新一代自控系统的解决方案

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1、新一代自控系统的解决方案zhoujinge00-10-20 13:02:02随着工业的各个领域陆续向大型化方向的发展，对自动化控制的要求越来越高，而各种自控系统也因此得到了快速发展。我们熟知的DCS 系统和 PLC 系统每年都在大量地装备于各种自动化系统工程中。由于用户对电控、仪控一体化及管控一体化的需求，也由于信息技术的发展和高集成度控制系统的需求，加上 PC 机技术的日臻完善普及使其性能价格比日益提高，为一种全新的自控系统解决方案PC-based Control 的快速发展提供了非常有利的条件和广阔的市场前景，为众多用户提供了除DCS 和 PLC 以外的另一种自控系统解决方案。PC-bas

2、ed Control，顾名思义，就是基于普通PC 机加上一些必要的I/O硬件设备组成的控制系统。由美国 Think & Do软件公司推出的Think & Do工控软件是PC-based Control 领域中最具代表性的产品，该软件集逻辑控制，运动控制，PID 控制， HMI人机接口，数据库于一身，以优异的性能，极低的价格冲进市场，在短短的几年时间里，在美国和亚太地区迅速发展起来。那么以Think & Do为代表的PC-based Control 解决方案都有哪些特点呢？一. 开放的 I/O 子系统在上述几种控制方案中，用户对于I/O 硬件的要求相差无几，均要求I/O 硬件具有易连接性，高可靠

3、性，可维护性，便于通讯以及较高的性价比等。因此，控制系统的特点和组成结构主要由核心控制部件及软件决定。在传统的控制方案中，对于规模比较大，同时可靠性要求又非常高的控制系统，我们通常选用DCS。它的优异的特性，卓越的控制能力，尤其是对于过程量的控制能力是人所共知的。但DCS 系统造价昂贵，系统相对封闭又限制了它的普及应用。尤其是现代工控系统对于I/O 的开放性的需求；对于现场总线技术的广泛应用；对于越来越迫切的信息通讯的需求等，都对DCS 系统的发展提出了更新的要求。对于 PLC 控制系统，因为不同厂家的产品有不同的特点，因此，选定一种厂家和型号 PLC 后，整个控制系统就有了一定的限定性，无论

4、是CPU，I/O 还是编程软件都限定在了一定的范围内。这就给用户的应用带来了局限性。而以 Think & Do 软件为核心组成的控制系统则具有很大的硬件灵活性，它具有开放的 I/O 系统，支持多家的 I/O 设备，可以博采众长，组成最适合用户的自控系统。用户可以在同一个系统中同时使用多种品牌的 I/O 子系统。它所支持的I/O 系统和现场总线网络见附录。这个I/O驱动程序库还在不断地添加新的成员，以适应更广泛的需求。二. 具有处理大量数据运算的能力在常规的PLC 控制方案中，主要是以顺序控制为主，以过程控制为辅，尤其是一些小型的PLC ，在进行较多的过程量控制（比如PID 控制）时就会感到有些

5、吃力，对于运动控制的能力也较弱，而对于规模较小的控制系统选用较大型的PLC 以满足上述的控制需求又很不经济，因此，有些控制场合并不适合采用PLC 方案。而DCS系统虽然具有很强的数据运算能力和过程控制能力，但其较高的造价使一些用户望而却步。Think & Do软件组成的PC-based Control 系统具有处理大量数据运算的能力，可以同时支持64 路 PID 调节控制，具有非常快的扫描速度。无论是对于大型系统的控制还是一些规模不大，但控制较复杂，要求控制内容又比较多的系统，Think& Do 软件都能发挥出非凡的控制能力。三. 具有集成的HMI 和唯一的数据库在常规的PLC 控制方案中，上

6、位机工作站中要安装专门的监控软件，这不但增加了用户的经济负担，而且其中的数据库要与PLC 中的寄存器相关联，无论那一方的参数修改都会影响到这种关联，因此给系统的开发，整体调试，日常维护带来了很多不便。Think & Do软件组成的PC-based Control 系统中集成了一个功能强大的HMI人机接口，其 HMI 编辑平台与常规的HMI 接口软件具有相似的特性，用其开发操作员界面可与流程图同步进行， 它还具有3 千多个图形符号供用户或系统开发人员随意调用。操作员界面能够提供动态的图形化流程显示，操作控制， 参数记录， 故障报警， 系统诊断等功能。而且，只有一个唯一的数据库标记名库，无论是HM

7、I 的界面，还是逻辑控制的流程图都使用这个唯一的数据库。标记名库中的标记名可以使用30 个任意字符 （甚至是全部汉字） 。标记名可以通过映射工具直接映射到所配置的I/O 上去，更换不同类型的I/O 只需更改映射而无须修改程序，这为应用程序的再利用提供了很大的方便。四. 简单易学的逻辑控制编程方式流程图在常规的PLC控制方案中，控制逻辑的编写普遍采用梯形图的方式，尽管IEC-61131 的标准中也规定了一些其它的编程语言，例如，指令表，结构化文本，功能块图等等，但对于不同厂家的PLC ，毕竟有不同的编程规范和适用范围。一个厂家的PLC 所使用的逻辑控制程序要直接用到另一个厂家的PLC 上去几乎是

