自動(dòng)化系統(tǒng)控制器技術(shù)從PLC到ERP的實(shí)現(xiàn)過(guò)程與趨勢(shì)展望

黃琳翔

廣西中投創(chuàng)新能源科技有限公司，廣西南寧 530028

自動(dòng)化系統(tǒng)控制器技術(shù)從PLC到ERP的實(shí)現(xiàn)過(guò)程與趨勢(shì)展望

黃琳翔

廣西中投創(chuàng)新能源科技有限公司，廣西南寧 530028

PLC歷經(jīng)幾代的變遷，與DCS、FCS競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，到如今像PAC的演變，以及ERP的集成系統(tǒng)的提出，PLC經(jīng)歷了40個(gè)年頭。在這40年里面，PLC越來(lái)越往高速度、大容量的方向發(fā)展，高端PLC也蠶食了小型DCS的部分市場(chǎng)；而近幾年出現(xiàn)的ERP集成管理概念又頻頻見(jiàn)諸報(bào)道。本文整理了有關(guān)PLC的發(fā)展歷程，以及PLC和DCS在技術(shù)上的比較，以及ERP集成系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用的資料回顧分析PLC與DCS技術(shù)的發(fā)展過(guò)程以及到ERP技術(shù)實(shí)現(xiàn)與趨勢(shì)展望。

控制器；PLC；DCS；ERP；趨勢(shì)

作者簡(jiǎn)歷：黃琳翔，助工、二級(jí)建造師

1 自動(dòng)化從傳統(tǒng)的電器向PLC和DCS技術(shù)的發(fā)展

可編程序控制器的英文為ProgrammableController，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC可編程控制器。1969年，美國(guó)DEC公司研制出世界上第一臺(tái)PLC（PDP-14），并在GM公司汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上應(yīng)用成功。集散控制系統(tǒng)（DCS）自1975年設(shè)計(jì)至今，經(jīng)歷70年代由各DCS廠家自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的通信網(wǎng)絡(luò)基本上都是輪詢(xún)方式的，到80年代通信網(wǎng)絡(luò)較多使用令牌方式，再到90年代出現(xiàn)的通用系統(tǒng)以及90年代末通信網(wǎng)絡(luò)部分遵循TCP/IP協(xié)議，有的采用以太網(wǎng)，DCS經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域并趨于成熟，成為目前的工業(yè)控制的主流。70年代中期以前，工業(yè)控制表現(xiàn)為就地控制，集中控制則出現(xiàn)在70年代中期到90年代初。工業(yè)控制表現(xiàn)為一直到目前為止還應(yīng)用廣泛的集散控制系統(tǒng)（DCS），以太網(wǎng)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)提供了新的選擇。PLC是從摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，70年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶(hù)編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求。將其存入PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器，運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。DCS為分散控制系統(tǒng)的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡(jiǎn)稱(chēng)。指的是危險(xiǎn)分散、數(shù)據(jù)集中。70年代中期進(jìn)入市場(chǎng)，完成模擬量控制，代替以PID運(yùn)算為主的模擬控制儀表。首先提出DCS這樣一種思想的是儀表制造廠商，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用于化工行業(yè)。DCS是在運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)上得以發(fā)展的。把所有的函數(shù)、各過(guò)程變量之間的關(guān)系都設(shè)計(jì)成功能塊。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)控制器技術(shù)PLC與DCS相結(jié)合發(fā)展

