自動化系統控制器技術從PLC到ERP的實現過程與趨勢展望

黃琳翔

廣西中投創新能源科技有限公司，廣西南寧 530028

自動化系統控制器技術從PLC到ERP的實現過程與趨勢展望

黃琳翔

廣西中投創新能源科技有限公司，廣西南寧 530028

PLC歷經幾代的變遷，與DCS、FCS競爭市場，到如今像PAC的演變，以及ERP的集成系統的提出，PLC經歷了40個年頭。在這40年里面，PLC越來越往高速度、大容量的方向發展，高端PLC也蠶食了小型DCS的部分市場；而近幾年出現的ERP集成管理概念又頻頻見諸報道。本文整理了有關PLC的發展歷程，以及PLC和DCS在技術上的比較，以及ERP集成系統的發展與應用的資料回顧分析PLC與DCS技術的發展過程以及到ERP技術實現與趨勢展望。

控制器；PLC；DCS；ERP；趨勢

作者簡歷：黃琳翔，助工、二級建造師

1 自動化從傳統的電器向PLC和DCS技術的發展

可編程序控制器的英文為ProgrammableController，簡稱PLC可編程控制器。1969年，美國DEC公司研制出世界上第一臺PLC（PDP-14），并在GM公司汽車生產線上應用成功。集散控制系統（DCS）自1975年設計至今，經歷70年代由各DCS廠家自行設計開發的通信網絡基本上都是輪詢方式的，到80年代通信網絡較多使用令牌方式，再到90年代出現的通用系統以及90年代末通信網絡部分遵循TCP/IP協議，有的采用以太網，DCS經過20多年的發展，已經廣泛應用于各工業領域并趨于成熟，成為目前的工業控制的主流。70年代中期以前，工業控制表現為就地控制，集中控制則出現在70年代中期到90年代初。工業控制表現為一直到目前為止還應用廣泛的集散控制系統（DCS），以太網的出現和飛速發展為工業控制網絡提供了新的選擇。PLC是從摸仿原繼電器控制原理發展起來的，70年代的PLC只有開關量邏輯控制。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求。將其存入PLC的用戶程序存儲器，運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。DCS為分散控制系統的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）簡稱。指的是危險分散、數據集中。70年代中期進入市場，完成模擬量控制，代替以PID運算為主的模擬控制儀表。首先提出DCS這樣一種思想的是儀表制造廠商，當時主要應用于化工行業。DCS是在運算放大器的基礎上得以發展的。把所有的函數、各過程變量之間的關系都設計成功能塊。

2 自動化系統控制器技術PLC與DCS相結合發展

自動化領域，DCS和PLC是兩個完全不同而又有著千絲萬縷聯系的概念。DCS和PLC都是計算機技術與工業控制技術相結合的產物。另一實質差別是DCS系統的程序一般采用可設置的多種固定程序掃描周期和多任務、多線程工作制度，而PLC多為由所運行的程序大小決定的不固定的隨機程序掃描周期(其變種PCC除外)和多任務、單線程工作制度，即使后來兩者相互有些滲透，但是仍然有區別。DCS是一個體系，PLC是一個裝置，這是兩者在概念上的根本區別。這個區別的影響是深刻，它滲透到了技術經濟的每一個方面。這個概念早已過時。首先要明確單臺傳統的DCS控制器與DCS系統，單臺PLC控制器與PLC系統不是同一概念。暫且把DCS系統看成是基于DCS控制器和網絡的基礎自動化系統。而PLC系統則是基于PLC控制器和網絡的基礎自動化系統，雖然它們都還可能向上擴展管理信息系統。其實DCS也是一種分布式控制系統的架構模式，它的控制器既可以采用傳統的DCS控制器。也可選用PLC等其它類型控制裝置。反過來看，PLC系統也可以具備分布式控制系統的架構模式。西門子、羅克韋爾AB、GE Fanuc、施奈德和貝加萊分別推出的其性能不差于普通DCS的一體化集成控制系統，都是由PLC及其變種PAC或PCC構成的，當然DCS也可由PLC(或PAC、PCC、IPC、PC—Based)、通訊網絡和相應專門軟件構成。在工業應用中，往往有不同廠家控制系統的數據共享，或因某即成系統不能滿足控制需要而加上額外系統等原因，而需要將兩種不同系統進行互聯，在這里面經常用到的就是PLC和DCS的互聯。如果DCS、PLC是同一個廠商開發的，PLC作為DCS網絡上一個結點，在設計時已經有通訊接口，他們兩個系統的總線用橋連接起來，用戶不用作工作。如HONEYWELL的TDC3000，可以把邏輯管理器（LM）和過程管理器（HPM）接到UCN上。連在LCN上的操作站能看到DCS、PLC的數據。從數據量和傳輸速度兩個指標都很理想，但邏輯管理器是HONEYWELL自己生產的，價格比較貴，而且是早期的產品，現在已經停產，一些技術指標與常用的PLC有區別。其它通用的PLC如AB的PLC只能連在LCN上，通過GATEWAY接口（PLCG）與PLC相連，這種辦法的缺點是GATEWAY的價格比較高。所有軟硬件都是同一廠家的，與其它廠商的設備連網有一定的困難，而且價格昂貴。現在有一個新的名詞：技術毒品，只要第一次購買某一廠商的產品，以后必須買它的產品，否則沒有辦法互連。現在傳統DCS沒有互連的通用平臺。傳統DCS和PLC互聯大部分都是把PLC作為一個部件，當成DCS的輸入、輸出。DCS廠商專門開發出一塊接口卡 和互連的軟件，在DCS的I/O總線上，PLC和其它DCS的I/O板的地位是一樣的。接口卡上的RS232串行口和PLC主機或PLC總線通訊。在DCS的控制器的功能塊上必須有能讀、寫PLC數據的功能塊，和總線通訊要軟件捆綁，經組態后能把數據送到DCS網絡上，然后送到操作站上。某化工廠原有一套HONEYWELLTPS系統，其中一些邏輯點的掃描速率要求是0.1S，過去由HONEYWELLDCS控制，但其最快掃描時間是0.25S，依靠DCS無法很好地滿足工藝要求，在今年的改造中決定用PLC代替DCS對這些數據的采集與控制，但數據要與DCS共享，并由DCS操作站來實現對PLC的監控。到目前為止，PLC、老一代DCS互連還沒有統一模式，各種DCS、PLC都要具體討論采用那一種辦法，最常用的是采用Modbus協議，RS232和RS485或Ethernet傳輸信息。