8、不可能的。Think & Do 软件所使用的逻辑控制编程方式选择的是流程图。这是面向工艺人员的编程方式， 只要了解了工艺就可以编写控制逻辑，像画工艺流程图一样。在逻辑控制流程图中还集成了许多控制功能块，如运动控制，PID 回路控制，串行通讯，支持子流程等。这样开发出的整体控制程序与I/O 的连接只有I/O 映射这一个环节，改变映射就可以将这个程序完整地移植到另一个控制过程相同或相似的系统中，这样，为开发控制系统的工程技术人员提供了极大的方便，大大地节省了系统程序开发的时间和经费。Think & Do软件的设计宗旨体现的是“学起来容易，用起来有趣”，这不但体现在软件的开发过程，而且体现在应用过程

9、中。由于采用流程图的编程方式，其控制逻辑具有非常好的可读性， 利用流程图编辑平台的注释功能块还可以为流程的每一步加上注释，使一个对工艺完全陌生的人轻易地就能读懂程序。这个特点为系统的维护带来了极大的方便，为系统的开发人员解除了后顾之忧，也为用户的日常维护节省了开支。五. 更经济地解决管理与控制之间的连接在常规的PLC 控制方案中，管理层计算机要从控制层取得数据可以借助于上位机工作站，也可以利用PLC 系统中的专用通讯模块形成PLC 与管理层计算机的连接，但哪种方式都要有较大的投入。Think & Do软件所包含的OPC、DDE 、OLE 、 /D 等通用通讯工具可以使管理层计算机与控制计算机形

10、成非常紧密的连接，可以使管理层计算机中的通用数据库（例如 EXCEL 或 Access） 直接调用控制计算机中的有关数据，很经济地解决了管-控之间的连接。六. 支持“热备”功能对于可靠性要求较高的场合，无论是DCS 还是 PLC 系统都可以采用“热备”的方式来避免控制系统的中断。Think & Do 组成的系统也同样具有这种能力，而且，只需要增加一台装有Think&Do 软件的计算机及相关的通讯电缆即可（目前支持Ethernet 和Profibus ）。这样，可使“热备”系统的造价进一步降低。七. 嵌入型的PC 控制器随着计算机操作系统的快速发展，一种嵌入型的操作系统Windows CE 问世

11、了， 利用这种操作系统， Think & Do与硬件厂商配合推出了一种新型的PC-based Control 产品WinPLC ，它是安装在I/O 基板上的小型PC 机，其中固化了Windows CE 操作系统和Think &Do 软件的 Runtime 环境。它可以运行由普通PC 机开发的 Think & Do应用程序，实现对同一基板上的I/O 模块的控制。编程时，由一台装有Think & Do软件的计算机（开发PC）将所编应用程序通过以太网电缆连接到WinPLC 上，将应用程序下装到WinPLC 中。WinPLC 系统可以脱离开开发PC 独立运行，适合于不需要监控画面而且规模较小的控制系统

12、。当系统需要监控画面时，也可以将一台装有Think & Do软件的计算机通过以太网电缆连接，通过TagLink 驱动实现两台PC 的数据共享，从而使该计算机成为上位机操作站。天津有一家生产制氢设备的厂家在他们生产的制氢设备中就使用了两套WinPLC 和一套 Think & Do工作站以实现对制氢设备的监控。八. 典型控制系统举例以天津某个食品行业的反映釜控制为例，该控制系统要求按照工艺规范控制几个反映釜的温度曲线以及若干辅助设备的动作，共有 500 多个开关量点和100 多路模拟量， 要有HMI 人机接口操作员界面，两台工作站。使用一种较小型的DSC 系统，其造价约需55 万人民币；使用普通

13、PLC 配以市面较流行的监控软件，系统造价约需50 万人民币；使用 Think & Do软件为核心，配用AutomationDirect以太网 I/O DL405系列组成的控制系统，且具备控制器热备功能，其造价只需35 万人民币左右。该系统完全可以满足用户要求，其成本比用常规控制方案节省30%以上。对于大中型控制系统的应用，在新加坡， 一个由 Think & Do为核心配合Honeywell的 SDS 硬件建立的立体仓库的控制系统，其控制点数达3200 点。在美国，由 Think & Do组成的最大系统是铁路方面的应用，控制点数超过9000 点。在我国的贵阳邮电通讯机械厂最新开发研制的邮政分拣

14、机也使用了Think & Do软件配合 Honeywell 的 SDS 硬件组成了它的控制系统。Think & Do 软件所组成的系统也很适合于一些规模不大，但控制较复杂，要求又比较多的场合，比如在新加坡，有一类控制系统只有22 个控制点，但需要几路PID 控制，又需要几路运动控制，还有大量数学运算，还有HMI等等，用户对控制系统选择的最终结果 Think & Do最佳。综上所述，任何一个需要控制的应用场合，都可以找到一个最适合它的控制系统；同时，任何一种控制系统都有它的适用范围。在控制领域， DCS，PLC 与 PC-based Control 都在不断地发展和完善， 它们的功能与特点互相补充又逐渐融合， 我们的用户总会找到一种最适合自己的控制方案。随着 PC 机技术的进一步发展，性能价格比的进一步提高，网络通讯技术的进一步完善，相信 PC-based Control 解决方案会迅速地发展起来。