[转帖]PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异--及PLC相关知识

cdwxg · 发表于 2006-6-7 23:37

马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转社区。

您需要登录才可以下载或查看，没有账号？我要加入

x

1.前言 　　上世纪九十年代走向实用化的现场总线控制系统，正以迅猛的势头快速发展，是目前 世界上最新型的控制系统。现场总线控制系统是目前自动化技术中的一个热点，正受到国 内外自动化设备制造商与用户越来越强烈的关注。现场总线控制系统的出现，将给自动化 领域带来又一次革命，其深度和广度将超过历史的任何一次，从而开创自动化的新纪元。 　　在有些行业，FCS是由PLC发展而来的；而在另一些行业，FCS又是由DCS发展而来的， 所以FCS与PLC及DCS之间有着千丝万缕的联系，又存在着本质的差异。本文试就PLC、DCS、 FCS三大控制系统的特点和差异作一分析，指出它们之间的渊源及发展方向。 2．PLC、DCS、FCS三大控制系统的基本特点 　　目前，在连续型流程生产自动控制（PA）或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制 系统，即PLC、DCS和FCS。它们各自的基本特点如下： 2．1 PLC （1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。 （2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。 （3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。 （4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之 处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。 （5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。 （6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。 （7）PLC网络如Siemens公司的SINEC—L1、SINEC—H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GEN ET、三菱公司的MELSEC—NET、MELSEC—NET/MINI。 （8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。 （9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、S iemens（德）等。 2．2 DCS或TDCS （1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Contro l、CRT）技术于一身的监控技术。 （2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。 （3）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。 （4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。 （5）模拟信号，A/D—D/A、带微处理器的混合。 （6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。 （7）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。 （8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。 （9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。 （10）制造商：Bailey（美）、Westinghous（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（ 美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB（瑞士）、Hartmann & Braun（德）、Yokog awa（日）、Honewell（美国）、Taylor（美）等。 2．3 FCS （1）基本任务是：本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。 （2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。 （3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心，取代每台仪器两根线。 （4）在总线上PID与仪器、仪表、控制装置都是平等的。 （5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。 （6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。 （7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。 （8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总线的上一级计算机。 （9）局域网，再可与internet相通。 （10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。 （11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher— Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag— B ailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GEC—Alsthom 、Schneider 、 proces—Data、 ABB等。 （12）3类FCS的典型 1）连续的工艺过程自动控制如石油化工，其中“本安防爆”技术是绝对重要的，典型产品 是FF、World FIP、Profibus—PA； 2）分立的工艺动作自动控制如汽车制造机器人、汽车，典型产品是Profibus—DP、CANbu s； 3）多点控制如楼宇自动化，典型产品是LON Work、Profibus—FMS。 　　