购买或建立您的过程控制系统

关于分布式控制系统(dcs)与可编程逻辑控制器(plc)孰优孰劣的业界争论至少已经持续了四十年。然而，随着技术的发展，讨论也在不断发展。以前的选择更加明确，但随着功能差异的缩小和价格点的一致，支持和反对每种系统的论点变得越来越模糊。

要理解两者之间的争论，关键在于把握两个平台之间的根本差异。例如，DCS体系结构起源于一种整体系统方法，其重点是将控制分布在网络上，以便操作员可以监控工厂的整个范围并与之交互。通过高性能和确定性网络实现过程数据的协调、同步和完整性是DCS体系结构的核心。

另一方面，PLC体系结构专注于非常灵活和快速的本地控制，而PLC技术的最新进展增加了过程控制功能。当plc和HMI软件包集成在一起时，结果看起来很像DCS，但仍然是一种自己动手的方法，这意味着工程师必须从头开始监督系统的组装。虽然这是一种灵活的控制方法，但DIY选项通常会增加网络和性能方面的技术风险，以及增加的成本，这些成本并不总是立即显现出来。

在过去，DCS的购买通常比基于plc的系统更昂贵，许多工厂在生产率、产量、浪费、安全和法规遵从性方面的要求比他们今天所经历的要低。因此，基于plc的系统很有吸引力，因为它们提供了较低的资本投资，而且从功能的角度来看，性能良好。但时代已经变了。在全球市场上，对制造企业的要求有所提高，而DCS的购买价格却有所下降。因此，许多控制系统工程师、维护经理和工厂经理在计划自动化资本支出时，正在重新审视DCS和基于plc的控制系统架构之间的权衡。

考虑到所有这些，在评估DCS与使用基于plc的体系结构构建DIY分布式控制系统时，有几个问题需要考虑。

网络性能

良好的网络性能始于适当的网络规划，这只能通过对每个网络节点的通信行为和用于携带网络消息的协议的深入了解来完成。主要的过程自动化供应商已经注意到了这一需求。它们提供了最佳实践信息，以便用户开始为控制系统进行合理的网络设计。这与DIY世界形成对比，在DIY世界中，应用程序工程师很可能是第一个将特定网络拓扑组合在一起的人。

完成网络规划和安装之后，下一步是评估网络的性能。相同的网络拓扑可能会受到通信流量的巨大变化的影响，这取决于在任何给定时间进行的数据采集、告警报告、历史编译、点对点消息和备份任务的数量，这些可以通过全面的最大拓扑测试来处理。

假设用户已经规划并安装了他或她的网络，工厂已经达到了最大生产能力，并且一切都按预期工作，一个常见的挑战是保持网络的平稳运行。

一种解决方案是在一开始就实现容错以太网(FTE)，这是一种冗余的工业以太网网络技术，利用廉价的现成组件提供高可用性解决方案。FTE通过提供丰富的网络诊断，作为基础DCS的一部分进行跟踪和报告，持续关注过程控制网络。

此外，在将服务包和热修复程序加载到生产系统之前，工厂必须检查它们的功能和性能。经验丰富的网络工程师知道，网络上的每一台设备都需要作为一个正常运行的网络社区的一部分正常工作，因为一个不良行为者可能会破坏整个网络的性能。

控制性能

良好的过程控制建立在控制策略的可靠和可重复执行的基础上。作为经典DCS体系结构的一部分，过程控制器与PLC有着根本不同的操作理念。虽然PLC运行相对较快，但过程控制器有利于重复性。这意味着控制策略在固定的时钟周期上运行——运行得更快或更慢是不允许的。每个循环的可重复控制旨在为工厂提供可重复的质量、可重复的产量和可重复的结果。

时钟周期并不是唯一的秘密。其他系统服务也设计为优先解决控制器配置。例如，如果控制器生成的告警干扰控制，则可以对其进行节流，并在稍后进程干扰减缓时进行恢复。只有通过紧密协调产生告警的控制，以及收集、存储和报告这些告警的告警和事件子系统，才能有效地管理这一点。同样，从一开始就采用系统方法是DCS操作的核心。

人机界面图形

HMI软件包的供应商通常会吹嘘为操作员设计图形是多么容易。但设计图形，无论多么令人印象深刻，都不是一家工厂赚钱的方式。想象一下，在一个过程控制环境中，不需要构建图形，因为图形是预先构建的。

在一个控制和操作环境是一起设计和构建的系统中，通常90%的运行过程工厂所需的东西都可以成为标准。一些DCS平台可以提供数百个标准面板、群显示和状态显示，这些对于安全高效的工厂运行至关重要，并且是开箱即用的。

控制算法

面向对象的函数块主要用于指定任何给定用户函数的属性。通过创建带有完整的基于参数的函数集的功能块，用户可以在不设计控制函数的情况下开发和微调控制策略，同时确保所有必要的功能都可用并记录为可配置的选择。应用程序工程师只需简单地将这些块组装到所需的控件配置中。自文档化、无需编程的控制器配置使得DCS体系结构能够高效地进行工程设计和故障排除。

