计算机控制系统发展动向的思索

RevisedfinaldraftNovember26,2020计算机控制系统发展动向的思索前言　　20世纪后半叶，由于计算机、通信、控制、仪表、软件等技术的飞速发展，不仅产生了多种多样的自控产品，也丰富了人们进行自控 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的思路与 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。　　在工业生产过程中，1969年问世的PLC和1975年问世的DCS可能是两类影响最为深远的计算机控制系统。PLC的问世取代了继电器之类的器件，实现了开关量的联锁控制、程序控制；DCS的问世取代了显示仪、调节器之类的仪表，实现了模拟量的指示、记录和PID回路调节等功能。随着计算机、通信、网络技术的发展，PLC、DCS互相融合，互相渗透，取长补短。PLC吸取了DCS在回路控制功能、CRT显示功能、网络功能等方面的长处，DCS吸取了PLC在联锁控制功能、程序控制功能、梯形图及功能块图编程功能等方面的长处，两者之间的差别越来越小，分界线也越来越模糊了。另外，随着其他计算机控制系统的不断出现，控制系统的产品早已呈现出多元化的发展格局，而针对某一具体用户来说，DCS+PLC的控制方案不再受青睐，控制系统设备一体化的呼声越来越高。近年来，控制系统的发展还出现这样一些趋势：向国产DCS系统转移，向PLC转移，向现场总线控制系统FCS转移，而以PC为基础的控制系统(PC-BasedControlSystem,PCBCS)也呈现良好的发展态势。本文将针对以上的动向谈谈作者的想法。　　一控制系统类型的多元化　　20世纪70年代中期，DCS刚刚问世一两年就开始进入中国，作为一种全新的控制模式和方便实用的CRT显示手段，很快为中国用户所接受，而在国外出现更早的PLC却迟至80年代初才为中国技术人员所知晓。不久因单回路可编程序控制器的普及，又出现了PC+单回路可编程序控制器组合的计算机控制系统，由于此方案的数据采集、控制功能均由单回路可编程序控制器完成，集中管理在PC机上实现，系统组成灵活、规模可变、危险分散、费用不高，所以当时就有学者指出这是最符合中国国情的一种控制系统选型方案。在中国市场上影响最大的日本山武公司的KMM、SDC-40B，日本横河公司的SLPC、YS170，美国福克斯波罗公司的MICRO760、761、762，美国霍尼韦尔公司的UDC6000、6300及国产DTZB-2310A等均可以这种方式构成计算机控制系统。　　进入90年代，单回路可编程序控制器向多回路及可附加I/O方向发展，一台盘装仪表形式的可编程序控制器可以完成双回路、4回路、8回路甚至24个回路的PID控制，I/O点总数可达数十点乃至上百点，非常适合小型装置使用。　　一些生产大型DCS的厂商也开始推出中型化、小型化、微型化的DCS，例如美国霍尼韦尔公司就先后推出MICROTDC-3000、S9000、SCAN3000、UMC800等控制系统，系统经济规模从数千点可减少到数十点。北京和利时公司在推出HS2000系统之后，也曾推出过100点以下规模的mCS微型控制系统和稍大规模的FOCS系统。　　甚至连记录仪、数字显示仪类的产品也扩展了功能，厂家在为其配备通信接口后，也可以将它们作为数据采集器和后备仪表与PC构成简易型计算机控制系统(因某些记录仪、数字显示仪也带控制功能)。当系统工作正常时，可由PC机进行集中管理，一旦PC机出现故障，记录仪或数字显示仪可作为备用仪表显示工艺参数。某些公司生产的记录仪不仅自身可与PC机组成控制系统，还可以与该公司生产的可编程序控制器等设备共同组成控制系统，此时记录仪以其点数多(如6、12、24、32、64点)的优点弥补可编程序控制器I/O点数较少、单个I/O点采集成本高的缺陷，如泸州天然气化工厂240kt/y尿素 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 监控系统就是由日本山武公司SDC30/31/40B可编程序控制器、美国霍尼韦尔公司DPR系列多点记录仪及PC机组成。　　