从上述基本要点的描述中，我们是否注意到一点，用于过程控制的三大系统，没有一 个是针对电站而开发的，或者说，在他们开发的初期，都并非以电站做系统的首选控制对 象。而在这些系统的使用说明中也绝不把电站做为首选适用范围，有的在适用范围中根本 就不提电站。现在奇怪的是，这三大控制系统，尤其是DCS、PLC，都在电站得到了广泛应 用，而且效果也非常好。 3．三大控制系统之间的差异 　　我们已经知道，FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出 了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已 有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大 型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。下一节就仅以DCS与FCS进行比较。在前 面的章节中，实际上已涉及到DCS与FCS的差异，下面将就体系结构、投资、设计、使用等 方面进行叙述。 3．1 差异要点 ·DCS 　　DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务 是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性 和安全性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。 　　通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。 （1）系统能处理多少I/O信息。 （2）系统能处理多少与控制有关的控制回路的信息。 （3）能适应多少用户和装置（CRT、控制站等）。 （4）传输数据的完整性是怎样彻底检查的。 （5）数据公路的最大允许长度是多少。 （6）数据公路能支持多少支路。 （7）数据公路是否能支持由其它制造厂生产的硬件（可编程序控制器、计算机、数据记录 装置等）。 　　为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。 　　为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组 规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。 　　目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟 信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。 ·FCS FCS的关键要点有三点 （1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准 前面的章节已经叙述，一种类型的总线，只要其总线协议一经确定，相关的关键技术与有 关的设备也就被确定。就其总线协议的基本原理而言，各类总线都是一样的，都以解决双 向串行数字化通讯传输为基本依据。但由于各种原因，各类总线的总线协议存在很大的差 异。 为了使现场总线满足可互操作性要求，使其成为真正的开放系统，在IEC国际标准，现场总 线通讯协议模型的用户层中，就明确规定用户层具有装置描述功能。为了实现互操作，每 个现场总线装置都用装置描述DD来描述。DD能够认为是装置的一个驱动器，它包括所有必 要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于DD包括描述装置通信所需的所有信息，并且与 主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。 　　实际情况是否如上述一致，回答是否定的。目前通过的现场总线国际标准含8种类型， 而原IEO国际标准只是8种类型之一，与其它7种类型总线的地位是平等的。其它7种总线， 不论其市场占有率有多少，每个总线协议都有一套软件、硬件的支撑。它们能够形成系统 ，形成产品，而原IEC现场总线国际标准，是一个既无软件支撑也无硬件支撑的空架子。所 以，要实现这些总线的相互兼容和互操作，就目前状态而言，几乎是不可能的。 　　通过上述，我们是否可以得出这样一种映象：开放的现场总线控制系统的互操作性， 就一个特定类型的现场总线而言，只要遵循该类型现场总线的总线协议，对其产品是开放 的，并具有互操作性。换句话说，不论什么厂家的产品，也不一家是该现场总线公司的产 品，只要遵循该总线的总线协议，产品之间是开放的，并具有互操作性，就可以组成总线 网络。 (2)FCS系统的基础是数字智能现场装置 数字智能现场装置是FCS系统的硬件支撑，是基础，道理很简单，FCS系统执行的是自动控 制装置与现场装置之间的双向数字通信现场总线信号制。如果现场装置不遵循统一的总线 协议，即相关的通讯规约，不具备数字通信功能，那么所谓双向数字通信只是一句空话， 也不能称之为现场总线控制系统。再一点，现场总线的一大特点就是要增加现场一级控制 功能。如果现场装置不是多功能智能化的产品，那么现场总线控制系统的特点也就不存在 了，所谓简化系统、方便设计、利于维护等优越性也是虚的。 (3) FCS系统的本质是信息处理现场化 对于一个控制系统，无论是采用DCS还是采用现场总线，系统需要处理的信息量至少是一样 多的。实际上，采用现场总线后，可以从现场得到更多的信息。现场总线系统的信息量没 有减少，甚至增加了，而传输信息的线缆却大大减少了。这就要求一方面要大大提高线缆 传输信息的能力，另一方面要让大量信息在现场就地完成处理，减少现场与控制机房之间 的信息往返。可以说现场总线的本质就是信息处理的现场化。 减少信息往返是网络设计和系统组态的一条重要原则。减少信息往返常常可带来改善系统 响应时间的好处。因此，网络设计时应优先将相互间信息交换量大的节点，放在同一条支 路里。 减少信息往返与减少系统的线缆有时会相互矛盾。这时仍应以节省投资为原则来做选择。 如果所选择系统的响应时间允许的话，应选节省线缆的方案。如所选系统的响应时间比较 紧张，稍微减少一点信息的传输就够用了，那就应选减少信息传输的方案。 现在一些带现场总线的现场仪表本身装了许多功能块，虽然不同产品同种功能块在性能上 会稍有差别，但一个网络支路上有许多功能雷同功能块的情况是客观存在的。选用哪一个 现场仪表上的功能块，是系统组态要解决的问题。 考虑这个问题的原则是：尽量减少总线上的信息往返。一般可以选择与该功能有关的信息 输出最多的那台仪表上的功能块。