作为一个例子，让我们看看一个常用的过程控制函数- PID块。使用dcs风格的全局数据模型，PID功能的所有方面通常可以通过单个配置屏幕访问，其中各种算法已经证明了时间的考验，可供轻松选择。在HMI中用于报警、趋势和历史的参数很容易在一个位置找到和配置。不再需要配置这些参数来填充HMI配置。

应用软件

在自动化系统的20到30年的使用寿命中，重要的是要考虑典型用户需要多长时间扩展或修改他们的系统，以及多长时间他们想要添加新的控制技术。

在DIY的世界里，仅仅通过查看PLC和HMI供应商的目录并下订单，就可以找到运行工厂所需的所有应用程序。许可证、dvd、下载和其他可用内容将在那之后不久开始交付，提供一系列材料。然而，更容易订购一个型号，并通过相同的内容一次性收到所需的一切。一个许可证可以提供运行流程工厂所需的所有控制软件、数据历史记录、趋势对象、业务集成软件和图形。有了DCS体系结构的功能，所有控制应用程序都能正确加载，保证是正确的版本，并通过测试共同工作。

数据管理

当DIY DCS组合在一起时，多个数据模型可以生成表示相同信息的多个数据元素。当各个部件组合在一起形成一个系统时，各种数据模型必须同步和维护。应用程序工程师和系统管理员要完成这项任务会有负担。

在DCS体系结构的世界中，整个数据模型被设想为覆盖系统的所有部分。因此，一个数据所有者可以向系统中任何位置的任何应用程序或服务提供一条信息。这里的问题不在于数据库的数量。关键是要有一个单一的数据模型，这样无论数据元素位于何处，它都可以被体系结构的任何元素使用，并且该特定的数据元素永远不会被复制。一个全面的数据模型并不一定意味着一个数据库，但它确实意味着任何给定的数据元素只有一个位置。

批处理自动化

DCS体系结构的全面性长期以来一直是批处理自动化项目的宠儿。批处理比其他任何地方都更需要在阶段、单位、食谱、公式等之间进行仔细的协调。由于批处理环境中存在各种各样的元素，即使是经典的DCS体系结构也面临着提供完整的打包解决方案的挑战。由于这个原因，许多批处理自动化项目都求助于将无数包组合在一起来形成解决方案。

然而，批处理数据模型不再像以前那样令人生畏，批处理自动化解决方案的各个方面现在可以在单个DCS数据模型中捕获。例如，批处理管理和执行所需的所有元素都在流程控制器中运行，或者在需要鲁棒性时运行冗余控制器对。这意味着不再需要PC作为批处理服务器运行。因为所有批处理元素都在控制器中处理，所以批处理执行速度更快，周期时间缩短，吞吐量提高。此外，操作人员还可以了解警报、安全和显示的一致环境，从而减少错误。从工程和维护的角度来看，优势在于学习和支持一个没有重复的工具。

打开连接

今天的加工厂很少由单一品牌的控制器运行。这就是为什么经典的DCS体系结构还可以将第三方设备引入到DCS使用的相同数据模型中。这种现有控制器的结合意味着操作员可以以一致的方式查看来自不同品牌控制器的信息。

选择能够将企业解决方案无缝添加到控制层的控制解决方案也很重要。由于信息丰富的应用程序很可能很快就会出现，因此考虑诸如制造执行系统(MES)、资产管理、报告包、统计过程控制(SPC)、停机跟踪或各种其他企业级解决方案等元素是很重要的。

仿真技术

在部署控制策略以控制实际流程之前，需要对其进行彻底的“振铃”。由于过程控制非常注重可重复性，因此有必要在仿真环境中运行控制策略而不进行更改。时间在过程控制中是必不可少的，模拟器必须以一种忠实的方式复制过程执行时间。

考虑到这一点，DCS供应商提供先进的模拟器技术，以支持在工厂的整个生命周期内提高性能。这包括在稳态设计仿真、控制检查和操作员培训中的离线使用，以及在控制和优化、性能监控和业务规划中的在线使用。

过程的历史

彻底的工艺改进依赖于良好的工艺数据，这意味着历史数据的收集必须与工厂自动化系统的功能相协调，这样它就不会干扰更紧急的控制需求。但是，如果有必要停止收集历史，就必须恢复不完整的历史。工厂需要一个可靠的解决方案来归档历史数据，并检索它以用于趋势和质量分析。

考虑到这一点，目前大多数DCS平台都直接内置了强大的过程历史功能，使工程师和工厂管理人员能够从一个位置分析整个操作的性能。冗余数据收集机制还确保在主收集器丢失时快速故障转移到辅助收集器。

做决定

当然，每个工厂在自动化和控制方面都有独特的要求，DCS和PLC都不可能是每个工厂的万能解决方案。最终，在确定哪种技术最适合过程控制时，必须仔细考虑特定的应用和操作需求。然而，即使在较小的应用程序中，也有越来越多的案例可以证明DCS的价值。考虑到上述可能出现的问题，操作员和工程师可以对DCS和PLC的能力有一个蓝图，并更深入地了解在两者之间进行选择时应该考虑什么。

Tim Sweet是小型系统的解决方案经理霍尼韦尔过程解决方案。

在线:

阅读一个自来水公司建造了一个DIY系统的故事，并喜欢它:水处理厂升级自动化，2011年11月。

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