一些生产计算机的厂家不甘落后，近年来也推出一些I/O接口产品与其生产的计算机配套，其中比较有影响的是研华公司的ADAM模块、研发公司的DAC模块，这也是一类低成本的计算机控制系统。　　另外，还有近年来飞速发展的现场总线控制系统FCS，以及以PC为基础的控制系统PCBCS。　　摆在控制系统选型者和用户面前的方案令人眼花缭乱，甚至不知所措，这种多元化的市场格局虽然会使用户选型增加很多工作量，但较之一两个方案有充分的挑选余地。　　二控制设备的一体化　　按我国的体制，工程设计、施工安装、现场维护通常都是分成自控仪表、电气两个专业，模拟量控制选DCS、开关量控制选PLC几乎是80年代及90年代初期工业过程控制的通用模式。这种方案采用两套控制设备，构成两个控制中心，带来投资、操作、生产管理上的大量问题，即使稍后采用接口让DCS、PLC互相通信，上述问题并未得到根本解决。所以不少用户迫切希望工艺过程的所有控制 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 应该由一个控制系统来完成，至于工艺过程是属于连续过程、间断过程还是批量过程，是以模拟量为主还是以开关量为主，那只是控制系统选型应该考虑的问题，其关键是控制设备应一体化。　　冶金行业较早提出EIC(电气、仪表、计算机)一体化，建材行业也如此，电力行业更希望用一套控制设备完成以下多类控制功能：DAS(数据采集系统)、CCS(协调控制系统)、SCS(顺序控制系统)、FSSS(炉膛安全监控系统)、ECS(电气控制系统)、DEH(汽轮机数字电液控制系统)、MEH(给水泵数字电液控制系统)、ETS(汽机联锁系统)，这些都说明很多行业都在提倡控制设备一体化。　　控制系统的生产厂家早就看到了这一点，他们也不断地改进自己的产品，如霍尼韦尔公司的TDC-3000DCS，原来对大量的开关量控制采用IPC620-35PLC，它通过PLC接口接入系统，这属于DCS+PLC方式。后来该公司将IPC620-35与PLC接口LMM(逻辑管理器组件)组合成LM(逻辑管理器)，作为大量开关量的控制设备，而大量的模拟量控制则先后采用PM(过程管理器)、APM(高级过程管理器)、HPM(高性能过程管理器)来完成，这些设备通过UCN(通用控制网络)接入LCN(局部控制网络)，进入管理网络。这样的变化对用户来说感觉就不一样了，会认为它是一个一体化的、具有强大开关量控制功能的DCS，所以LM的销售量远高于IPC620-35。　　再如西门子公司，PLC是其强项，S5、S7系列PLC产品早已风靡全球。该公司在1996年推出的PCS7，号称是过程控制系统，但其硬件部分仍是原有PLC系统的部件，如自动化控制系统(即现场控制站)的中央处理器采用的是S7-414以上的CPU，其分布式I/O仍沿用S7PLC中使用的ET200远程I/O，只是控制软件选用了带更多模拟量控制功能的WinCC，所以其模拟量处理功能、控制功能及网络功能大大增强，也更容易满足工艺过程控制系统一体化的需求。　　制造厂家在扩展功能方面的努力，为用户实现工艺过程控制系统一体化创造了条件。中小型生产过程控制系统一体化较早得到顺利实施，大型生产过程控制系统一体化的进展也很快。以炼铁高炉为例，近年来国内大型高炉所采用自动化系统的实例有关资料中共列举了19套，在1994年以前投运的有8套，其中DCS+PLC占大多数，一体化的控制系统仅占25%；1994年及以后投运的有11套，一体化的控制系统则占73%。　　三向国产DCS转移　　国产DCS虽然诞生于20世纪80年代，但取得实质性进展则是在90年代中期，目前令中国仪器仪表行业引以为豪的浙江浙大中控公司、北京和利时公司、上海新华控制工程公司均从这一时期起步，目前都达到2~3亿元的年产值和每年数十至上百套系统的业绩。在与国外DCS厂家的竞争中，目前还不好说国产DCS全面占有优势，但至少在一部分行业、在中小型企业能打成平手甚至略占优势。国产DCS从中小型企业开始，从辅助工序开始，现已逐步进入大型、特大型企业，进入主体工序。以电力系统为例，国产DCS生产厂从中小机组开始，在50、100、125、200MW机组上积累了丰富的经验，目前已在300MW机组上采用了25套(每一套的I/O总点数约5000，是一个非常大的系统)DCS。