Principales diferencias entre DCS y PLC

En el campo de la automatización térmica en centrales térmicas, DCS y PLC son dos conceptos completamente diferentes e indisolublemente ligados. Tanto DCS como PLC son productos de la combinación de tecnología informática y tecnología de control industrial. El principal sistema de control de una central térmica es el DCS, mientras que el PLC se utiliza principalmente en el taller auxiliar de la central eléctrica. Tanto DCS como PLC tienen estaciones de operador para proporcionar medios de interacción persona-computadora, dependen de controladores basados ​​en computadora para completar las operaciones de control, completar el intercambio de datos con elementos primarios y actuadores a través de tarjetas de E/S y tienen sistemas de comunicación llamados redes. DCS y PLC son muy similares. ¿Por qué existen conceptos completamente diferentes? ¿Cómo elegimos en la práctica de la ingeniería? Este artículo resume la historia, las características técnicas, la dirección de desarrollo y otros aspectos, con la esperanza de proporcionar una referencia para los profesionales de la ingeniería térmica. Tome NETWORK6000+ como ejemplo para DCS y esfuércese por dar ejemplos claros y detallados. 1. Historia y conceptos básicos de DCS y PLC. DCS es la abreviatura en inglés de sistema de control distribuido total. Se refiere a la dispersión del riesgo y la concentración de datos. A mediados de la década de 1970, ingresó al mercado y completó el control de cantidad analógico, reemplazando el instrumento de control analógico basado en el cálculo PID. En primer lugar, la idea del DCS fue propuesta por los fabricantes de instrumentos que en aquella época se utilizaban principalmente en la industria química. El PLC se desarrolló con éxito a finales de la década de 1960 y se denomina controlador lógico programable (PLC). Utilizado principalmente en la fabricación de automóviles. Los principios de diseño de DCS y PLC son bastante diferentes. El PLC se desarrolla imitando el principio de control de relé original. En la década de 1970, el PLC solo tenía control lógico de conmutación. Almacena instrucciones para realizar operaciones lógicas, control de secuencia, temporización, conteo y operación; También controla diversas maquinarias o procesos de producción mediante operaciones de entrada y salida digitales. El programa de control elaborado por el usuario expresa los requisitos tecnológicos del proceso productivo. Guárdelos en la memoria del programa de usuario del PLC y ejecútelos uno por uno de acuerdo con el contenido del programa almacenado durante la operación para completar la operación requerida por el flujo del proceso. DCS se desarrolla sobre la base de un amplificador operacional. La relación entre todas las funciones y variables del proceso está diseñada como un bloque de funciones. A mediados de la década de 1970, DCS sólo tenía control analógico. La principal diferencia entre el controlador DCS y PLC está en el cálculo del valor de conmutación y el valor analógico. Aunque los dos se infiltran más tarde, todavía existen diferencias. Después de la década de 1980, además del cálculo lógico, el PLC también agregó algunos algoritmos de bucle de control, pero todavía es difícil completar algunos cálculos complejos. El PLC utiliza un diagrama de escalera para programar, y el cálculo de la cantidad analógica no es muy intuitivo en la programación y la programación es más problemática. Pero en términos de resolución de lógica, muestra la ventaja de ser rápido. DCS utiliza bloques de funciones para encapsular operaciones analógicas y lógicas. La expresión de operaciones analógicas tanto lógicas como complejas es muy clara, pero la eficiencia de expresión de las operaciones lógicas es relativamente baja en comparación con el PLC. La diferencia histórica entre DCS y PLC es obvia, lo que tiene un impacto significativo en su desarrollo posterior. Sin embargo, el mayor impacto en el desarrollo posterior no es la diferencia en la tecnología de origen, sino la diferencia en su concepto de origen. El concepto central de DCS es el sistema de control por computadora con riesgos descentralizados y datos centralizados. Por lo tanto, el proceso de desarrollo de DCS consiste en utilizar continuamente los últimos logros