工業(yè)PLC控制系統(tǒng)現(xiàn)場總結(jié)

　　現(xiàn)場總線用于工業(yè)控制系統(tǒng)，因?yàn)楝F(xiàn)場總線導(dǎo)致控制方式的改變。如今，人們常常提到所謂的“現(xiàn)場總線系統(tǒng)”屬于現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS），而FCS已成為一種新一代的工業(yè)控制系統(tǒng)，它逐漸融合了SCADA、DCS和PLC技術(shù)。

　　一、工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展

　　工業(yè)控制技術(shù)的重要性不言而喻?？刂品绞綇拈_環(huán)控制到閉環(huán)控制，滿足了連續(xù)過程、離散過程等自動(dòng)化應(yīng)用不斷變化的技術(shù)要求。控制算法越來越復(fù)雜，這與計(jì)算機(jī)技術(shù)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(yè)革命最顯著的特點(diǎn)是自動(dòng)化生產(chǎn)方式。最顯著的技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在產(chǎn)品生產(chǎn)的設(shè)計(jì)、制造、工程、質(zhì)量控制等方面的廣泛應(yīng)用，也是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、計(jì)算機(jī)輔助制造CAM、CAE、CAQ等概念。

　　過程控制行業(yè)中的傳感器和執(zhí)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(hào)傳輸，最初是氣動(dòng)的。隨后，控制器+信號(hào)的控制方式促使CCS和SCADA的出現(xiàn)，并對(duì)信號(hào)線路的連接提出了要求。4-20mA模擬信號(hào)傳輸成為標(biāo)準(zhǔn)。工廠規(guī)模的擴(kuò)大是指生產(chǎn)區(qū)的擴(kuò)大和控制區(qū)的要求。生產(chǎn)環(huán)境越來越復(fù)雜，布線成本越來越高。需要數(shù)字通信來代替模擬信號(hào)。因此，新的數(shù)字傳輸技術(shù)是在4-20雙線的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這決定了現(xiàn)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(jì)算機(jī)技術(shù)向傳感器、執(zhí)行器和智能儀表的發(fā)展，它們之間的通信逐漸成為局域網(wǎng)的模型。進(jìn)一步完善工業(yè)過程自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)能力體系已成為過程自動(dòng)化發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。首先，集中控制轉(zhuǎn)化為分散控制，DDC逐步演變?yōu)镈CS。

　　在制造業(yè)，特別是在汽車制造業(yè)，由于引進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)，原有的繼電器控制方式被PLC控制方式所取代。制造業(yè)的循序漸進(jìn)的特點(diǎn)決定了每個(gè)過程或環(huán)節(jié)都是一個(gè)需要PLC控制的控制單元，從而形成一個(gè)自動(dòng)信息島，需要解決每個(gè)控制單元的直接通信問題。所以控制模式是分布式的。每個(gè)單元都連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。許多節(jié)點(diǎn)需要正確通信，而不相互沖突。這是局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)等都已經(jīng)開始使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，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(tǒng)架構(gòu)，使用統(tǒng)一的制造信息傳輸來實(shí)現(xiàn)。n協(xié)議滿足各鏈路數(shù)據(jù)通信的要求，這主要決定了場景?？偩€應(yīng)用層的內(nèi)容。

　　2、網(wǎng)絡(luò)控制金字塔結(jié)構(gòu)

　　CIM是指自動(dòng)生產(chǎn)、自動(dòng)運(yùn)輸物料，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到質(zhì)量控制等方面運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的發(fā)展，CIM在信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)集成了分散在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的各種獨(dú)立的自動(dòng)化子系統(tǒng)，形成了集成化、智能化的制造系統(tǒng)。

　　經(jīng)過多年的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，它包括四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的金字塔結(jié)構(gòu)：政府、政黨、軍隊(duì)和企業(yè)。對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說，為了實(shí)現(xiàn)企業(yè)管理、制造控制、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等子系統(tǒng)的集成，各子系統(tǒng)之間必須直接進(jìn)行通信。根據(jù)不同的通信需求，企業(yè)的通信結(jié)構(gòu)可以采用層次化的方法劃分為多個(gè)抽象層。這就是我們經(jīng)?？吹降墓I(yè)通信系統(tǒng)的金字塔結(jié)構(gòu)。

　　ERP是一個(gè)企業(yè)管理系統(tǒng)。它通過處理信息來集成業(yè)務(wù)功能，以優(yōu)化資源利用率。它在企業(yè)級(jí)運(yùn)行并集中業(yè)務(wù)活動(dòng)。MES的目標(biāo)是管理和監(jiān)控車間的實(shí)際生產(chǎn)過程。制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）是一個(gè)動(dòng)態(tài)的信息系統(tǒng)，以確保制造的有效執(zhí)行。它將ERP系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)過程的工業(yè)控制系統(tǒng)（ICS）連接起來。ICS通過傳感器獲取過程信息，并通過執(zhí)行器控制過程。常用的工業(yè)控制系統(tǒng)有SCADA、DCS和PLC。