[此贴子已经被作者于2006-6-7 23:40:03编辑过]

cdwxg · 发表于 2006-6-7 23:37

3．2 典型系统比较 　　通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信 ，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简 化，并且维护十分简便。典型的现场总线系统框图示于图1。从图1中可以看出，传统的过 程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号， 图2所示现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线 盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。 图1：传统的过程控制系统 　　通过采用现场总线控制系统，到底能节省多少电缆，编者尚未做此计算。但是，我们 不可以采用DCS系统的电厂中与自动控制系统有关的所用电缆公里数看出，电缆在基建投资 中所占份额。 某电厂，2×300MW燃煤机组。热力系统为单元制。每台机组设置一座集中控制楼，采用机 、炉、电单元集中控制方式。单元控制室的标高为12.6米，与运行层标高一致。DCS采用W DPF—Ⅱ，每台机组设计的I/O点为4500点。 图2：现场总线控制系统 电缆敷设采用EC软件，8个人用1.5个月时间完成电缆敷设的设计任务。 主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆根数为4038根。 主厂房内每台300MW机组自动化专业的电缆长度为350公里。 以上电缆的根数及长度均不包括全厂火灾报警的厂供电缆和全厂各辅助生产车间的电缆。 　　电缆桥架的立柱、桥架及小槽盒全部选用钢制镀锌，每台机组约95吨。 其它电缆桥架包括直通、弯通、三通、四通、盖板、终端封头、调宽片、直接片等选用铝 合金材质，每台300MW机组约为55吨。附件随桥架提供（如螺栓、螺母）。 　　某电厂，4×MW燃油燃气电站。热力系统为单元制。DCS采用TELEPERM-XP。每台机组设 计I/O点数为5804点。 电缆敷设采用EC软件，12个人用2.5个月时间完成电缆敷设的设计任务。 主厂房内每台325MW机组自动化专业的电缆根数为4413根。 主厂房内每台235MW机组自动化专业的电缆长度为360公里。 每台机组全部选用钢制镀锌电缆桥架，其重量约为200吨。 电站的电缆可以分为六大类：高压电力电缆、低压电力电缆、控制电缆、热控电缆、弱电 电缆（主要指计算机用电缆）、其它电缆。若两台300MW机组同时做电缆敷设，自动化专业 电缆的数量大约有8500根左右。其中热控电缆和弱电电缆将大于5000根，即约占60%左右（ 以根数计量）。 3.3 设计、投资及使用 上述的比较是偏重于纯技术性的比较，以下比较拟加入经济因素。 比较的前题是DCS系统与典型的、理想的FCS系统进行比较。为什么要做如此的假设。做为 DCS系统发展到今天，开发初期提出的技术要求却已满足并得到了完善，目前的状况是进一 步提高，因此也就不存在典型、理想的说法。而作为FCS系统，90年代刚进入实用化，作为 开发初期的技术要求：兼容开放，双向数字通信、数字智能现场装置、高速总线等，目前 还不理想有待完善。这种状态与现场总线国际标准的制定不能说没有关系。过去的十多年 ，各总线组织都忙于制定标准，开发产品，占领更多的市场，目的就是要挤身于国际标准 ，合法的占领更大的市场。现在有关国际标准的争战已告一段落，各大公司组织都已意识 到，要真正占领市场，就得完善系统及相关产品。我们可以做这样的预测，不久的将来， 完善的现场总线系统及相关产品必须成为世界现场总线技术的主流。 具体比较： （1）DCS系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是 系统的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底 ，信息处理现场化，数字智能现场装置的广泛采用，使得控制器功能与重要性相对减弱。 因此，FCS系统投资起点低，可以边用、边扩、边投运。 （2）DCS系统是封闭式系统，各公司产品基本不兼容。而FCS系统是开放式系统，用户可以 选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线，达到最佳的系统集成。 （3）DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的，必须有D/A与A/D转换。而FCS系统是 全数字化，就免去了D/A与A/D变换，高集成化高性能，使精度可以从±0.5%提高到±0.1% 。 （4）FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中，缩短了控制周期，目前可以 从DCS的每秒2~5次，提高到FCS的每秒10~20次，从而改善调节性能。 （5）DCS它可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是，由于自身 的致命弱点，其I/O信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在DCS工程师站上对现场仪 表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。FCS采用全数字化技术，数字智能 现场装置发送多变量信息，而不仅仅是单变量信息，并且还具备检测信息差错的功能。FC S采用的是双向数字通信现场总线信号制。因此，它可以对现场装置（含变送器、执行机构 等）进行远方诊断、维护和组态。FCS的这点优越性是DCS无法比拟的。 （6）FCS由于信息处理现场化，与DCS相比可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端 、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积。有专家 认为可以省去60%。 （7）与（6）同样理由，FCS可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等，同时也节省了设计 、安装和维护费用。有专家认为可以节省66%。 对于（6）、（7）两点应补充说明的是，采用FCS系统，节省投资的效果是不用怀疑的，但 是否如有的专家所说达60~66%。这些数字在多篇文章中出现，编者认为这是相互转摘的结 果，目前还未找到这些数字的原始出处，因此，读者在引用这些数字时要慎重。 　（8）FCS相对于DCS组态简单，由于结构、性能标准化，便于安装、运行、维护。 　（9）用于过程控制的FCS设计开发要点。这一点并不作为与DCS的比较，只是说明用于过 程控制或者说用于模拟连续过程类的FCS在设计开发中应重点考虑的问题。 1）要求总线本安防爆功能，而且是头等重要的。 2）基本监控如流量、料位、温度、压力等的变化是缓慢的，而且还有滞后效应，因此，节 点监控并不需要快电子学的响应时间，但要求有复杂的模拟量处理能力。这一物理特征决 定了系统基本上多采用主一从之间的集中轮询制，这在技术上是合理的，在经济上是有利 的。 3）流量、料位、温度、压力等参数的测量，其物理原理是古典的，但传感器、变送器及控 制器应向数字智能化发展。 4）作为针对连续过程类及其仪器仪表而开发的FCS，应侧重于低速总线H1的设计完善。 4．PLC与DCS的前景 我们已经知道有的FCS是由PLC发展而来，而有的FCS是由DCS发展而来，那么，今天FCS已走 向实用化，PLC与DCS前景又将如何。 PLC于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序 控制功能，建立柔性程序控制系统。1976年正式命名，并给予定义：PLC是一种数字控制专 用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与 演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。经过30多 年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位 似乎已被确定并无多少争论。参见图3：IEC推荐的现场总线控制系统体系结构。PLC作为一 个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外，火力发电厂辅助车间 ，例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等，在这些车间的工艺过 程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为，辅助车间的控制系统 应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。 图3：IEC推荐的现场总线控制系统体系结构 　　自1973年提出第一台以微处理器为基础的控制器以来，它逐步完善，并最终形成功能 齐全、安全可靠的数字式分散控制系统DCS。它的性能大大优于以住任何一种控制系统。可 以满足火电厂DAS、MCS、SCS和APS各系统的各种要求，目前还可以通过工业以太网建立管 理层网络，以满足火电厂呼声越来越高的加强管理的要求。可以这样说，DCS系统的监控可 以复盖大型火电机组的工艺全过程。 但是，自从有了FCS，并于90年代走向实用化以来，不断有如下论点在公开刊物上发表，即 ：“从现在起，新的现场总线控制系统FCS将逐步取代传统的DCS”；“当调节功能下放到 现场去以后，传统的DCS就没有存在的必要而会自动消失”；“今后十年，传统的4~20mA模 拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代，模拟与数字的分散型控制系统DC S将更新换代为全数字现场总线控制系统FCS”……。这些论点归纳为一句话：FCS将取代D CS，DCS从此将消亡。 上述论点皆出自于权威专家之口，确实不无道理。数字通讯是一种趋势，它代表了技术进 步，是任何人阻挡不了的。双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力 ，加速现场装置与控制仪表的变革，开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。这 些都是DCS系统所不具备的，而由此产生的优越性以及给火电厂的设计、配置、组态、运行 、维护、管理等方面带来的效益也是DCS系统所不及的。再则，FCS是由DCS以及PLC发展而 来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也 包括教训。由此而得出结论，“FCS将取代DCS”，似乎也是顺理成章之事。 同时我们也应看到，DCS系统发展也近30年，在火电厂的应用如此广泛。它的设计思想、组 态配置、功能匹配等已达十分完善的程度（当然，DCS也存在进一步发展的需求，例如高级 软件开发，以满足信息集成的要求），已渗透到火电厂控制系统的各个领域，并且在FCS系 统中也有些体现。从这个角度来看，DCS系统似乎不能说从此消亡。再则，从前面的章节叙 述中已经谈到，对那些FCS系统不能充分发挥其特点及优越性的领域，DCS系统仍有用武之 地。 我们似乎没有必要在文字上做过多的争论，一定要强调谁取代谁。正如目前的DCS与新型的 PLC，由于多年的开发研究，在各自保留自身原有的特点外，又相互补充，形成新的系统， 现在的DCS已不是当初的DCS，同样如此，新型的PLC也不是开发初期的PLC。我们能够说是 DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS，显然都是不合适的。 5．结论 　　从上述分析论述中，我们可以得出以下简单的结论：现场总线控制系统FCS的出现，数 字式分散控制DCS并不会消亡，而只是将过去处于控制系统中心地位的DCS移到现场总线的 一个站点上去。也可以这样说，DCS处于控制系统中心地位的局面从此将被打破。今后火电 厂的控制系统将会是：FCS处于控制系统中心地位，兼有DCS系统哲学的一种新型控制系统 。 参考文献： [1] 周明：现场总线控制系统，中国电力出版社，2002年3月。 [2] 陈洪华：火电厂300MW机组电缆敷设设计探讨，火电厂自动化，2000年1月。