en tecnología informática, tecnología de comunicación y tecnología de control para construir un sistema de control distribuido completo. DCS proporciona a los usuarios una solución completa, segura, confiable, eficiente y flexible para el control industrial. El concepto central del PLC es el controlador programable, que se utiliza para reemplazar el relé, realizar lógica, temporización, conteo y otras funciones de control secuencial, y establecer un dispositivo de control de programa flexible. Por lo tanto, la línea principal del desarrollo continuo de los PLC es mejorar continuamente varios indicadores de capacidad y proporcionar a los usuarios un dispositivo de control completo y flexible. DCS es un sistema y PLC es un dispositivo, que es la diferencia fundamental de concepto entre los dos. El impacto de esta diferencia es profundo. Impregna todos los aspectos de la economía tecnológica. 2. Características técnicas y penetración mutua de DCS y PLC. Diferentes bases conceptuales y diferentes caminos de desarrollo hacen que DCS y PLC tengan características técnicas diferentes, y el desarrollo de la tecnología no está cerrado, y el aprendizaje mutuo y la penetración mutua también siempre atraviesan el proceso de desarrollo. 2.1 Capacidad de procesamiento de controles Sabemos que un controlador PLC a menudo puede manejar miles de puntos de E/S (hasta más de 8000 E/S). El controlador de DCS sólo puede manejar cientos de puntos de E/S (no más de 500 puntos de E/S). ¿El nivel técnico de los desarrolladores de DCS es demasiado bajo? Me temo que no. En términos de los requisitos del sistema distribuido, no se permite el control centralizado. Los controladores con demasiados puntos son inútiles en aplicaciones prácticas. Los desarrolladores de DCS no necesitan desarrollar el variador con muchos controladores de puntos de E/S. Su principal energía es proporcionar confiabilidad y flexibilidad al sistema. Sin embargo, el PLC es diferente. Como dispositivo de control flexible independiente, cuanto mayor sea la capacidad de transportar puntos, por supuesto, mayor será su nivel técnico. En cuanto al nivel de aplicación de todo el sistema de control, es principalmente una cuestión de ingenieros y usuarios, no el objetivo principal del fabricante de PLC. Otro indicador de la capacidad de procesamiento de control, la velocidad de cálculo, también es mucho más rápido que el DCS en la impresión de la gente. Desde cierto punto de vista, la situación también es cierta. La eficiencia de la operación lógica del PLC es muy alta. La ejecución del programa lógico 1K es inferior a 1 ms y su ciclo de control (tomando como ejemplo la entrada DI enviada directamente a la salida DO) se puede controlar en 50 ms; Sin embargo, DCS utiliza la misma forma para procesar la operación lógica y la operación analógica, y su ciclo de control suele ser de más de 100 ms. Cuando usamos el algoritmo PID para comparar, podemos encontrar que al PLC le toma unos milisegundos realizar una operación PID, y también le toma un milisegundo al controlador T2550 de NETWORK6000+DCS resolver un PID. Esto muestra que la capacidad de cálculo de PLC y DCS es equivalente a la de la operación real, y cierto tipo de controlador DCS es aún más potente. La diferencia en el ciclo de control está relacionada principalmente con el diseño de programación del controlador. Los PLC grandes a menudo usan la CPU auxiliar para completar el cálculo analógico, y la CPU principal completa el cálculo de conmutación a alta velocidad, por lo que incluso si la velocidad de cálculo analógico es promedio, el rendimiento de velocidad en el control de conmutación es excelente. Sin embargo, el DCS procesa el valor de conmutación y el cálculo analógico a la misma velocidad y el índice del ciclo de control no es ideal. El nuevo controlador DCS ha aprendido el diseño de un PLC grande y su rendimiento en el ciclo de control ha mejorado enormemente. Tome el controlador T2550 de NETWORK6000+DCS como ejemplo. El controlador puede configurar cuatro tareas con diferentes prioridades y el ciclo de operación mínimo se puede configurar en 10 ms. Con una tarjeta de E/S de alta velocidad, el ciclo de control puede alcanzar entre 15 y 20 ms. El cálculo analógico se establece en otras tareas con un ciclo largo. 