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工業控制系統plc現場總結

2019-04-21 21:10:57 合肥鴻昇自動化科技有限公司 閱讀

  現場總線用于工業控制系統,因為現場總線導致控制方式的改變。如今,人們常常提到所謂的“現場總線系統”屬于現場總線控制系統(FCS),而FCS已成為一種新一代的工業控制系統,它逐漸融合了SCADA、DCS和PLC技術。


工業控制系統plc.jpg

  1、工業控制技術的發展

  工業控制技術的重要性不言而喻??刂品绞綇拈_環控制到閉環控制,滿足了連續過程、離散過程等自動化應用不斷變化的技術要求??刂扑惴ㄔ絹碓綇碗s,這與計算機技術的引入密不可分,因此離散控制需要輸入和輸出。

  眾所周知,第三次工業革命最顯著的特點是自動化生產方式。最顯著的技術是計算機技術在產品生產的設計、制造、工程、質量控制等方面的廣泛應用,也是計算機輔助設計CAD、計算機輔助制造CAM、CAE、CAQ等概念。

  過程控制行業中的傳感器和執行器,如石油、天然氣、水、化工等,包括電源控制方法,從一開始就集中起來。最需要的是信號傳輸,最初是氣動的。隨后,控制器+信號的控制方式促使CCS和SCADA的出現,并對信號線路的連接提出了要求。4-20mA模擬信號傳輸成為標準。工廠規模的擴大是指生產區的擴大和控制區的要求。生產環境越來越復雜,布線成本越來越高。需要數字通信來代替模擬信號。因此,新的數字傳輸技術是在4-20雙線的基礎上發展起來的。這決定了現場總線的基本形式。由于通信的需要,它主要決定了物理層。隨著計算機技術向傳感器、執行器和智能儀表的發展,它們之間的通信逐漸成為局域網的模型。進一步完善工業過程自動化網絡能力體系已成為過程自動化發展的主要趨勢之一。首先,集中控制轉化為分散控制,DDC逐步演變為DCS。

  在制造業,特別是在汽車制造業,由于引進了計算機技術,原有的繼電器控制方式被PLC控制方式所取代。制造業的循序漸進的特點決定了每個過程或環節都是一個需要PLC控制的控制單元,從而形成一個自動信息島,需要解決每個控制單元的直接通信問題。所以控制模式是分布式的。每個單元都連接在同一個網絡中。許多節點需要正確通信,而不相互沖突。這是局域網中數據鏈路層的功能。

  無論是過程控制還是制造控制,不僅如此,作為工廠管理者,由于管理、設計等都已經開始使用計算機技術,那么自頂向下的信息通信同樣重要,都需要自頂向下的工廠通信系統架構,使用統一的制造信息傳輸來實現。n協議滿足各鏈路數據通信的要求,這主要決定了場景??偩€應用層的內容。

  2、網絡控制金字塔結構

  CIM是指自動生產、自動運輸物料,從產品設計、制造到質量控制等方面運用計算機技術。隨著計算機輔助設計和計算機輔助制造技術的發展,CIM在信息技術、自動化技術和制造技術的基礎上,通過計算機技術集成了分散在產品設計和制造過程中的各種獨立的自動化子系統,形成了集成化、智能化的制造系統。

  經過多年的總結,發現層次管理模型是一種有效的管理體系。這種模式被稱為金字塔結構,它包括四個標準的金字塔結構:政府、政黨、軍隊和企業。對于工業企業來說,為了實現企業管理、制造控制、產品設計等子系統的集成,各子系統之間必須直接進行通信。根據不同的通信需求,企業的通信結構可以采用層次化的方法劃分為多個抽象層。這就是我們經??吹降墓I通信系統的金字塔結構。

  ERP是一個企業管理系統。它通過處理信息來集成業務功能,以優化資源利用率。它在企業級運行并集中業務活動。MES的目標是管理和監控車間的實際生產過程。制造執行系統(MES)是一個動態的信息系統,以確保制造的有效執行。它將ERP系統與實際生產過程的工業控制系統(ICS)連接起來。ICS通過傳感器獲取過程信息,并通過執行器控制過程。常用的工業控制系統有SCADA、DCS和PLC。

