淺談SIS及ESD、DCS、PLC的區(qū)別

淺談SIS與ESD、DCS、PLC的區(qū)別摘要SIS與ESD、DCS、PLC四者，在化工生產(chǎn)過程中，常常被誤解，本文從四者最根本的概念，到四者之間具體的關(guān)系進(jìn)展逐一講解，幫助儀表人了解并掌握。SIS是平安儀表系統(tǒng)，ESD是緊急停車系統(tǒng)，ESD屬于SIS的一局部。SIS包括現(xiàn)場儀表、邏輯解決器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三局部，這三個(gè)局部都要是平安設(shè)計(jì)的，常規(guī)的ESD系統(tǒng)只是SIS的邏輯解決器這局部，當(dāng)然也要是平安設(shè)計(jì)的。特點(diǎn)依然是PID控制，借助其強(qiáng)大的通訊功能，是整合工廠所有自動(dòng)化設(shè)備的系統(tǒng)，SIS比DCS在可靠性、可用性上要求更嚴(yán)格，IEC61508、IEC61511等標(biāo)準(zhǔn)中，要求SIS與DCS硬件獨(dú)立設(shè)置。DCS系統(tǒng)是過程控制系統(tǒng)，是動(dòng)態(tài)的，需要人工頻繁的干預(yù)，這有可能引起人為誤動(dòng)作；而SIS〔ESD〕是靜態(tài)的，不需要人為干預(yù)，這樣設(shè)置可以防止人為誤動(dòng)作。通常作為成套設(shè)備的控制方案，比方說真空、廢水、集裝、壓縮機(jī)等等自成一個(gè)體系的系統(tǒng)。他們的特點(diǎn)往往是不要求很多的模擬量控制，對(duì)數(shù)字量控制極為有效、方便、可靠、經(jīng)濟(jì)。通常做為DCS的子站點(diǎn)，便于監(jiān)視。很顯然從下列圖中我們看到SIS包括ESD、ITCC等，DCS下面有PLC、FCS等。PLCprogrammablelogiccontroller,通常作為成套設(shè)備的控制方案，比方說真空、廢水、集裝、壓縮機(jī)等等自成一個(gè)體系的系統(tǒng)。他們的特點(diǎn)往往是不要求很多的模擬量控制，對(duì)數(shù)字量控制極為有效、方便、可靠、經(jīng)濟(jì)。通常做為DCS的子站點(diǎn)，便于監(jiān)視。ESDemergencyshutdownsystem緊急停車系統(tǒng)。SISsafetyinterlockingsystem〔safetyinstrumentsyetem〕。平安聯(lián)鎖系統(tǒng)，個(gè)人認(rèn)為這是不同廠家對(duì)平安系統(tǒng)的叫法不同，還有的叫safetymanager。這類系統(tǒng)往往用于石化等高危行業(yè)。一般涉及到的點(diǎn)不是很多，因?yàn)橐坏﹦?dòng)作就是全場停車，是犧牲生產(chǎn)效益，保障平安的最低防線。SM需要有SIS認(rèn)證，石化行業(yè)通常等級(jí)為3。SIS與DCS之間的區(qū)別SIS與DCS在石油、石化生產(chǎn)過程中分別起著不同的作用，如下列圖所示：生產(chǎn)裝置從平安角度來講，可分為3個(gè)層次：第一層為生產(chǎn)過程層，第二層為過程控制層，第三層為平安儀表系統(tǒng)停車保護(hù)層。SIS與ESD之間的區(qū)別SIS是系統(tǒng)化的概念，更關(guān)注整體性的概念，從命名就可以看出來，SIS關(guān)注回路，關(guān)注系統(tǒng)整體。平安型的現(xiàn)場檢測器件〔變送器，儀表，傳感器〕--->平安型AI---"平安型控制器-平安型的DO---"平安型的現(xiàn)場執(zhí)行器件〔平安關(guān)斷閥，泄壓閥，保護(hù)器等〕。而ESD通常是指，平安控制系統(tǒng)廠家生產(chǎn)的，平安型控制器，〔CPU〕，IO，等純控制系統(tǒng)的概念。從本質(zhì)上來講，SIS的硬件系統(tǒng)不光包括，SIS控制器及IO〔例如Tricone*，HIMA，西門子400FH〕。還應(yīng)包括所有跟控制器接口的其他輸入部件，例如獲得TUVSIL認(rèn)證的傳感器，變送器，檢測裝置；還應(yīng)該包括所有輸出部件，如獲得TUVSIL認(rèn)證的執(zhí)行器〔液壓平安執(zhí)行器，氣動(dòng)平安執(zhí)行器，電動(dòng)型平安執(zhí)行器〕，還應(yīng)該有獲得認(rèn)證的現(xiàn)場設(shè)備。要求嚴(yán)格的現(xiàn)場，閥門本體也必須是有TUV證書的。例如核電廠的平安閥不光是鍋爐與壓力容器質(zhì)檢合格，還應(yīng)該有核檢證書，還應(yīng)該有TUV的安規(guī)證書，明確標(biāo)明是SIL幾等級(jí)。ESD是生產(chǎn)廠家的平安性控制器用在不同的場合，根據(jù)不同的用途，有著這些不同的叫法，從理論上說，只有ESD，“未必〞會(huì)是個(gè)完整的SIS控制系統(tǒng)。ESD僅僅是SIS中的一環(huán)，而且是在實(shí)體硬件中，是最重要的一環(huán)。DCS與PLC之間的區(qū)別1、從開展的方面來說：DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)開展而來。