3 自動化系統控制器技術PLC、DCS、儀表相相合發展

現代工業的迅速發展，不斷促進著自動化控制技術及設備通信技術創新的發展。如今現場生產控制系統中，PLC、DCS、智能儀表等已廣泛應用并發展到設備相互協同、共同面向整個生產過程的集成工業控制系統。

DCS的發展從傳統的儀表盤監控系統而來。因此，DCS從一定程度來說還是較為側重儀表的控制，PLC從傳統的繼電器回路發展而來，因此，PLC從開始就強調的是邏輯運算能力。未來，小型化PLC的發展將更專注于功能化、應用環境的針對性特點的研發的趨勢發展，而大型的PLC與DCS的功能界線將逐步被淡化，未來將與各種控制器和系統所融和。而DCS將向FCS的方向繼續發展。而FCS的核心控制系統除了更加分散化以外，特別重要的是只能儀表的發展。在國外，FCS的應用已經發展到儀表級。整個模擬量的控制分散到現場儀表，儀表與控制系統之間無需傳統電纜連接，使用現場總線連接整個儀表系統。未來的工業自動化控制系統的發展特別是現場儀器儀表的發展，將更多融合與PLC、DCS控制系統的集成，將實現檢測、變換、補償、運算、處理、分析和控制的綜合功能，這種技術的結合和實現將使未來“儀表化”更快實現。完全模塊化、數字完全開放化、智能化的儀器儀表，將成為未來工業自動化控制領域的發展的趨勢和主流。

4 自動化系統全面開放、集成；以能源管理發展為需求的集團化ERP時代

當今工業自動化的體系結構已發生了質的變化，一場由ERP引領的集成管理系統正掀起一場自動化工業控制領域的革命。正從企業工業生產流程自動化到公司運營管理自動化的過渡與實現。ERP系統的集成管理理念正在使自動化控制和企業全方位管理的信息數據實現集成成為可能，再不是過去PLC、DCS和 FCS現場總線的自動化孤島；而是將所有底層現場的電氣、過程控制系統和數以萬計的儀器儀表系統高度融合在綜合自動化網絡上。通過MES系統，與上層ERP系統通信，與下層PLC、DCS和 FCS通信，通過ERP進行信息的整合和處理；使公司從生產到采購、從庫存到銷售、從工業生產流程自動化到市場供應鏈、以及財務人事等廣泛的業務領域，其功能和信息數據都要快速高效的融合集成。 開放，就意味著信息在網絡上能資源共享、互連互通和互操作。對市場變化要做到實時同步的快速響應；要加強信息網絡建設，使中間環節的產品制造執行層具有快速實時同步響應能力；現代化的自動化系統，要有極強的數據與信息資源的傳輸和應用能力；系統要極強數據資源的提煉能力和模型轉化能力。現代ERP自動化集成系統架構采用基礎技術將同時將企業生產流程控制系統和軟件進行整合升級。ERP的關鍵在于所有企業可根據工業生產特點及自身管理特點對其裁剪進行應用，從企業全過程對整個生產的流程所牽涉的各個環節，通過ERP進行統一的平臺來進行設計、組態、可視化、控制、生產管理和調度、資產設備管理；具備極強的可擴展能力、可滿足企業單一流程和全流程的控制與管理，因而具有天然的易用性。

5 結論

PLC與DCS發展到今天，事實上都在向彼此靠攏，嚴格的說，現在的PLC與DCS已經不能一刀切開，很多時候之間的概念已經模糊了。開放和融合將是自動化工業控制的趨勢，ERP系統集中信息技術與先進的管理思想于一身，成為現代企業的運行模式，反映時代對企業合理調配資源，最大化地創造社會財富的要求，成為企業在信息時代生存、發展的基石。

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1674-6708（2011）51-0175-02