新华公司总承包了安徽平圩电厂2×600MW机组、天津大唐盘山发电公司2×600MW机组的部分控制系统。核电站是公认的控制要求最为严格的行业，而和利时公司已先后有7套DCS应用于核电站。2001年7月，和利时公司为秦山核电站二期工程2×600MW压水堆电站提供的成套设备仪表及控制系统(物理量点数超过10000)已通过由信息产业部科技司组织的技术鉴定。　　由于三大国产DCS公司不凡的业绩，作者认为这些公司的产品已从成长期进入成熟期。几年来，我院在几个工程项目中选用了浙大中控公司、和利时公司的多套系统，这些系统在投运后均工作正常，尚未发现因硬件、软件原因造成系统不能正常使用的问题，用户对系统也比较满意。　　遗憾的是国内PLC行业非常萧条，一直未有能与国外PLC相抗衡的产品问世。北京和利时公司在其产品FOCS系统中除有FODCS外，还有一款FOPLC，意欲在PLC产品领域与国外产品竞争。和利时公司的FOCS系统采用的是一种新的产品开发思路，用德国VIPA公司的I/O模块OEM及FOCSSOFTHMI人机界面软件构成中小规模的PLC类产品。　　四向PLC控制系统转移　　早期的DCS、PLC各自为政，两者相安无事，而进入互相融合时期，其竞争非常激烈。PLC以其产品应用广泛、产量大、价格稍低的优势逐渐挤占了DCS原有的市场。如在90年代初期，美国德州仪器公司的PLC产品PM550、TI650不仅在冶金工厂需要开关量控制的工序中大量得到使用，而且也进入了化工行业，如新疆化肥厂、湖南资氮集团；日本欧姆龙公司的PLC在长山化肥厂、南化氮肥厂、三明化工厂、浩良河化肥厂也有成功应用。　　据介绍，在国内水泥行业控制系统20余年的应用中，DCS、PLC大体上各占半壁江山，其中80年代中后期及90年代初期以传统的DCS应用较多，而在此之后，是以PLC型DCS(即PLC+微机组成的DCS系统)的应用较多，世界着名的水泥公司设计或建设的大型水泥厂的控制系统也是以PLC型DCS为多。近年来，水泥工厂以及一些水厂、污水处理厂的招标 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 上往往注明DCS，但实际来投标的多是PLC厂商或系统集成商，中标的系统也往往是PLC型DCS。　　1993年，全球PLC+DCS的销售额是65.4亿美元，其中PLC占59.6%。2000年，全球PLC+DCS的销售额是117亿美元，比1993年增长了78.9%；其中PLC占65.0%，市场份额上升了5.4%，比1993年PLC的销售额增长了94.9%；DCS市场份额从40.4%减少到35.0%，销售额仅增长了55.3%。　　还有一个现象也说明PLC的影响越来越大，为PLC制定的国际标准IEC61131，不仅在PLC产品中全面得到推广，而且众多DCS产品也竞相采用，比如组态方式采用IEC61131-3中规定的5种语言：梯形图、顺序功能图、功能块图、指令表和结构化文本语言。　　五向现场总线控制系统转移　　现场总线具有以下特点：开放性、可互操作性与可互换性、全数字化、双向通信、智能化现场仪表，而以现场总线为基础的开放式、全数字化的控制系统称为现场总线控制系统。　　在国家经贸委行业规划司的“仪器仪表行业‘十五’规划”中，工业自动化仪表技术结构调整目标的第一项为“开发基于现场总线技术的智能化现场仪表新产品，并逐渐成为主流产品”，在关键技术中列出了“现场总线控制系统技术”，在重点支持建设科研和开发中心内容中第一项为“建立现场总线仪表及控制系统研究开发中心”，在重点科技攻关和产业化项目的建议中第一项也是“新型现场总线控制系统智能仪表”和“现场总线控制系统”，由此可见国家对现场总线及现场总线控制系统的重视。　　国内已有众多厂家推出现场总线仪表及现场总线控制系统，如冶金自动化院早在90年代中期就推出Smar公司的现场总线控制系统，国内DCS生产厂近年来也大力推出带现场总线的控制系统，如北京和利时公司的可连接Profibus现场总线的FOCS系统，浙大中控公司的WebFieldECS-100现场总线控制系统等。　　当现场总线控制系统的概念刚刚推出时，控制功能分散、现场仪表信息量增加、节省电缆、减少安装工作量等优点使用户非常容易接受，经过几年来的舆论宣传，现场总线控制系统可以说已经深入人心，人们追求新潮的心理再加上实实在在的好处，使控制系统从常规的DCS、PLC向现场总线控制系统转移是顺理成章的事了。