因此，DCS從先天性來說較為側(cè)重儀表的控制，比方我們使用的YOKOGAWACS3000DCS系統(tǒng)甚至沒有PID數(shù)量的限制〔PID,比例微分積分算法，是調(diào)節(jié)閥、變頻器閉環(huán)控制的標(biāo)準(zhǔn)算法，通常PID的數(shù)量決定了可以使用的調(diào)節(jié)閥數(shù)量〕。PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路開展而來，最初的PLC甚至沒有模擬量的處理能力，因此，PLC從開場就強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能力。2、從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性的方面來說：市場上控制類產(chǎn)品繁多，無論DCS還是PLC，均有很多廠商在生產(chǎn)和銷售。對(duì)于PLC系統(tǒng)來說，一般沒有或很少有擴(kuò)展的需求，因?yàn)镻LC系統(tǒng)一般針對(duì)于設(shè)備來使用。一般來講，PLC也很少有兼容性的要求，比方兩個(gè)或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對(duì)PLC來講也是很困難的事。而且PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，比方西門子的MPI總線性網(wǎng)絡(luò)，甚至增加一臺(tái)操作員站都不容易或本錢很高。DCS在開展的過程中也是各廠家自成體系，但大局部的DCS系統(tǒng)，比方橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說系統(tǒng)部〔過程級(jí)〕的通訊協(xié)議不盡一樣，但操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò)，采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。在這種網(wǎng)絡(luò)中，控制器、計(jì)算機(jī)均作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在，只要網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的地方，就可以隨意增減節(jié)點(diǎn)數(shù)量和布置節(jié)點(diǎn)位置。另外，基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實(shí)現(xiàn)資源共享。3、從數(shù)據(jù)庫來說：DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。換句話說，在DCS系統(tǒng)中一旦一個(gè)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫中，就可在任何情況下引用，比方在組態(tài)軟件中，在監(jiān)控軟件中，在趨勢圖中，在報(bào)表中……而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫通常都不是統(tǒng)一的，組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫。為什么常說西門子的S7400要到了414以上才稱為DCS？因?yàn)槲鏖T子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，而PCS7要求控制器起碼到S7414-3以上的型號(hào)。4、從時(shí)間調(diào)度上來說：PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開場執(zhí)行?！铂F(xiàn)在一些新型PLC有所改良，不過對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制〕而DCS可以設(shè)定任務(wù)周期。比方，快速任務(wù)等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時(shí)間很短，我們可以用200ms的任務(wù)周期采樣，而溫度傳感器的滯后時(shí)間很大，我們可以用2s的任務(wù)周期采樣。這樣，DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。5、從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造發(fā)面來說：一般來講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，一層為過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)，大局部DCS使用自己的總線協(xié)議，比方橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的CANbus等，這些協(xié)議均建立在標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的根底上?