西门子CPU代理商定位模块

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PLC与DCS、FCS控制系统的区别及联系

 1.三大系统的要点

  PLC、DCS、FCS是目前工业自动化领城所使用的三大控制系统,下面简单介绍一下各自的特点，然后再介绍一下它们之间的融合。

  (1) DCS集散控制系统(DCS,Distributed Control System)是集4C(Communication,Computer, Control,CRT)技术于一身的监控系统。它主要用于大规模的连续过程控制系统中，如石化、电力等,在20世纪70年代到90年代末占据主导地位。其核心是通信,即数据公路。它的基本要点是:

  ●从上到下的树状大系统,其中通信是关键;

  ●控制站连接计算机与现场仪表、控制装置等设备;

  ●整个系统为树状拓扑和并行连线的链路结构,从控制站到现场设备之间有大量的信号电缆;

  ●信号系统为模拟信号、数字信号的混合;

  ●设备信号到I/O板一对一物理连接,然后由控制站挂接到局域网LAN;

  ●可以做成很完善的冗余系统;

  ●DCS是控制(工程师站)、操作(操作员站)、现场仪表(现场测控站)的3级结构。

  (2) PLC初,PLC是为了取代传统的继电器控制系统而开发的,所以它适合在以开关量为主的系统中使用。由于计算机技术和通信技术的飞速发展,使得大型PLC的功能地增强,以至于它后来能完成DCS的功能。另外加上它在价格上的优势,所以在许多过程控制系统中PLC也得到了广泛的应用。大型PLC构成的过程控制系统的要点是:

  ●从上到下的结构,PLC既可以作为立的DCS,也可以作为DCS的子系统;

  ●可实现连续PID控制等各种功能;

  ●可用一台PLC为主站,多台同类型PLC为从站,构成PLC网络;也可用多台PLC为主站,多台同类型PLC为从站,构成PLC网络。

  (3) FCS现场总线技术以其的开放性、全数字化信号系统和的通信系统给工业自动化领域带来了“革命性”的冲击,其核心是总线协议,基础是数字化智能现场设备,本质是信息处理现场化。FCS的要点是:

  ●它可以在本质安全、危险区域、易变过程等过程控制系统中使用,也可以用于机械制造业、楼宇控制系统中,应用范围非常广泛;

  ●现场设备高度智能化,提供全数字信号;

  ●一条总线连接所有的设备;

  ●系统通信是互联的、双向的、开放的,系统是多变量、多节点、串行的数字系统;

  ●控制功能分散。

  2.目前PLC、DCS和FCS系统之间的融合

  每种控制系统都有它的特色和长处,在一定时期内，它们相互融合的程度可能会大大超过相互排斥的程度。这三大控制系统也是这样，比如PLC在FCS中仍是主要角色,许多PIC都配置上了总线模块和接口,使得PLC不仅是FCS主站的主要选择对象，也是从站的主要装置。DCS也不甘落后,现在的DCS把现场总线技术包容了进来,对过去的DCSI/O控制站进行了的改造,编程语言也采用标准化的PLC编程语言。四代的DCS既保持了其可靠性高、信息处理功能强的特点,也使得底层真正实现了分散控制。目前在中小型项目中使用的控制系统比较单一和明确,但在大型工程项目中,使用的多半是DCS、PLC和FCS的混合系统。

 PLC 控制系统的软件设计

在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

（1） PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

基本程序:既可以作为立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

（2） PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。

程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位（不是I/O位），也要统一编号，进行分配。

在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

（3） PLC控制系统编程技巧。PLC程序设计的原则是逻辑关系简单明了，易于编程输入，少占内存，减少扫描时间，这是PLC 编程遵循的原则。下面介绍几点技巧。
PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。

同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果是双线圈输出，可以采用置位和复位操作（以S7-300为例如SQ4.0或者 RQ4.0）。

如果要使PLC多个输出为固定值 1 （常闭），可以采用字传送指令完成，例如 Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。

对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。

模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC 程序的编制。

4 PLC控制系统程序的调试

PLC控制系统程序的调试一般包括I/O端子测试和系统调试两部分内容，良好的调试步骤有利于加速总装调试的过程。

4.1 I/O端子测试

用手动开关暂时代替现场输入信号，以手动方式逐一对PLC输入端子进行检查、验证，PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常;反之，应检查接线或者是I/O点坏。

我们可以编写一个小程序，在输出电源良好的情况下，检查所有PLC输出端子指示灯是否全亮。PLC输入端子的指示灯点亮，表示正常。反之，应检查接线或者是I/O点坏。

4.2 系统调试

系统调试应按控制要求将电源、外部电路与输入输出端子连接好，然后装载程序于PLC中，运行PLC进行调试。将PLC与现场设备连接。在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在整个硬件连接正确无误的情况下即可送电。

把PLC控制单元的工作方式设置为“RUN”开始运行。反复调试消除可能出现的各种问题。在调试过程中也可以根据实际需求对硬件作适当修改以配合软件的调试。应保持足够长的运行时间使问题充分暴露并加以纠正。调试中多数是控制程序问题。一般分以下几步进行:

（1） 对每一个现场信号和控制量做单测试;
（2） 检查硬件/修改程序;
（3） 对现场信号和控制量做综合测试;
（4） 带设备调试;
（5） 调试结束。

5 结束语

PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。