以笔者所在的云南地区为例，采用现场总线的控制系统已有10多个，应用的现场总线类型有Profibus、FF、Interbus。就现场总线和现场总线控制系统的推广来说，中国的步伐是比较快的。据2001年6月在青岛召开的中国FF用户组织会议上FF专家介绍：FF已在世界上56个国家1800个系统中使用了4万多台设备，其中中国约有100个系统、4000多台设备(包括演示系统和设备)，这个应用规模在世界上排第4位。　　六PCBCS的发展前景　　近年来，有不少学者将PLC、DCS、PCBCS(或者再加上FCS)并称为当今工业生产过程三大(或四大)控制系统。甚至有人在两年以前的文章中就谈到“多数人认为在今后10年内PC控制将逐步取代传统的PLC或DCS”。　　市场要求自动化系统制造商提供开放的平台，但是只有PC机才能提供一个真正的、完全开放的平台，系统所有的功能集成于PC这个统一开放的平台上，可以减少安装空间、节省电缆，将复杂的通信连接简单化，还可通过Internet或Intranet得到重要的生产信息，实现生产过程优化。　　什么是PCBCS呢它是指将经过加固的PC机硬件与控制软件相结合，实施通常由专用PLC执行的控制功能，或者说将PLC的控制功能“封装在”软件内，运行在PC的环境中。　　PCBCS具有非常好的开放性，下层对I/O系统是开放的，可以支持多种I/O硬件，包括很多PLC的远程I/O及I/O分站，上层对多种管理及通信软件是开放的。　　PC控制的优点可以概括为：价格较低；对各种控制及业务应用、信息的存取均很简便；软件向新的硬件平台的可移植性优良；控制、人机界面及编程功能易于集成；易于将过程控制、逻辑控制、批量控制以及运动控制等合为一体；不依赖于各种专有的控制系统。　　德国学者埃贝哈德·格罗茨博士认为，基于PC的自动化控制解决方案的7种趋势是：在自动化控制技术中越来越多地使用PC；PC专用软件越来越多，人们可以在PC机上编程和操作，如同在可编程序控制器上一样；可以在PC机上完成实时控制任务的系统软件的应用越来越广泛；传统的PC编程通过使用新的编程技术，极大地推进了生产的进步，使得基于PC的自动化控制技术得到飞跃发展；基于PC的自动化标准越来越多；Internet技术在自动化控制技术中越来越重要；分布式系统将改变自动化控制方式。　　各大PLC制造厂商，如西门子、RockwellAutomation、GEFanuc、三菱电机，均推出自己品牌的PC控制和软逻辑系统产品，其特点是CPU及其软件改用PC控制，而I/O通过控制总线或通信接口，与原有的远程I/O系列或I/O模块衔接，这表明PLC的生产厂商已接受PC控制的技术路线。位于美国新泽西州普林斯顿的西门子能源和自动化集团ISBU中心开发的重点是基于PC的自动化，其推出的PCBCS控制器是SIMATICWinAC，它完全兼容SIMATICS7系列PLC，可以完成PLC的控制功能，其I/O接口使用通信模块连接Profibus-DP，实现SoftPLC控制或通过集成Profibus-DP+MPI/DP，实现插槽型PLC控制。　　世界上最早采用PLC的美国通用汽车公司从1994年起逐步采用PCBCS系统取代PLC，2000年初，通用汽车公司决定将美国本土的所有生产厂中约2500套控制系统全部用Entivity公司下属Think&Do软件公司的PCBCS取代。Think&Do软件支持多种国际知名大公司的I/O系统(如霍尼韦尔、施耐德、AB、GE等公司)和现场总线，国内Dell电脑厦门组装线、贵阳邮电机械厂研制的邮政分检机、天津香精香料公司也采用了Think&Do软件公司的PCBCS。　　深圳德维森公司1999年推出的TCS柔性控制系统也应属于PCBCS，其上层的操作层由以PC为基础的系统承担，完成与外界连接、网络化、优化、实施专家系统、操作界面、数据监测、文件记录、打印等工作，I/O采用FAMA模块，工控软件采用Intellution公司的FIX，将PCBCS、现场总线及网络技术融为一体，是一个以高起点亮相的控制系统，目前已在马鞍山钢铁公司、攀枝花钢铁公司、个旧化肥厂等企业使用。