　　所有車間級(jí)控制單元都連接到工廠主干網(wǎng)，而底部的機(jī)器控制網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一張小地圖。

　　三、工業(yè)控制系統(tǒng)分類

　　工業(yè)控制根據(jù)兩大工業(yè)應(yīng)用具有不同的特點(diǎn)：能量控制和過程控制。

　　電力系統(tǒng)、天然氣和水管道等領(lǐng)域的控制需要不斷地采集遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)。監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）的使用頻率較高，系統(tǒng)一般為開環(huán)控制方式；過程控制多采用分布式控制系統(tǒng)（DCS），以滿足大型工業(yè)連續(xù)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(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）是一種控制系統(tǒng)架構(gòu)，采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信和圖形用戶界面進(jìn)行先進(jìn)的過程監(jiān)控和管理。SCADA系統(tǒng)用于大型地理工業(yè)區(qū)，如管道、電網(wǎng)、鐵路系統(tǒng)，從單個(gè)控制中心收集數(shù)據(jù)，以監(jiān)控過程并將數(shù)據(jù)提供給最終用戶。它由HMI、MTU、RTU和遠(yuǎn)程通信介質(zhì)組成，也可由PLC代替，以達(dá)到最佳的功能和更好的成本效益。

　　監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集軟件僅存在于監(jiān)控層，因?yàn)榭刂苿?dòng)作由RTU或PLC自動(dòng)執(zhí)行，現(xiàn)場總線位于現(xiàn)場。圖中所示的汽車總線系統(tǒng)是典型的傳統(tǒng)SCADA。儀表板顯示為上位機(jī)，各終端通過CAN總線連接。ABS、定速巡航、自動(dòng)停車等終端是SCADA的RTU和下一級(jí)的控制系統(tǒng)。統(tǒng)一。

　　3.2DCS

　　分布式控制系統(tǒng)（DCS）是一種用于過程控制或制造領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中控制元件（控制器）分布在整個(gè)系統(tǒng)中。在分布式控制系統(tǒng)中，控制器級(jí)通過通信網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)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(zhí)行的控制操作。輸入模塊從過程（或現(xiàn)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(fā)送指令。輸入和輸出可以是4-20mA模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。DCS系統(tǒng)通常還支持FF、PROFIBUS、HART、Modbus、PC-Link等現(xiàn)場總線，它不僅傳輸輸入和輸出信號(hào)，還傳輸錯(cuò)誤診斷信息。

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

　　但在以時(shí)序邏輯為需求的工業(yè)中，應(yīng)用最廣泛的是PLC（可編程邏輯控制器），它是從繼電器和定時(shí)器發(fā)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(hào)通過電子顯示器連接到中央控制區(qū)域。PLC首先為汽車工業(yè)開發(fā)汽車生產(chǎn)線，其中順序邏輯變得非常復(fù)雜，然后是印刷機(jī)和水處理廠。

　　PLC可大可小，小如磚，處理器集成在外殼上，數(shù)十個(gè)點(diǎn)，多達(dá)數(shù)千個(gè)點(diǎn)，安裝在機(jī)架上，并與其它PLC和SCADA相連。它們可以設(shè)計(jì)成數(shù)字和模擬輸入和輸出（I\/O），具有多種布局、擴(kuò)展的溫度范圍、抗電噪聲、振動(dòng)和沖擊，控制程序通常存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。

　　PLC誕生于美國汽車工業(yè)。汽車制造控制系統(tǒng)采用邏輯順序和安全聯(lián)鎖。它主要由繼電器、凸輪定時(shí)器、轉(zhuǎn)鼓定序器和專用閉環(huán)控制器組成。由于這些設(shè)備可能有數(shù)百甚至數(shù)千臺(tái)，因此每年更新此類設(shè)備進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換的過程既耗時(shí)又昂貴，因?yàn)殡姽ば枰獑为?dú)重新連接繼電器以改變其工作特性。

　　4總結(jié)

　　事實(shí)上，一切都是以需求為導(dǎo)向的。為了解決工業(yè)控制日益增長的需求與落后的控制模式之間的矛盾，產(chǎn)生了不同的工業(yè)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線的發(fā)展可以更好地滿足不同控制方式對(duì)連接、拓?fù)?、通信距離和應(yīng)用的要求。監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）于20世紀(jì)60年代初引入，隨后出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)（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(jiān)控、DCS控制、PLC是一種裝置。

　　如今，由于技術(shù)的不斷發(fā)展，這些系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的差異越來越小。如何快速澄清工業(yè)控制系統(tǒng)中DCS、PLC、SCADA、FCS、PAC和RTU之間的區(qū)別？

　　RTU不具有控制功能，但只是SCADA的一部分，首先執(zhí)行。

　　未來作戰(zhàn)系統(tǒng)是一個(gè)使用現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)，而PAC是一個(gè)更強(qiáng)大的可編程邏輯控制器，可以說是一個(gè)升級(jí)版本。