自動(dòng)化領(lǐng)域，DCS和PLC是兩個(gè)完全不同而又有著千絲萬(wàn)縷聯(lián)系的概念。DCS和PLC都是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。另一實(shí)質(zhì)差別是DCS系統(tǒng)的程序一般采用可設(shè)置的多種固定程序掃描周期和多任務(wù)、多線(xiàn)程工作制度，而PLC多為由所運(yùn)行的程序大小決定的不固定的隨機(jī)程序掃描周期(其變種PCC除外)和多任務(wù)、單線(xiàn)程工作制度，即使后來(lái)兩者相互有些滲透，但是仍然有區(qū)別。DCS是一個(gè)體系，PLC是一個(gè)裝置，這是兩者在概念上的根本區(qū)別。這個(gè)區(qū)別的影響是深刻，它滲透到了技術(shù)經(jīng)濟(jì)的每一個(gè)方面。這個(gè)概念早已過(guò)時(shí)。首先要明確單臺(tái)傳統(tǒng)的DCS控制器與DCS系統(tǒng)，單臺(tái)PLC控制器與PLC系統(tǒng)不是同一概念。暫且把DCS系統(tǒng)看成是基于DCS控制器和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)。而PLC系統(tǒng)則是基于PLC控制器和網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，雖然它們都還可能向上擴(kuò)展管理信息系統(tǒng)。其實(shí)DCS也是一種分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)模式，它的控制器既可以采用傳統(tǒng)的DCS控制器。也可選用PLC等其它類(lèi)型控制裝置。反過(guò)來(lái)看，PLC系統(tǒng)也可以具備分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)模式。西門(mén)子、羅克韋爾AB、GE Fanuc、施奈德和貝加萊分別推出的其性能不差于普通DCS的一體化集成控制系統(tǒng)，都是由PLC及其變種PAC或PCC構(gòu)成的，當(dāng)然DCS也可由PLC(或PAC、PCC、IPC、PC—Based)、通訊網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)專(zhuān)門(mén)軟件構(gòu)成。在工業(yè)應(yīng)用中，往往有不同廠家控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，或因某即成系統(tǒng)不能滿(mǎn)足控制需要而加上額外系統(tǒng)等原因，而需要將兩種不同系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，在這里面經(jīng)常用到的就是PLC和DCS的互聯(lián)。如果DCS、PLC是同一個(gè)廠商開(kāi)發(fā)的，PLC作為DCS網(wǎng)絡(luò)上一個(gè)結(jié)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)有通訊接口，他們兩個(gè)系統(tǒng)的總線(xiàn)用橋連接起來(lái)，用戶(hù)不用作工作。如HONEYWELL的TDC3000，可以把邏輯管理器（LM）和過(guò)程管理器（HPM）接到UCN上。連在LCN上的操作站能看到DCS、PLC的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)量和傳輸速度兩個(gè)指標(biāo)都很理想，但邏輯管理器是HONEYWELL自己生產(chǎn)的，價(jià)格比較貴，而且是早期的產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)，一些技術(shù)指標(biāo)與常用的PLC有區(qū)別。其它通用的PLC如AB的PLC只能連在LCN上，通過(guò)GATEWAY接口（PLCG）與PLC相連，這種辦法的缺點(diǎn)是GATEWAY的價(jià)格比較高。所有軟硬件都是同一廠家的，與其它廠商的設(shè)備連網(wǎng)有一定的困難，而且價(jià)格昂貴。現(xiàn)在有一個(gè)新的名詞：技術(shù)毒品，只要第一次購(gòu)買(mǎi)某一廠商的產(chǎn)品，以后必須買(mǎi)它的產(chǎn)品，否則沒(méi)有辦法互連。現(xiàn)在傳統(tǒng)DCS沒(méi)有互連的通用平臺(tái)。傳統(tǒng)DCS和PLC互聯(lián)大部分都是把PLC作為一個(gè)部件，當(dāng)成DCS的輸入、輸出。DCS廠商專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)出一塊接口卡 和互連的軟件，在DCS的I/O總線(xiàn)上，PLC和其它DCS的I/O板的地位是一樣的。接口卡上的RS232串行口和PLC主機(jī)或PLC總線(xiàn)通訊。在DCS的控制器的功能塊上必須有能讀、寫(xiě)PLC數(shù)據(jù)的功能塊，和總線(xiàn)通訊要軟件捆綁，經(jīng)組態(tài)后能把數(shù)據(jù)送到DCS網(wǎng)絡(luò)上，然后送到操作站上。某化工廠原有一套HONEYWELLTPS系統(tǒng)，其中一些邏輯點(diǎn)的掃描速率要求是0.1S，過(guò)去由HONEYWELLDCS控制，但其最快掃描時(shí)間是0.25S，依靠DCS無(wú)法很好地滿(mǎn)足工藝要求，在今年的改造中決定用PLC代替DCS對(duì)這些數(shù)據(jù)的采集與控制，但數(shù)據(jù)要與DCS共享，并由DCS操作站來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的監(jiān)控。到目前為止，PLC、老一代DCS互連還沒(méi)有統(tǒng)一模式，各種DCS、PLC都要具體討論采用那一種辦法，最常用的是采用Modbus協(xié)議，RS232和RS485或Ethernet傳輸信息。

3 自動(dòng)化系統(tǒng)控制器技術(shù)PLC、DCS、儀表相相合發(fā)展

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，不斷促進(jìn)著自動(dòng)化控制技術(shù)及設(shè)備通信技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展。如今現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應(yīng)用并發(fā)展到設(shè)備相互協(xié)同、共同面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的集成工業(yè)控制系統(tǒng)。

