自动化系统控制器技术从PLC到ERP的实现过程与趋势展望

黄琳翔

广西中投创新能源科技有限公司，广西南宁 530028

自动化系统控制器技术从PLC到ERP的实现过程与趋势展望

黄琳翔

广西中投创新能源科技有限公司，广西南宁 530028

PLC历经几代的变迁，与DCS、FCS竞争市场，到如今像PAC的演变，以及ERP的集成系统的提出，PLC经历了40个年头。在这40年里面，PLC越来越往高速度、大容量的方向发展，高端PLC也蚕食了小型DCS的部分市场；而近几年出现的ERP集成管理概念又频频见诸报道。本文整理了有关PLC的发展历程，以及PLC和DCS在技术上的比较，以及ERP集成系统的发展与应用的资料回顾分析PLC与DCS技术的发展过程以及到ERP技术实现与趋势展望。

控制器；PLC；DCS；ERP；趋势

作者简历：黄琳翔，助工、二级建造师

1 自动化从传统的电器向PLC和DCS技术的发展

可编程序控制器的英文为ProgrammableController，简称PLC可编程控制器。1969年，美国DEC公司研制出世界上第一台PLC（PDP-14），并在GM公司汽车生产线上应用成功。集散控制系统（DCS）自1975年设计至今，经历70年代由各DCS厂家自行设计开发的通信网络基本上都是轮询方式的，到80年代通信网络较多使用令牌方式，再到90年代出现的通用系统以及90年代末通信网络部分遵循TCP/IP协议，有的采用以太网，DCS经过20多年的发展，已经广泛应用于各工业领域并趋于成熟，成为目前的工业控制的主流。70年代中期以前，工业控制表现为就地控制，集中控制则出现在70年代中期到90年代初。工业控制表现为一直到目前为止还应用广泛的集散控制系统（DCS），以太网的出现和飞速发展为工业控制网络提供了新的选择。PLC是从摸仿原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求。将其存入PLC的用户程序存储器，运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。DCS为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。指的是危险分散、数据集中。70年代中期进入市场，完成模拟量控制，代替以PID运算为主的模拟控制仪表。首先提出DCS这样一种思想的是仪表制造厂商，当时主要应用于化工行业。DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都设计成功能块。

2 自动化系统控制器技术PLC与DCS相结合发展

自动化领域，DCS和PLC是两个完全不同而又有着千丝万缕联系的概念。DCS和PLC都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物。另一实质差别是DCS系统的程序一般采用可设置的多种固定程序扫描周期和多任务、多线程工作制度，而PLC多为由所运行的程序大小决定的不固定的随机程序扫描周期(其变种PCC除外)和多任务、单线程工作制度，即使后来两者相互有些渗透，但是仍然有区别。DCS是一个体系，PLC是一个装置，这是两者在概念上的根本区别。这个区别的影响是深刻，它渗透到了技术经济的每一个方面。这个概念早已过时。首先要明确单台传统的DCS控制器与DCS系统，单台PLC控制器与PLC系统不是同一概念。暂且把DCS系统看成是基于DCS控制器和网络的基础自动化系统。而PLC系统则是基于PLC控制器和网络的基础自动化系统，虽然它们都还可能向上扩展管理信息系统。其实DCS也是一种分布式控制系统的架构模式，它的控制器既可以采用传统的DCS控制器。也可选用PLC等其它类型控制装置。反过来看，PLC系统也可以具备分布式控制系统的架构模式。西门子、罗克韦尔AB、GE Fanuc、施奈德和贝加莱分别推出的其性能不差于普通DCS的一体化集成控制系统，都是由PLC及其变种PAC或PCC构成的，当然DCS也可由PLC(或PAC、PCC、IPC、PC—Based)、通讯网络和相应专门软件构成。在工业应用中，往往有不同厂家控制系统的数据共享，或因某即成系统不能满足控制需要而加上额外系统等原因，而需要将两种不同系统进行互联，在这里面经常用到的就是PLC和DCS的互联。如果DCS、PLC是同一个厂商开发的，PLC作为DCS网络上一个结点，在设计时已经有通讯接口，他们两个系统的总线用桥连接起来，用户不用作工作。如HONEYWELL的TDC3000，可以把逻辑管理器（LM）和过程管理器（HPM）接到UCN上。连在LCN上的操作站能看到DCS、PLC的数据。从数据量和传输速度两个指标都很理想，但逻辑管理器是HONEYWELL自己生产的，价格比较贵，而且是早期的产品，现在已经停产，一些技术指标与常用的PLC有区别。其它通用的PLC如AB的PLC只能连在LCN上，通过GATEWAY接口（PLCG）与PLC相连，这种办法的缺点是GATEWAY的价格比较高。所有软硬件都是同一厂家的，与其它厂商的设备连网有一定的困难，而且价格昂贵。现在有一个新的名词：技术毒品，只要第一次购买某一厂商的产品，以后必须买它的产品，否则没有办法互连。现在传统DCS没有互连的通用平台。传统DCS和PLC互联大部分都是把PLC作为一个部件，当成DCS的输入、输出。DCS厂商专门开发出一块接口卡 和互连的软件，在DCS的I/O总线上，PLC和其它DCS的I/O板的地位是一样的。接口卡上的RS232串行口和PLC主机或PLC总线通讯。在DCS的控制器的功能块上必须有能读、写PLC数据的功能块，和总线通讯要软件捆绑，经组态后能把数据送到DCS网络上，然后送到操作站上。某化工厂原有一套HONEYWELLTPS系统，其中一些逻辑点的扫描速率要求是0.1S，过去由HONEYWELLDCS控制，但其最快扫描时间是0.25S，依靠DCS无法很好地满足工艺要求，在今年的改造中决定用PLC代替DCS对这些数据的采集与控制，但数据要与DCS共享，并由DCS操作站来实现对PLC的监控。到目前为止，PLC、老一代DCS互连还没有统一模式，各种DCS、PLC都要具体讨论采用那一种办法，最常用的是采用Modbus协议，RS232和RS485或Ethernet传输信息。