2.2 Intercambio de comunicación de datos El intercambio de comunicación de datos se refiere principalmente a la red del sistema de control y su forma de intercambio de datos. DCS tiene ventajas inherentes a este respecto. Lo "descentralizado" del sistema distribuido se refleja principalmente en el controlador independiente, y lo "centralizado" se refleja principalmente en el dispositivo de interacción persona-computadora con datos completos. Es la red que conecta lo descentralizado y lo centralizado en el sistema distribuido. Por lo tanto, desde las primeras etapas del desarrollo de DCS, la red se ha convertido en la dirección tecnológica central de los fabricantes de DCS. La tecnología de redundancia y la tecnología de transmisión de banda estrecha son las primeras desarrolladas o aplicadas con éxito por los fabricantes de DCS. El PLC está diseñado principalmente según dispositivos independientes y su "red" es en realidad comunicación en serie. Ethernet industrial El desarrollo y la amplia aplicación de la tecnología han nivelado la brecha entre la red DCS y PLC. A primera vista, muchos DCS y PLC han aplicado Ethernet industrial, pero todavía existe una brecha sustancial. Tomemos como ejemplo MODBUS-TCP adoptado por muchos PLC. MODBUS es un protocolo de comunicación serie, no una red. Todo el mundo no tiene dudas; ¿MODBUS-TCP es una red? Mucha gente tiene preguntas. Después de un análisis cuidadoso, MODBUS-TCP es un modo de comunicación que carga el protocolo de comunicación MODBUS en el protocolo TCP de Ethernet. Aunque tiene la apariencia de una red, sigue siendo un modo de gestión maestro y multiesclavo y una estructura de transmisión de tabla de datos. En cuanto a DCS, tomando como ejemplo la red ELIN de 6000+DCS, aunque también se basa en Ethernet industrial, su protocolo de capa de aplicación es el protocolo de red token LIN sin propietario acumulado por empresas europeas durante casi 30 años y que se ha aplicado con éxito. en 1M OLIN, 2.5M y 20M ARCNET durante mucho tiempo. En ELIN, todas las estaciones son iguales y no existe una estación de gestión principal. Además, la comunicación de datos son datos estructurados basados ​​en módulos y la capacidad de gestión de datos es comparable a la de la tabla de datos. Tome el módulo PID como ejemplo. Los datos básicos incluyen PV, SP y OP. Se adopta el método de transmisión de la tabla de datos. Primero debe definir las direcciones de datos de PV, SP y OP como 01, 02 y 03. Otras estaciones también reciben datos en forma de tabla de datos, pero ¿qué datos son 01? ¿Qué dato es el 02? Se debe utilizar la tabla de definición de datos para restaurar. El método de gestión de tablas de datos es tedioso y propenso a errores. Es terrible utilizar este método para gestionar decenas de miles de puntos de datos en un sistema grande. La gestión estructurada de NETWORK6000+DCS se basa en módulos. Un PID se trata como un módulo. Para acceder a su valor PV, primero acceda a su módulo y adminístrelo en forma de PID.PV. Esto centralizará todos los datos en mosaico en cuadros pequeños y los administrará por módulo y componente. La eficiencia de la gestión mejorará enormemente. El problema de la comunicación y el intercambio de datos del PLC surge principalmente del hecho de que el PLC se ha desarrollado durante mucho tiempo como un dispositivo independiente y no tiene un concepto de sistema; Además, se utiliza principalmente en sistemas de control pequeños y los problemas no son obvios, por lo que el desarrollo es lento. En la actualidad, algunos PLC grandes han mejorado en este aspecto, pero llevará mucho tiempo alcanzar el nivel de DCS. 2.3 Función de mantenimiento de configuración Las funciones de mantenimiento de la configuración incluyen configuración lógica, descarga y modificación, depuración de operaciones, diagnóstico remoto, etc. En la etapa inicial, el PLC estaba dominado por el diagrama de escalera, mientras que el DCS estaba dominado por el diagrama de función del módulo. Después de años de desarrollo, la Comisión Electrotécnica Internacional ha especificado cinco lenguajes de programación a través del estándar IEC1131-3. En la actualidad, los principales DCS y PLC están de acuerdo con este estándar y admiten varios o todos ellos. Desde la perspectiva de la eficiencia del desarrollo y