，F(xiàn)場IO模塊，特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)〔機(jī)器代碼，213/掃描周期〕十分龐大，同時(shí)現(xiàn)場干擾因素較多，因此應(yīng)該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)?；赗S485串口異步通訊方式的總線構(gòu)造，符合現(xiàn)場通訊的要求。IO的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)CPU轉(zhuǎn)換后變?yōu)檎螖?shù)據(jù)或?qū)嵭螖?shù)據(jù)，在操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)〔第二層網(wǎng)絡(luò)〕上傳輸。因此操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)因操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般布置在控制室，對(duì)抗干擾的要求相對(duì)較低。因此采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是最正確選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。PLC系統(tǒng)的工作任務(wù)相對(duì)簡單，因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會(huì)太大，所以常見的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)和操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起，要不過程級(jí)網(wǎng)絡(luò)簡化成模件之間的部連接。PLC不會(huì)或很少使用以太網(wǎng)。6、從應(yīng)用對(duì)象的規(guī)模上來說：PLC一般應(yīng)用在小型自控場所，比方設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應(yīng)用一般都是DCS。當(dāng)然，這個(gè)概念不太準(zhǔn)確，但很直觀，習(xí)慣上我們把大于600點(diǎn)的系統(tǒng)稱為DCS，小于這個(gè)規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCS、橫向產(chǎn)品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱為PLC。說了這么多PLC與DCS的區(qū)別，但我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，PLC與DCS開展到今天，事實(shí)上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開，很多時(shí)候之間的概念已經(jīng)模糊了?，F(xiàn)在，我們來討論一下彼此的一樣〔似〕之處。1、從功能來說：PLC已經(jīng)具備了模擬量的控制功能，有的PLC系統(tǒng)模擬量處理能力甚至還相當(dāng)強(qiáng)大，比方橫河FA-MA3、西門子的S7400、ABB的ControlLogi*和施耐德的Quantum系統(tǒng)。而DCS也具備相當(dāng)強(qiáng)勁的邏輯處理能力，比方我們?cè)贑S3000上實(shí)現(xiàn)了一切我們可能使用的工藝聯(lián)鎖和設(shè)備的聯(lián)動(dòng)啟停。2、從系統(tǒng)構(gòu)造來說:PLC與DCS的根本構(gòu)造是一樣的。PLC開展到今天，已經(jīng)全面移植到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制上了，傳統(tǒng)的編程器早就被淘汰。小型應(yīng)用的PLC一般使用觸摸屏，大規(guī)模應(yīng)用的PLC全面使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。和DCS一樣，控制器與IO站使用現(xiàn)場總線〔一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協(xié)議的總線方式〕，控制器與計(jì)算機(jī)之間如果沒有擴(kuò)展的要求，也就是說只使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的情況下，也會(huì)使用這個(gè)總線通訊。但如果有不止一臺(tái)的計(jì)算機(jī)使用，系統(tǒng)構(gòu)造就會(huì)和DCS一樣，上位機(jī)平臺(tái)使用以太網(wǎng)構(gòu)造。這是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。3、PLC和DCS的開展方向:小型化的PLC將向更專業(yè)化的使用角度開展，比方功能更加有針對(duì)性、對(duì)應(yīng)用的環(huán)境更有針對(duì)性等等。大型的PLC與DCS的界限逐步淡化，直至完全