儀表控制IPCPLCDCSFCS控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用綜述

1、論文題目：儀表控制、IPC、PLC、DCS、FCS控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用綜述 學(xué)院：自動化與電氣工程學(xué)院專業(yè)班級：自動化071姓名：趙常博學(xué)號：107031012指導(dǎo)教師：馬連偉2010年10月17日儀表控制、IPC、PLC、DCS、FCS控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用綜述1.引言自動控制技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)是指能夠?qū)Ρ豢貙ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)進行自動控制的系統(tǒng)，它一般由控制裝置和被控對象構(gòu)成?？刂蒲b置可以由各種嵌入式控制器、可編程序控制器、工業(yè)控制計算機、分布式控制系統(tǒng)、回路調(diào)節(jié)器、變頻器以及其它技術(shù)(如現(xiàn)場總線技術(shù)、無線通信技術(shù)等)構(gòu)成；控制對象包括各種電動機、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)過程等；過程通道完成控制裝置與控制對象之間

2、的信號匹配?？刂蒲b置選用不同的技術(shù)，就組成了不同的自動控制系統(tǒng)，就出現(xiàn)了如儀表控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等主要形式。由于近幾十年來在冶金、石化、紡織、電力、汽車制造等諸多領(lǐng)域的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種不同優(yōu)勢的自動控制系統(tǒng)，而對這些控制系統(tǒng)的研究也層出不窮，雖然其理論基礎(chǔ)已比較堅實，但是自動控制系統(tǒng)的研究仍然處于開拓階段，各種控制系統(tǒng)仍有一定的局限性。所以有必要對各種控制系統(tǒng)模型與特點做一個綜述性的分析和討論。以便學(xué)者能更清楚各種控制技術(shù)的應(yīng)用場合。本文主要介紹近幾十年中處于主導(dǎo)地位的自動控制技術(shù)。第2部分介紹儀表控制系統(tǒng)與計算機作控制器的IPC模型與特點，第3部分介

3、紹了PLC的系統(tǒng)模型與特點，第4部分介紹了DCS的系統(tǒng)模型與特點，第5部分討論了FCS在控制系統(tǒng)中重要作用，第6部分給出了控制技術(shù)的應(yīng)用前景，第7部分對本文做了總結(jié)。2.儀表控制系統(tǒng)儀表控制系統(tǒng)指由模擬式儀表組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 控制的作用是保證被控對象的一個最基本的運行單元能夠按照預(yù)定的參數(shù)正常運行。如圖 1所示， 控制器的輸入有兩個：設(shè)定值和測量值；控制器的輸出是對被控過程的控制。被控過程的輸出作為控制系統(tǒng)的被控變量，即控制目標(biāo)，檢測元件得到過程的輸出值，并作為控制器的測量值送給控制器用以產(chǎn)生控制量。這樣以控制器的輸出作為被控過程的輸入。而被控過程的輸出作為控制器的輸入，形成一個閉環(huán)。 在

4、這個閉環(huán)系統(tǒng)中。控制器將根據(jù)控制算法處理測量值和設(shè)定值的偏差，控制過程減小此偏差，這就是儀表控制的基本功能。儀表控制系統(tǒng)的特點是各部分的儀表分布于工業(yè)現(xiàn)場，系統(tǒng)按預(yù)先設(shè)定好的控制規(guī)律進行工作，控制比較單一。圖 1中用計算機作為控制系統(tǒng)的控制器，則控制系統(tǒng)就是計算機控制系統(tǒng)。此時的計算機稱為工業(yè)控制計算機，簡稱工控機(IPC)。計算機用到工業(yè)控制中， 這時候計算機主要完成兩個功能。一個是計算機作為控制器，計算機參與控制同時可以控制幾十甚至幾百個回路，彌補了儀表控制的分散和控制功能單一，很容易實現(xiàn)復(fù)雜的控制。另一個是計算機安裝組態(tài)軟件實現(xiàn)監(jiān)控功能。該系統(tǒng)的嚴重缺點是：危險的高度集中，成本高，為了提

5、高計算機的可靠性，一般都采用雙機、雙工運行或者常規(guī)儀表備用，這樣成本將成倍增加。3.PLC控制系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)中一個被控變量為PLC一個輸入量，對應(yīng)一個輸出量，作為執(zhí)行器的輸入信號控制閥的開關(guān)。一對輸入輸出量對應(yīng)儀表控制系統(tǒng)一個單回路，對應(yīng)PLC中一個PID模塊。PLC設(shè)備本身沒有人機界面，只有指示燈或小尺寸液晶屏、以進行狀態(tài)顯示或簡單運行參數(shù)顯示。PLC執(zhí)行直接控制功能，運行期間無需人工干預(yù)，因此，在以PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中可不配人機界面設(shè)備。PLC控制系統(tǒng)也可以配上人機界面系統(tǒng)，形成監(jiān)督控制系統(tǒng)。加上人機界面后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。有許多供應(yīng)商提供用于PLC的人機界面軟件，如 iFiX，