la legibilidad del programa, los diagramas de funciones del módulo y los diagramas de funciones secuenciales se están convirtiendo cada vez más en los principales métodos de programación, y la lógica de escalera y el texto estructurado se convierten en herramientas de desarrollo para módulos personalizados. Los PLC grandes se parecen cada vez más a DCS en el modo de configuración, y la brecha se está reduciendo gradualmente, mientras que los PLC pequeños todavía están dominados por el diagrama de escalera. Después de años de desarrollo, DCS ha acumulado una gran cantidad de módulos de algoritmos avanzados. Por ejemplo, el módulo a nivel de dispositivo de NETWORK6000+ ha completado las funciones básicas de alarma de falla y control orientadas al dispositivo en un módulo, y también se ha transferido como una unidad en la comunicación de red, lo que mejora en gran medida la eficiencia del desarrollo de software. Un módulo de polo de dispositivo equivale a una cantidad lógica de escalera de 0,5 K. Es mucho más engorroso para el PLC completar la misma función. El PLC carece de soluciones en términos de descarga, modificación, ejecución, depuración y diagnóstico remoto. DCS está diseñado desde la perspectiva de las necesidades del sistema al comienzo de su diseño y tiene una solución perfecta acumulada durante muchos años. Tomando NETWORK6000+DCS como ejemplo, el sistema puede modificar la estrategia de control en línea o descargar la estrategia de control en línea. Durante el proceso de modificación y descarga, el normal funcionamiento del sistema no se verá afectado. NETWORK6000+DCS tiene una función DCS virtual perfecta, que no solo puede usarse para la verificación de la lógica de configuración, sino que también puede integrarse en un DCS virtual completo conectado con el modelo para completar la simulación y depuración del sistema. NETWORK6000+DCS tiene medidas de seguridad perfectas y proporciona un esquema de depuración remota basado en WAN. 2.4 Estructura del embalaje de hardware El PLC es generalmente un marco de fondo grande con módulos de E/S cerrados. La estructura cerrada es beneficiosa para mejorar la confiabilidad de los módulos de E/S y es resistente a RF, electricidad estática y daños. Hay 8, 16 y 32 puntos de E/S para módulos PLC. La mayoría de los DCS son chasis estándar de 19 pulgadas más módulos de E/S enchufables, que son estructuras expuestas. Hay 8 y 16 puntos de E/S para cada módulo y rara vez se utilizan 32 módulos. Esta estructura de DCS surge de su campo de aplicación principalmente en grandes objetos de control. El chasis estándar de 19 pulgadas es conveniente para diseños densos y la menor cantidad de puntos de E/S se debe al requisito de dispersión. El marco inferior grande y la estructura de módulo cerrado del PLC son más flexibles en gestión y configuración, y la confiabilidad de los equipos individuales es mayor. Por lo tanto, muchos DCS también han absorbido las ventajas del PLC en estructura y han adoptado una estructura de empaque similar al PLC, como I/A con carcasa metálica y NETWORK-6000+ con carcasa de plástico conductor. 2.5 Dispositivo de interacción persona-computadora En sus inicios, el DCS como sistema, su dispositivo de interacción persona-computadora era un dispositivo especial proporcionado por el fabricante del DCS. Sin embargo, los fabricantes de PLC generalmente no proporcionan dispositivos de interacción persona-computadora, que a menudo los completan empresas de ingeniería de forma independiente utilizando software de monitoreo general (como ifix, intouch y KingView). El dispositivo de interacción persona-computadora integrado con DCS a menudo tiene las características de funciones más profesionales y mejor estabilidad, pero su precio también es muy alto. Con el rápido desarrollo de la tecnología de PC, algunos software de monitoreo general se han desarrollado rápidamente y sus funciones y rendimiento han superado gradualmente a los dispositivos especiales proporcionados por los fabricantes de DCS. Por lo tanto, muchos fabricantes de DCS han abandonado gradualmente el dispositivo de interacción persona-computadora dedicado y han utilizado software de monitoreo común como PLC. El uso de software de monitoreo general por parte de los fabricantes de DCS no es un simple ensamblaje, pero sobre la base del software de monitoreo general, a través del desarrollo cooperativo, la tecnología de comunicación de red y la tecnología de autodiagnóstico del sistema acumuladas durante muchos años se retienen y heredan en forma de especial. paquetes de programas. Por ejemplo, NETWORK-6000+ utilizó el sistema de interacción persona-computadora T1000 basado en el sistema operativo especial en la etapa inicial, pero ahora utiliza principalmente el sistema de interacción persona-computadora T3500 basado en FIX/IFIX o INTOUCH. El paquete de comunicación de red LINPOLL es desarrollado e integrado por empresas europeas. 