DCS的發(fā)展從傳統(tǒng)的儀表盤(pán)監(jiān)控系統(tǒng)而來(lái)。因此，DCS從一定程度來(lái)說(shuō)還是較為側(cè)重儀表的控制，PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來(lái)，因此，PLC從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能力。未來(lái)，小型化PLC的發(fā)展將更專(zhuān)注于功能化、應(yīng)用環(huán)境的針對(duì)性特點(diǎn)的研發(fā)的趨勢(shì)發(fā)展，而大型的PLC與DCS的功能界線(xiàn)將逐步被淡化，未來(lái)將與各種控制器和系統(tǒng)所融和。而DCS將向FCS的方向繼續(xù)發(fā)展。而FCS的核心控制系統(tǒng)除了更加分散化以外，特別重要的是只能儀表的發(fā)展。在國(guó)外，F(xiàn)CS的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到儀表級(jí)。整個(gè)模擬量的控制分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表，儀表與控制系統(tǒng)之間無(wú)需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接整個(gè)儀表系統(tǒng)。未來(lái)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展特別是現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的發(fā)展，將更多融合與PLC、DCS控制系統(tǒng)的集成，將實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、變換、補(bǔ)償、運(yùn)算、處理、分析和控制的綜合功能，這種技術(shù)的結(jié)合和實(shí)現(xiàn)將使未來(lái)“儀表化”更快實(shí)現(xiàn)。完全模塊化、數(shù)字完全開(kāi)放化、智能化的儀器儀表，將成為未來(lái)工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的發(fā)展的趨勢(shì)和主流。

4 自動(dòng)化系統(tǒng)全面開(kāi)放、集成；以能源管理發(fā)展為需求的集團(tuán)化ERP時(shí)代

當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)已發(fā)生了質(zhì)的變化，一場(chǎng)由ERP引領(lǐng)的集成管理系統(tǒng)正掀起一場(chǎng)自動(dòng)化工業(yè)控制領(lǐng)域的革命。正從企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)流程自動(dòng)化到公司運(yùn)營(yíng)管理自動(dòng)化的過(guò)渡與實(shí)現(xiàn)。ERP系統(tǒng)的集成管理理念正在使自動(dòng)化控制和企業(yè)全方位管理的信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集成成為可能，再不是過(guò)去PLC、DCS和 FCS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的自動(dòng)化孤島；而是將所有底層現(xiàn)場(chǎng)的電氣、過(guò)程控制系統(tǒng)和數(shù)以萬(wàn)計(jì)的儀器儀表系統(tǒng)高度融合在綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)上。通過(guò)MES系統(tǒng)，與上層ERP系統(tǒng)通信，與下層PLC、DCS和 FCS通信，通過(guò)ERP進(jìn)行信息的整合和處理；使公司從生產(chǎn)到采購(gòu)、從庫(kù)存到銷(xiāo)售、從工業(yè)生產(chǎn)流程自動(dòng)化到市場(chǎng)供應(yīng)鏈、以及財(cái)務(wù)人事等廣泛的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，其功能和信息數(shù)據(jù)都要快速高效的融合集成。 開(kāi)放，就意味著信息在網(wǎng)絡(luò)上能資源共享、互連互通和互操作。對(duì)市場(chǎng)變化要做到實(shí)時(shí)同步的快速響應(yīng)；要加強(qiáng)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，使中間環(huán)節(jié)的產(chǎn)品制造執(zhí)行層具有快速實(shí)時(shí)同步響應(yīng)能力；現(xiàn)代化的自動(dòng)化系統(tǒng)，要有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)與信息資源的傳輸和應(yīng)用能力；系統(tǒng)要極強(qiáng)數(shù)據(jù)資源的提煉能力和模型轉(zhuǎn)化能力。現(xiàn)代ERP自動(dòng)化集成系統(tǒng)架構(gòu)采用基礎(chǔ)技術(shù)將同時(shí)將企業(yè)生產(chǎn)流程控制系統(tǒng)和軟件進(jìn)行整合升級(jí)。ERP的關(guān)鍵在于所有企業(yè)可根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)及自身管理特點(diǎn)對(duì)其裁剪進(jìn)行應(yīng)用，從企業(yè)全過(guò)程對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的流程所牽涉的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)ERP進(jìn)行統(tǒng)一的平臺(tái)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、組態(tài)、可視化、控制、生產(chǎn)管理和調(diào)度、資產(chǎn)設(shè)備管理；具備極強(qiáng)的可擴(kuò)展能力、可滿(mǎn)足企業(yè)單一流程和全流程的控制與管理，因而具有天然的易用性。

5 結(jié)論

PLC與DCS發(fā)展到今天，事實(shí)上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說(shuō)，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開(kāi)，很多時(shí)候之間的概念已經(jīng)模糊了。開(kāi)放和融合將是自動(dòng)化工業(yè)控制的趨勢(shì)，ERP系統(tǒng)集中信息技術(shù)與先進(jìn)的管理思想于一身，成為現(xiàn)代企業(yè)的運(yùn)行模式，反映時(shí)代對(duì)企業(yè)合理調(diào)配資源，最大化地創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富的要求，成為企業(yè)在信息時(shí)代生存、發(fā)展的基石。

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A

1674-6708（2011）51-0175-02