cdwxg · 发表于 2006-6-7 23:38

可编程控制器程序设计语言: 在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表 图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本 程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能， 例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集 ，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言， 它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其 他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连 接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散 控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特 点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。 根据可编程器应用范围，程序设计语言可以组合使用，常用的程序设计语言是： 梯形图程序设计语言 布尔助记符程序设计语言（语句表） 功能表图程序设计语言 功能模块图程序设计语言 结构化语句描述程序设计语言 梯形图与结构化语句描述程序设计语言 布尔助记符与功能表图程序设计语言 布尔助记符与结构化语句描述程序设计语言 １、梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言 梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯 形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述 事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示 在左面，事件发生的结果表示在后面。 梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的 描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这 种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。 梯形图程序设计语言的特点是： （１）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； （２）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习； （３）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不 是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继 电器逻辑控制技术的有关概念区别对待； （４）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。 　　２、布尔助记符（Boolean Mnemonic）程序设计语言 布尔助记符程序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记 符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。 布尔助记符程序设计语言具有下列特点： （１）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点； （２）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场 合进行编程设计； （３）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。 ３、功能表图（Sepuential Function Chart）程序设计语言 功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发 展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功 能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想的沟通，便于 程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点是： （１）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通； （２）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间 和调试时间； （３）常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合； （４）只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个 程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。 功能表图来源于佩特利（Petri）网，由于它具有图形表达方式，能较简单和清楚地描 述并发系统和复杂系统的所有现象，并能对系统中存有的象死锁、不安全等反常现象进行 分析和建模，在模型的基础上能直接编程，所以，得到了文泛的应用。近几年推出的可编 程控制器和小型集散控制系统中也已提供了采用功能表图描述语言进行编程的软件。关于 佩特利（Petri）网的一些基本概念，我在以后有机会时再介绍给各位，以有助于对功能表 图的进一步理解。 ４、功能模块图（Function Block）程序设计语言 功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块 有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它 端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的类型，在同一种类型中 ，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信 号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能 模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。 功能模块图程序设计语言的特点是： （１）以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易； （２）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程 和组态，有较好的易操作性； （３）对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地 表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少； （４）由于每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执 行时间，因此，这种设计语言在大中型可编程控制器和集散控制系统的编程和组态中才被 采用。 ５、结构化语句（Structured Text）描述程序设计语言 结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言 。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用 结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系 统的编程和组态。 结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各 种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与Ｂ ＡＳＩＣ语言、ＰＡＳＣＡＬ语言或Ｃ语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句 的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。 结构化程序设计语言具有下列特点： （１）采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算； （２）需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能 要求较高，普通电气人员无法完成。 （３）直观性和易操作性等性能较差； （４）常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。 部分可编程序控制器的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记 符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与可编程序控制器间的 接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。