3. Situación del mercado y dirección de desarrollo de DCS y PLC. En el campo de la automatización térmica, el sistema de control principal de la planta utiliza básicamente DCS sin excepción. El PLC sólo se utiliza en taller auxiliar. La razón principal es que el primer sistema DCS es muy caro. La gente piensa que el funcionamiento del taller auxiliar puede interrumpirse, los requisitos de confiabilidad no son muy altos y los requisitos de control analógico son menores. Desde la perspectiva de reducir costos, a menudo se elige PLC para construir el sistema de control. Caldera, turbina de vapor y generador. maquinaria electrica El sistema de control de DCS requiere un funcionamiento estable y confiable a largo plazo, y la señal contiene una proporción considerable de cantidad analógica. Según el rendimiento del sistema, la gente tiene que elegir el costoso DCS. Además, encontraremos un fenómeno interesante al analizar la competencia de mercado entre el DCS de la planta principal y el sistema de control de la planta auxiliar. La competencia de DCS en la planta principal a menudo se lleva a cabo entre proveedores o agentes de diferentes marcas. La competencia es feroz y el precio de los DCS cae constantemente. Sin embargo, la competencia por el sistema de control de taller auxiliar a menudo se lleva a cabo entre empresas de ingeniería de la misma marca de PLC. El umbral es más bajo y la competencia es más feroz. Sin embargo, la reducción de precio de PLC no es tan obvia como la de DCS. La razón principal es que los fabricantes de DCS participan directamente en la competencia y, bajo la enorme presión del mercado, los costos de fabricación de equipos y los costos de implementación de proyectos se reducen continuamente. Sin embargo, los fabricantes de PLC no participan directamente en la competencia y cada empresa de ingeniería solo puede reducir sus propios costos de ingeniería limitados, con espacio limitado. A partir de la situación actual, la diferencia de precios entre DCS y PLC de alta gama no es obvia, y el taller auxiliar todavía utiliza más PLC, debido a la inercia del mercado. Con la continua ampliación de la capacidad instalada de las centrales eléctricas domésticas y el impulso de la reforma del sistema eléctrico, también aumentan los requisitos para el control del taller auxiliar. En este entorno, se ha convertido en una tendencia que el sistema DCS entre en control del taller auxiliar. Debido a sus amplias ventajas técnicas y económicas, NETWORK6000+DCS ha jugado y seguirá jugando un papel cada vez más importante en el control auxiliar de taller. El PLC, muy utilizado en el taller auxiliar, no abandonará la etapa histórica de la automatización térmica. La presión competitiva sin precedentes instará a los fabricantes de PLC a acercarse al estándar DCS en tecnología y hacer mayores esfuerzos en precios. El resultado de la competencia en el mercado permitirá a los usuarios obtener mayores beneficios. 4. Conclusión DCS PLC Como producto de la combinación de tecnología informática y tecnología de control, ha contribuido a mejorar el nivel de automatización térmica en las centrales térmicas. Debido a su gran similitud en la aplicación, sus respectivas ventajas tecnológicas o de precio afectarán directamente su posición en el mercado en diferentes períodos. La reacción del mercado también reflejará su desarrollo tecnológico y su ajuste de precios rápido o lento. Desde la tendencia general, la integración y promoción de DCS y PLC en tecnología será la corriente principal de la competencia y, en términos de desempeño de costos, seguirá aumentando, lo que también será el tema principal de desarrollo.