3 自动化系统控制器技术PLC、DCS、仪表相相合发展

现代工业的迅速发展，不断促进着自动化控制技术及设备通信技术创新的发展。如今现场生产控制系统中，PLC、DCS、智能仪表等已广泛应用并发展到设备相互协同、共同面向整个生产过程的集成工业控制系统。

DCS的发展从传统的仪表盘监控系统而来。因此，DCS从一定程度来说还是较为侧重仪表的控制，PLC从传统的继电器回路发展而来，因此，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。未来，小型化PLC的发展将更专注于功能化、应用环境的针对性特点的研发的趋势发展，而大型的PLC与DCS的功能界线将逐步被淡化，未来将与各种控制器和系统所融和。而DCS将向FCS的方向继续发展。而FCS的核心控制系统除了更加分散化以外，特别重要的是只能仪表的发展。在国外，FCS的应用已经发展到仪表级。整个模拟量的控制分散到现场仪表，仪表与控制系统之间无需传统电缆连接，使用现场总线连接整个仪表系统。未来的工业自动化控制系统的发展特别是现场仪器仪表的发展，将更多融合与PLC、DCS控制系统的集成，将实现检测、变换、补偿、运算、处理、分析和控制的综合功能，这种技术的结合和实现将使未来“仪表化”更快实现。完全模块化、数字完全开放化、智能化的仪器仪表，将成为未来工业自动化控制领域的发展的趋势和主流。

4 自动化系统全面开放、集成；以能源管理发展为需求的集团化ERP时代

当今工业自动化的体系结构已发生了质的变化，一场由ERP引领的集成管理系统正掀起一场自动化工业控制领域的革命。正从企业工业生产流程自动化到公司运营管理自动化的过渡与实现。ERP系统的集成管理理念正在使自动化控制和企业全方位管理的信息数据实现集成成为可能，再不是过去PLC、DCS和 FCS现场总线的自动化孤岛；而是将所有底层现场的电气、过程控制系统和数以万计的仪器仪表系统高度融合在综合自动化网络上。通过MES系统，与上层ERP系统通信，与下层PLC、DCS和 FCS通信，通过ERP进行信息的整合和处理；使公司从生产到采购、从库存到销售、从工业生产流程自动化到市场供应链、以及财务人事等广泛的业务领域，其功能和信息数据都要快速高效的融合集成。 开放，就意味着信息在网络上能资源共享、互连互通和互操作。对市场变化要做到实时同步的快速响应；要加强信息网络建设，使中间环节的产品制造执行层具有快速实时同步响应能力；现代化的自动化系统，要有极强的数据与信息资源的传输和应用能力；系统要极强数据资源的提炼能力和模型转化能力。现代ERP自动化集成系统架构采用基础技术将同时将企业生产流程控制系统和软件进行整合升级。ERP的关键在于所有企业可根据工业生产特点及自身管理特点对其裁剪进行应用，从企业全过程对整个生产的流程所牵涉的各个环节，通过ERP进行统一的平台来进行设计、组态、可视化、控制、生产管理和调度、资产设备管理；具备极强的可扩展能力、可满足企业单一流程和全流程的控制与管理，因而具有天然的易用性。

5 结论

PLC与DCS发展到今天，事实上都在向彼此靠拢，严格的说，现在的PLC与DCS已经不能一刀切开，很多时候之间的概念已经模糊了。开放和融合将是自动化工业控制的趋势，ERP系统集中信息技术与先进的管理思想于一身，成为现代企业的运行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成为企业在信息时代生存、发展的基石。

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1674-6708（2011）51-0175-02