cdwxg · 发表于 2006-6-7 23:39

1、前言 　　济钢第一烧结厂2×90m2烧结机1994年10月投产，电控系统使用4台美国Modicon 984系 列PLC，控制器型号984－785E，根据烧结工艺分区域控制生产设备和部分仪表，分别叫做 1PC、2PC、3PC和4PC。每台控制器有一个本地站（即主站）和若干远程I/O站（即RIO）， 本地站与RIO之间使用Modicon的S908，实现主从轮询方式LAN通讯，本地站作为S908的主节 点， RIO站使用J89x、P89x等通讯模块，通讯介质为同轴电缆，分双缆冗余总线、单缆总 线和分布式等几种结构。由于生产需要，2002年底的“济钢2×90m2烧结机工艺优化和自动 化改造工程”中，将其中2台PLC控制器升级为Schneider Quantum系列PLC，保留原有远程 I/O站不变。 　　控制器之间，及其与下位编程工控机、上位监控机之间使用Modbus Plus（简称MB+） 通讯。控制器用标准9针RS485串行端口，工控机用AS-SA85-000网络插卡，实现相互间数据 读写。网络用屏蔽双绞线构成总线形拓扑结构。控制器之间使用984梯形图指令集的MSTR指 令进行数据交换。 　　PLC组态软件用Modicon公司DOS环境下的Modsoft 2.1，进行电控系统梯形图编程。上 位监控软件用美国USDATA公司的Unicell，基于Windows 3.1操作系统，实现集中计算机画 面显示、控制与报警等功<能，由组态和运行两种硬件KEY进行软件和数据保护。 2、升级动机 　　“济钢2×90m2烧结机工艺优化和自动化改造工程”的实施，引进芬兰RAUTARUUKKI公 司的烧结过程监控系统（即SPSS），通过L1、L2的11个控制模型，对烧结生产的全过程进 行实时监控。SPSS系统要求与电控PLC系统进行大量数据交换，984系统完成这种数据交换 非常困难，必须对984 PLC进行改造。PLC系统整体改造，不仅投资大，施工周期长，改造 过程中还会碰到很多难以预知的情况，因此考虑只对PLC控制器进行升级的可能性，Modic on现已是Schneider的下属公司，经过与Schneider公司的技术交流及多方论证，得出984控 制器升级到Schneider Quantum控制器是完全可行的。 　　另外，984系列PLC设备陈旧，运行速度慢，生产商不再生产产品，备品备件——特别 是控制器价格昂贵且购置困难，对老系统运行已是一种阻碍。其DOS下的Modsoft组态、Wi ndows 3.1下的Unicell上位监控都远远落后于计算机技术的发展，给生产操作和控制带来 很大不便。 3、可行性研究 3.1、硬件 　　美国Modicon公司现是法国Schneider公司的一个下属公司，Quantum系列PLC是Schnei der公司的高性能PLC，对984系统，特别是其RIO具有兼容性，能直接与984的RIO进行通讯 。其140CPU53414A控制器具有下列性能： 5X86/133MHz、1M闪存/4M SRAM、57K寄存器、9 84梯形逻辑解算时间：0.09～0.45mS/K、每个站64字入/出。 标准通讯端口支持Modbus和Modbus Plus联网通讯，控制器背面的旋转开关用来设定1-64个 有效MB+地址，控制器内含一个基于通用984指令集的80多条指令。 　　提供984梯形逻辑图编程语言和IEC 61131-3的5种标准编程语言：梯形图、顺序功能图 、功能块图、结构化文本和指令表。 3.2、软件 　　Quantum系列PLC组态软件Concept 2.5是Schneider公司基于Windows的编程工具，具有 易用的接口、强大的搜索和在线帮助功能、满足大多数苛刻的算法和应用要求、支持984梯 形逻辑图，并包括一个Modsoft程序转换器，兼容984梯形图程序，用Concept 984在Conce pt IEC语言和传统的Modsoft编程技术之间架起桥梁，能很容易地由Modsoft过渡到Concep t，使用更有效的Concept工具。 　　上位监控软件仍用USDATA公司的产品，版本是更新的Monitor Pro V7.0（MP7）。 　　操作系统使用基于NT的Windows2000，采用C/S结构。服务器中用MP7自带的Microsoft 公司SQL Server7.0数据库。 3.3、通讯 　　Quantum支持984 RIO的S908通讯，有三种I/O结构：本地I/O、远程I/O、分布式I/O。 Quantum同样支持MB+通讯方式。Modbus Plus典型应用包括：控制连网与互锁、数据采集、 程序上装/下装、远程在线编程、与操作员接口连接和主机数据采集。 　　另外，Quantum TCP/IP Modbus Ethernet模块兼有Ethernet、TCP/IP和Modbus三种开 放的通用的网络标准。Ethernet网络系统包括：控制器之间执行对等通讯，可用标准PC服 务器进行简单且集中的程序归档，允许用户自由地在本地计算机市场中采购元器件，通过 LAN与控制器进行通讯，对Quantum控制器进行编程，在控制器和主系统之间集成通讯，通 过使用标准PC Web浏览器获取系统状态信息和诊断信息。 