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由于工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)分散系統(tǒng)，因此過程控制的方式最好是分散進(jìn)行，而監(jiān)視、操作和最佳化管理應(yīng)以集中為好。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，控制管理的要求不斷提高，過程參數(shù)日益增多，控制回路越加復(fù)雜，在70年代中期產(chǎn)生了集散控制系統(tǒng)，他一經(jīng)出現(xiàn)就受到工業(yè)控制界的青睞。DCS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的系統(tǒng)。與常規(guī)的集中式控制系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)：
1、實(shí)現(xiàn)了分散控制。它使得系統(tǒng)控制危險(xiǎn)性分散、可靠性高、投資減小、維護(hù)方便。
2、實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使得管理與現(xiàn)場(chǎng)分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化，
3、采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這是DCS的關(guān)鍵技術(shù)，它使得控制與管理都具實(shí)時(shí)性，并解決系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)問題。
目前，由于PLC把專用的數(shù)據(jù)高速公路（HIGHWAY）改成通用的網(wǎng)絡(luò)，并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏使得PLC有條件和其它各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得PLC系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)，這樣，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。
可編程序控制器（PLC）及集散控制系統(tǒng)（DCS）是目前工業(yè)控制領(lǐng)域最廣泛使用的兩種控制技術(shù)，它們各自具有明顯的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)，如PLC在高速的順序控制中占主導(dǎo)地位，而DCS則在復(fù)雜的過程控制中占優(yōu)勢(shì)；PLC體積小，使用靈活，價(jià)格相對(duì)較低，但在通訊功能及管理能力方面不及DCS，DCS雖然通訊及管理能力較強(qiáng)，但體積大，價(jià)格相對(duì)較高.在這種情況下，用戶期望得到一種集PLC與DCS優(yōu)點(diǎn)于一體的控制系統(tǒng)，這種混合式控制系統(tǒng)（以下簡稱HCS）應(yīng)既能完美地實(shí)現(xiàn)邏輯及順序控制，又能很好地完成過程控制，同時(shí)還應(yīng)具有管理功能，且體積小，價(jià)格較低，可靠性高。一些自控設(shè)備生產(chǎn)廠商已有產(chǎn)品問世，Rockwell公司新近推出的Allen-Bradley（A-B）品牌ProcessLogix過程控制系統(tǒng)便是其中一例。
本文將介紹一種混合式控制系統(tǒng)，既吸取傳統(tǒng)DCS“管理集中，控制分散”的設(shè)計(jì)精髓，又保留傳統(tǒng)PLC所固有的靈活性及低價(jià)位等優(yōu)點(diǎn)，適用于離散控制、順序控制及連續(xù)控制場(chǎng)合，以最低成本來完成高技術(shù)的自動(dòng)化。
一、PLC與DCS比較
如果按從弱至強(qiáng)將PLC與DCS的性能劃分為1至10個(gè)等級(jí)，則可將它們的對(duì)比列于表1
表1PLC與DCS的比較
比較項(xiàng)目PLC控制DCS控制
高速順序控制106
復(fù)雜過程控制610
硬件可靠性98
聯(lián)網(wǎng)和通訊功能48
管理能力39
系統(tǒng)診斷和報(bào)警38
早期的PLC以數(shù)字量的順序控制為主。隨著PLC功能不斷擴(kuò)充，PLC增加了模擬量控制功能、PID調(diào)節(jié)功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能及分級(jí)控制功能等，在過去DCS占統(tǒng)治地位的化工、冶金等行業(yè)也可由PLC進(jìn)行控制。但PLC難以組成大型、復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)，如果過多的PC企圖通過網(wǎng)絡(luò)與過多的PLC通訊，則可能導(dǎo)致瓶頸現(xiàn)象及計(jì)時(shí)上的困難。
DCS是由模擬儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來，初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主，之后又加入了順序控制的功能。DCS的設(shè)計(jì)思想是操作管理集中，控制分散以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及管理能力。DCS的上述優(yōu)勢(shì)使它在控制系統(tǒng)的高端市場(chǎng)仍占主流。但DCS比PLC價(jià)位高，對(duì)一些資金有限的中小型企業(yè)有時(shí)難以承受。
本文探討的這種混合式控制系統(tǒng)整合了PLC與DCS的優(yōu)勢(shì)，對(duì)需要實(shí)現(xiàn)低成本自動(dòng)化（LCA）的場(chǎng)合尤為適用。
二、混合式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)主要以DCS的設(shè)計(jì)思想為基礎(chǔ)，綜合PLC與DCS的各自優(yōu)勢(shì)。它主要由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、操作員工作站、中央服務(wù)器、控制器及輸入/輸出（I/O）模塊等部分組成。
1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
對(duì)DCS而言，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)充性起著決定性的作用。對(duì)混合式控制系統(tǒng)也是如此。
如圖1所示，HCS是分級(jí)控制系統(tǒng)，共分兩級(jí)：操作管理級(jí)及過程控制級(jí)。操作管理級(jí)的各項(xiàng)設(shè)備——操作員工作站及中央服務(wù)器由N1網(wǎng)連接。N1網(wǎng)是一局域網(wǎng)（LAN），對(duì)它的要求是能以較高的速率傳輸大量數(shù)據(jù)，可選用Ethernet（以太網(wǎng)）或ARCNET。Ethernet采用載波偵聽/多路訪問協(xié)議，具有10Mbps及100Mbps的通訊速度，但它不具備實(shí)時(shí)性；ARCNET采用令牌傳輸協(xié)議，具有2.5Mbps的通訊速度，具有好的實(shí)時(shí)性。N1網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)可采用星形、總線形、混合形等。總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較成熟，施工相對(duì)簡單，節(jié)點(diǎn)的加入或退出也無需中止網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，是工業(yè)控制網(wǎng)常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。N1網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可使用雙絞線、同軸電纜或光纖。
N2網(wǎng)將過程控制級(jí)的控制器與控制器、控制器與遠(yuǎn)程I/O、遠(yuǎn)程I/O與遠(yuǎn)程I/O連接起來，并使之與中央