  所有車間級控制單元都連接到工廠主干網,而底部的機器控制網絡相當于一張小地圖。

  三、工業控制系統分類

  工業控制根據兩大工業應用具有不同的特點:能量控制和過程控制。

  電力系統、天然氣和水管道等領域的控制需要不斷地采集遠程數據。監控與數據采集(SCADA)的使用頻率較高,系統一般為開環控制方式;過程控制多采用分布式控制系統(DCS),以滿足大型工業連續過程的需要;過程控制采用PLC作為單元控制的繼電邏輯控制方式。C控制。

  3.1 SCADA

  數據采集與監控系統(SCADA)是一種控制系統架構,采用計算機、網絡數據通信和圖形用戶界面進行先進的過程監控和管理。SCADA系統用于大型地理工業區,如管道、電網、鐵路系統,從單個控制中心收集數據,以監控過程并將數據提供給最終用戶。它由HMI、MTU、RTU和遠程通信介質組成,也可由PLC代替,以達到最佳的功能和更好的成本效益。

  監控與數據采集軟件僅存在于監控層,因為控制動作由RTU或PLC自動執行,現場總線位于現場。圖中所示的汽車總線系統是典型的傳統SCADA。儀表板顯示為上位機,各終端通過CAN總線連接。ABS、定速巡航、自動停車等終端是SCADA的RTU和下一級的控制系統。統一。

  3.2DCS

  分布式控制系統(DCS)是一種用于過程控制或制造領域的計算機控制系統,其中控制元件(控制器)分布在整個系統中。在分布式控制系統中,控制器級通過通信網絡連接。DCS通常使用定制的處理器作為控制器,并使用專有的互連或標準協議進行通信。處理器從輸入模塊接收信息,處理信息并決定輸出模塊要執行的控制操作。輸入模塊從過程(或現場)中的傳感器接收信息,輸出模塊向最終控制元件(如控制閥)發送指令。輸入和輸出可以是4-20mA模擬信號或數字信號。DCS系統通常還支持FF、PROFIBUS、HART、Modbus、PC-Link等現場總線,它不僅傳輸輸入和輸出信號,還傳輸錯誤診斷信息。

  正如提到的SCADA和DCS,控制室出現在大多數地圖上,因此工程師很難區分它們。該表簡要描述了這些差異。3.3PLC

  但在以時序邏輯為需求的工業中,應用最廣泛的是PLC(可編程邏輯控制器),它是從繼電器和定時器發展而來的。以前的控制器很難配置和查找故障,PLC控制使信號通過電子顯示器連接到中央控制區域。PLC首先為汽車工業開發汽車生產線,其中順序邏輯變得非常復雜,然后是印刷機和水處理廠。

  PLC可大可小,小如磚,處理器集成在外殼上,數十個點,多達數千個點,安裝在機架上,并與其它PLC和SCADA相連。它們可以設計成數字和模擬輸入和輸出(I\/O),具有多種布局、擴展的溫度范圍、抗電噪聲、振動和沖擊,控制程序通常存儲在非易失性存儲器中。

  PLC誕生于美國汽車工業。汽車制造控制系統采用邏輯順序和安全聯鎖。它主要由繼電器、凸輪定時器、轉鼓定序器和專用閉環控制器組成。由于這些設備可能有數百甚至數千臺,因此每年更新此類設備進行模型轉換的過程既耗時又昂貴,因為電工需要單獨重新連接繼電器以改變其工作特性。

  4總結

  事實上,一切都是以需求為導向的。為了解決工業控制日益增長的需求與落后的控制模式之間的矛盾,產生了不同的工業控制系統?,F場總線的發展可以更好地滿足不同控制方式對連接、拓撲、通信距離和應用的要求。監控與數據采集系統(SCADA)于20世紀60年代初引入,隨后出現了分布式控制系統(DCS)和可編程邏輯控制器(PLC)。過去,SCADA更像是DCS的上層軟件。SCADA主要集中在監控、DCS控制、PLC是一種裝置。

  如今,由于技術的不斷發展,這些系統在結構和功能上的差異越來越小。如何快速澄清工業控制系統中DCS、PLC、SCADA、FCS、PAC和RTU之間的區別?

  RTU不具有控制功能,但只是SCADA的一部分,首先執行。

  未來作戰系統是一個使用現場總線的分布式控制系統,而PAC是一個更強大的可編程邏輯控制器,可以說是一個升級版本。


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