4、方案实施 　　利用工艺设备大修改造时间，将2PC、3PC两台PLC的控制器由984升级到Quantum，只对 本地站的设备作相应改造，而远程I/O站不作任何改动。采用Quantum的以太网模块，将PL C直接连到10M/100M以太网上。 　　改动如下本地站硬件： 　　1、Quantum系列140CPU53414A控制器，由984－785E升级 　　2、本地站机架（即背板）XBP，配合Quantum控制器 　　3、电源模块CPS，配合Quantum背板 　　4、通讯模块CRP，配合Quantum背板 　　5、I/O模块，配合Quantum背板 　　6、以太网模块140NOE77110，用于100M以太网通讯 　　984控制器与RIO的S908、控制器间的MB+通讯可继续在Quantum上使用，仅将本地站的 通讯模块S908换成CRP模块。其它如MB+、S908通讯附件等，不用更换即可使用到Quantum上 。 　　优化PLC系统，用UPS对CPU集中供电,重新敷设接地线。 　　使用可直接插入Quantum背板上的Quantum TCP/IP Modbus Ethernet通讯模板，将控制 器直接连到Ethernet网络，与连在Ethernet的工控机及上位机实现100M高速通讯。 　　组态软件由Modsoft升级到Concept 2.5，上位监控软件由Unicell升级到C/S结构的Mo nitor Pro 7.0，操作系统升级到Windows2000。 　　升级后，不但PLC控制器的性能得到大大提高，而且可以使用最新的组态软件和监控软 件，与过程控制系统更好地进行数据交互，使控制水平和操作方式提升到一个全新档次。 5、注意的问题 　　使用过PLC的人都知道，PLC运行中最常碰到、最令人头痛的问题是通讯和接地，通讯 或接地故障会造成整个PLC系统停止工作，且具有特征隐蔽性，发生不可预料性，表象不可 知性，判断困难性，排除复杂性等特点。 　　实际PLC升级中需注意以下问题： 5.1、通讯问题 　　PLC通讯问题一是控制器间通讯故障（MB+故障），一是远程站通讯故障（S908故障） 。MB+故障时，控制器之间通讯中断，不能实现数据有效传送，引起不同控制器控制的设备 联锁不起作用。S908故障更加隐蔽，查找排除更加困难，通讯网中只要由一个连接头接触 不良，就会引起整个网络通讯间断，造成设备全面故障停机。 　　升级过程中碰到了PLC内部的S908通讯故障，通讯过程瞬间中断，接着马上恢复正常。 由于设备之间存在工艺联锁，故表现为从第二台设备开始，后续设备全部停机，延时5秒钟 后又自动重新开机的现象。排查过程如下： 　　1、电气排查。检查电气设备（开关、接触器等）接点正常，电源电压正常，电气接地 正常，初步排除电气问题。 　　2、通讯检查。开机时各通讯接头不能断开，简单检查晃动每一个接头，没有发现问题 。 　　3、程序强制。专门设计制作一段小程序，让第二台设备接到停机命令后，保持1秒钟 后再停，这时发生了从第三台设备开始的自开自停现象。由此类推。 　　4、原因分析。此时已基本断定是S908通讯故障，其中的某一处接头接触不良，引起通 讯瞬间（μS级）中断，造成生产设备全线停机，第一台设备因接触器的机械反应速度慢而 没有表现出停机。 　　5、故障排除。要求生产停机，从本地站开始，用排除法检查S908的每一条通讯电缆的 每一个通讯接头，最终发现是同轴电缆连接头松动引起的。 5.2、Modsoft梯形图转换问题 　　Modsoft到Concept的梯形图转换，必须用Conccept的Modsoft Converter程序转换器， 按操作说明一步一步地将原有的984 Modsoft梯形图程序转换成Concept程序。 5.3、施工问题 　　施工主要难题在工期，为不影响生产，一般工期不会超过三天，这就要求本地站硬件 更换、软件转换及系统、控制设备的调试必须一次成功，不允许有失败。因此，施工前的 准备必须充分，对硬件施工网络详细计划，对软件事先做好实验室调试，确保无误。 　　6、结论 　　自2002年11月，济钢第一烧结厂2台PLC控制器由984升级到Quantum以来，系统运行一 直稳定可靠，没有出现任何因控制器升级引起的问题。实践证明，Modicon 984 PLC控制器 升级到Quantum是完全可行的，在不改变远程I/O的情况下，只升级控制器，对本地站作相 应改动即可。这种升级方式实施简单，投资少，工期短，效果好，值得推广和借鉴。 　　PLC控制器升级是建立在改造的基础上，难免存在一些不如人意的地方： 　　1、完整性不如系统整体升级。 　　2、梯形图不如功能块图直观简洁。

tonyhi · 发表于 2006-6-20 20:09

顶！！

账号		自动登录	找回密码
密码			我要加入

[系统实现] [转帖]PLC、DCS、FCS三大控制系统的特点和差异--及PLC相关知识

马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转社区。

PLC常用程序设计语言简介（转载）

PLC控制器升级技术研究