略。然后由APT將此翻譯為梯形圖語言向下裝載至PLC作為可執(zhí)行的程序。APT還提供連續(xù)和順序功能圖功能和許多功能塊，用戶可以自行連接與組態(tài)，來實現(xiàn)任意組合的控制操作，還可以開發(fā)超前滯后補償器、Smith預估器、PID回路自整定算法等。這類工具性軟件還有ASA公司的Process-M，加拿大Famic Automation公司的CADE-PA等。在今年三月召開的第三屆國際工業(yè)自動化與控制技術展覽會上，上海船舶運輸科學研究所推出的S2000可編程序控制器系列，清華同方推出的RH分布式微機控制系列都具有各種控制算法功能。S2000其單臺PLC I/O點可達512個，多臺PLC在聯(lián)網(wǎng)方式下，I/O點可達4096個，可配置成高性能中大型應用系統(tǒng)，以滿足各種過程控制的需求。
    2、實現(xiàn)以PC為平臺的PLC控制
    以PC為平臺的PLC控制，有人稱之為：以PC為基礎的控制（或簡稱PC控制）。它就是將經(jīng)過加固的PC機（或稱工業(yè)PC）的硬件與控制軟件組合在一起，實施通常由專用的PLC執(zhí)行的控制功能?；蛘哒f，將PLC的控制功能“封裝”在軟件內(nèi)，運行于PC機中。這樣，系統(tǒng)提供了PLC同樣的功能，但卻具備了PC環(huán)境下的各種優(yōu)點。它將控制器、通信、人機界面以及其他各種特定的應用全都合為一體，可大大簡化工廠自動化的體系結構，還可以最大限度的利用PC機日新月異的軟硬件發(fā)展成果，其前景是很吸引人的。但這并不意味著PC控制將取代PLC控制，PC控制只是替代了PLC的CPU模塊，而不是替代I/O模塊。I/O模塊仍然是PLC原有的I/O系列或者是第三方I/O生產(chǎn)廠的產(chǎn)品，其發(fā)展方向必然是運用現(xiàn)場總線、工業(yè)控制網(wǎng)絡構筑開放系統(tǒng)。
    　　美國AB公司已經(jīng)推出了Ssftlogi x5控制器新品，實際上它是由工控PC機、PC控制引擎軟件包和AB公司的I/O產(chǎn)品構成。日本三菱電機公司開發(fā)了A70BDE—ABF總線控制卡件，可以插在任意一個PC/AT兼容機的16位ISA插槽中。通過擴展電纜與A系列/Ans系列的擴展基板相連，這樣A70BDE—ABF即可支持3584個I/O點（A系列）或1536個I/O系（Ans系列），在PC機則可運行基于Windows NT40的實時軟邏輯控制包。由研華公司所提供的工業(yè)電腦ADAM—5510基于PC的可編程序控制器是典型的Soft PLC控制系統(tǒng)結構。它配套Intellution公司的Paradgm—31軟件，即是不同于傳統(tǒng)PLC的選擇組合。Soft PLC是開放的可編程序控制器，在實時控制、網(wǎng)絡控制和分級控制領域可獲得廣泛的應用。Soft PLC是實時多任務操作系統(tǒng)，能提供強有力的指令，更加快速的掃描和安全的操作。開放的結構容易連接各種I/O模塊、PID模塊、運動控制模塊和裝置、網(wǎng)絡。
    四、結束語
    總之，上面分析的PLC今后的發(fā)展趨勢無非會在以下幾方面尋找沖破：
    （1）為向各種工業(yè)領域滲透，適合各種靈活控制方案，一部分PLC將朝著小規(guī)模低造價方向發(fā)展。
    （2）由于PLC的聯(lián)網(wǎng)功能不斷加強，將使PLC向分散控制方向發(fā)展。
    （3）由于超大規(guī)模集成電路技術迅猛發(fā)展，促使PLC追求更高的處理速度和更大的存儲容量。
    （4）由于越來越多的大系統(tǒng)使用PLC，將使一部分PLC向在規(guī)模和功能更復雜的方向發(fā)展。
    （5）由于計算機軟件技術飛速發(fā)展，促使PLC編程軟件實現(xiàn)多樣化和高級化。
    今后，PLC的各種特性提高的速度和各種功能完善的速度越來越快，DCS和PLC的控制功能將進一步融合，DCS必將被由PLC構成的控制系統(tǒng)或被PC為平臺的PLC控制系統(tǒng)所取代。