6、INTOUCH等，這些軟件有組態(tài)功能，習(xí)慣也稱之為組態(tài)軟件。組態(tài)軟件實現(xiàn)人參與系統(tǒng)控制，主要功能包含了測量值、參數(shù)的顯示和設(shè)定，人工操作設(shè)備等。4.集散控制系統(tǒng)將人機界面部分用計算機，控制器部分用多個微處理器，并且計算機，微處理器都用網(wǎng)絡(luò)連接在一起，這樣就比集中控制計算機安全可靠。這樣的系統(tǒng)就稱為集散控制系統(tǒng)（DCS），結(jié)構(gòu)如圖3所示。操作員站：用來檢測和操作?，F(xiàn)場控制站：實現(xiàn)現(xiàn)場信號檢測和控制：工程師站：主要用于編程組態(tài)和維護；管理計算機用于全系統(tǒng)的信息管理和優(yōu)化控制； 通信部分主要由數(shù)據(jù)通道和各個站的通信模塊組成。它連接系統(tǒng)的各個分布部分，完數(shù)據(jù)，指令及其它信息的傳遞，一般具有自診斷功能和

7、冗余功能，可以實現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)通信。集散控制系統(tǒng)用組態(tài)軟件來生成滿足用戶需要的應(yīng)用程序。集散控制系統(tǒng)在模擬量處理方面具有一定優(yōu)勢，發(fā)展初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能。5.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和 自動化系統(tǒng)的數(shù)字式，雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線以開放的、獨立的全數(shù)字化的雙向多變量通信代替 010 mA或420 A現(xiàn)場電動儀表信號?，F(xiàn)場總線I/0集檢測、數(shù)據(jù)處理、通信為一體，可以代替變送器，調(diào)節(jié)器等模擬儀表，它不需要框架，機柜，可以直接安裝在現(xiàn)場導(dǎo)軌槽上?，F(xiàn)場總線I/O只要一根電纜，從主機開始，將數(shù)據(jù)鏈從一個現(xiàn)場總線I/O連接到下一個現(xiàn)場總線 I/O。現(xiàn)場總線控制系

8、統(tǒng)將DCS的控制站功能分散給現(xiàn)場控制設(shè)備，僅靠 現(xiàn)場總線設(shè)備就可以實現(xiàn) 自動控制的基本功能。使用現(xiàn)場總線后，操作員可以在中央控制室實現(xiàn)遠程監(jiān)控。對現(xiàn)場設(shè)備進行參數(shù)調(diào)整，還可以通過現(xiàn)場設(shè)備的自診斷功能預(yù)測故障和尋找故障點。PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合，可以組成價格便宜，功能強大的分布式控制系統(tǒng)。6.自動控制技術(shù)應(yīng)用前景 (1)PLC被廣泛地應(yīng)用于以開關(guān)最控制為主的聯(lián)鎖控制系統(tǒng)中， 模擬呈控制則不是其強項，輸入/輸出模塊過于集中，大規(guī)摸、安全要求高的控制系統(tǒng)一般不采用PLC系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)它的輸入/ 愉出模塊分散，數(shù)據(jù)處理模塊分散， 并且其功能模塊(尤其是模擬處理、PID 等控制)完善，使其在較大及大規(guī)

9、模，安全要求高的控制系統(tǒng)上得以充分顯示其優(yōu)越性，但對開關(guān)量邏輯控制則處理速度偏慢。隨著微電子及控制技術(shù)的發(fā)展,PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)在不斷吸收彼此的特點， 逐步地走向同化。(2)FCS功能下故較徹底，信息處理現(xiàn)場化，教字智能現(xiàn)場裝悅的廣泛采用， 使得控制器功能與重要性相對減弱。因此FCS系統(tǒng)投資起點低?？梢赃呌谩⑦厰U、邊投運。但是，對于測試點、控制點相對集中且又不太多的系統(tǒng)，若選用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)發(fā)揮不出FCS分散控制的優(yōu)越性。(3)FCS 統(tǒng)將D / A與A / D轉(zhuǎn)換在現(xiàn)場一次性完成，實現(xiàn)全數(shù)字化通信，使精度得到大的提高，可提高到0.1%, FCS采用的是雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制， 因此

10、，它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)行機構(gòu)等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。但就目前而言FCS在開關(guān)量與模擬量的混合處理方面不如DCS那么靈活， 所以， 如果一個項目中，有密切聯(lián)系的開關(guān)量控制和模擬且控制，則采用DCS比采用FCS方便一些。計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展在經(jīng)歷了基地式氣動儀表控制系統(tǒng)電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)，集中式數(shù)宇控制系統(tǒng)以及集控制系統(tǒng)(DCS)后，將朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)的方向發(fā)展。在未來工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，數(shù)字技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展。7.結(jié)論 本文是對自動控制技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的淺析，對于其系統(tǒng)模型雖各不相同，但總有類似之處，而控制器也是人們研究的熱點問題。根據(jù)不同的場合設(shè)計不同的控制器和控制系統(tǒng)，設(shè)計者最關(guān)心的還是能達到控制目的，所以控制的基本要求是在能完成控制指標(biāo)的前提下，盡可能的經(jīng)濟，安全，可靠。【參考文獻】 1 廖常初PLC應(yīng)用技術(shù)問答(M)，機械工業(yè)出版社，2006年8月 2 王常力分布式控制系統(tǒng)(DCS)設(shè)計與應(yīng)用實例(M)，電子工業(yè)出