Principales différences entre DCS et PLC

Dans le domaine de l'automatisation thermique des centrales thermiques, DCS et PLC sont deux concepts complètement différents et inextricablement liés. DCS et PLC sont tous deux le produit de la combinaison de la technologie informatique et de la technologie de contrôle industriel. Le système de contrôle principal de la centrale thermique est le DCS, tandis que le PLC est principalement utilisé dans l'atelier auxiliaire de la centrale électrique. Le DCS et le PLC disposent tous deux de stations d'opérateur pour fournir des moyens d'interaction homme-machine, s'appuient sur des contrôleurs informatiques pour effectuer les opérations de contrôle, complètent l'échange de données avec les éléments primaires et les actionneurs via des cartes d'E/S et disposent de systèmes de communication appelés réseaux. DCS et PLC sont tellement similaires. Pourquoi existe-t-il des concepts complètement différents ? Comment choisissons-nous dans la pratique de l’ingénierie ? Cet article résume l'histoire, les caractéristiques techniques, l'orientation du développement et d'autres aspects, dans l'espoir de fournir une référence aux professionnels de l'ingénierie thermique. Prenez NETWORK6000+ comme exemple pour DCS et efforcez-vous de donner des exemples détaillés et clairs. 1. Historique et concepts de base du DCS et du PLC DCS est l'abréviation anglaise de Total Distributed Control System. Il fait référence à la dispersion des risques et à la concentration des données. Au milieu des années 1970, il est entré sur le marché et a complété le contrôle analogique des quantités, remplaçant l'instrument de contrôle analogique basé sur le calcul PID. Tout d’abord, l’idée du DCS a été avancée par les fabricants d’instruments, qui étaient alors principalement utilisés dans l’industrie chimique. L'API a été développé avec succès à la fin des années 1960, sous le nom d'automate programmable (PLC). Principalement utilisé dans la construction automobile. Les principes de conception du DCS et du PLC sont très différents. PLC est développé en imitant le principe de contrôle de relais original. Dans les années 1970, les automates programmables ne disposaient que d'une commande logique de commutation. Il stocke les instructions pour effectuer des opérations logiques, le contrôle de séquence, la synchronisation, le comptage et l'opération ; Il contrôle également diverses machines ou processus de production via des opérations d'entrée et de sortie numériques. Le programme de contrôle préparé par l'utilisateur exprime les exigences technologiques du processus de production. Stockez-les dans la mémoire du programme utilisateur de l'API et exécutez-les un par un en fonction du contenu du programme stocké pendant le fonctionnement pour terminer l'opération requise par le flux de processus. DCS est développé sur la base d’un amplificateur opérationnel. La relation entre toutes les fonctions et variables de processus est conçue comme un bloc fonctionnel. Au milieu des années 1970, DCS ne disposait que d’un contrôle analogique. La principale différence entre le contrôleur DCS et le contrôleur PLC réside dans le calcul de la valeur de commutation et de la valeur analogique. Même si les deux s’infiltrent plus tard, il existe encore des différences. Après les années 1980, en plus du calcul logique, l'API a également ajouté des algorithmes de boucle de contrôle, mais il est encore difficile d'effectuer certains calculs complexes. Le PLC utilise un schéma à contacts pour programmer, et le calcul de la quantité analogique n'est pas très intuitif dans la programmation, et la programmation est plus difficile. Mais en termes de logique de résolution, cela montre l’avantage de la rapidité. DCS utilise des blocs fonctionnels pour encapsuler les opérations analogiques et logiques. L'expression des opérations analogiques logiques et complexes est très claire, mais l'efficacité de l'expression des opérations logiques est relativement faible par rapport à celle d'un API. La différence historique entre DCS et PLC est évidente, ce qui a un impact significatif sur leur développement ultérieur. Cependant, le plus grand impact sur le développement ultérieur n'est pas la différence dans la technologie d'origine, mais la différence dans son concept d'origine. Le concept de base de DCS est le système de contrôle informatique avec des risques décentralisés et des données centralisées. Par conséquent, le processus de développement de DCS consiste à utiliser en permanence les dernières avancées en matière de technologie informatique, de technologie de communication et de technologie de contrôle pour construire un système de contrôle distribué complet. DCS offre aux utilisateurs une solution complète, sûre, fiable, efficace et flexible pour le contrôle industriel. Le concept de base du PLC est un contrôleur programmable, utilisé pour remplacer le relais, exécuter la logique, la synchronisation, le comptage et d'autres fonctions de contrôle séquentiel, et établir un dispositif de contrôle de programme flexible. Par conséquent, l'axe principal du développement continu de PLC est d'améliorer continuellement divers indicateurs de capacité et de fournir aux utilisateurs un dispositif de contrôle complet et flexible. DCS est un système et PLC est un appareil, ce qui constitue la différence fondamentale de concept entre les deux. L’impact de cette différence est profond. Elle imprègne tous les aspects de l’économie technologique. 2. Caractéristiques techniques et pénétration mutuelle du DCS et du PLC Des bases conceptuelles différentes et des chemins de développement différents font que DCS et PLC ont des caractéristiques techniques différentes, et le développement de la technologie n'est pas fermé, et l'apprentissage mutuel et la pénétration mutuelle traversent également toujours le processus de développement. 2.1 Capacité de traitement de contrôle Nous savons qu'un contrôleur PLC peut souvent gérer des milliers de points d'E/S (jusqu'à plus de 8 000 E/S). Le contrôleur du DCS ne peut gérer que des centaines de points d'E/S (pas plus de 500 points d'E/S). Le niveau technique des développeurs DCS est-il trop faible ? J'ai bien peur que non. En termes d'exigences du système distribué, le contrôle centralisé n'est pas autorisé. Les contrôleurs avec trop de points sont inutiles dans les applications pratiques. Les développeurs DCS n'ont pas du tout besoin de développer le variateur avec de nombreux contrôleurs de points d'E/S. Leur énergie principale est d’assurer la fiabilité et la flexibilité du système. Cependant, le PLC est différent. En tant que dispositif de contrôle flexible et indépendant, plus la capacité de transport de points est forte, plus son niveau technique est élevé. Quant au niveau d'application de l'ensemble du système de contrôle, il s'agit principalement de l'affaire des ingénieurs et des utilisateurs, et non de l'objectif principal du fabricant d'API. Un autre indicateur de la capacité de traitement des contrôles, la vitesse de calcul, est également beaucoup plus rapide que le DCS aux yeux des gens. D'un certain point de vue, la situation est également vraie. L'efficacité du fonctionnement logique du PLC est très élevée. L'exécution du programme logique 1K est inférieure à 1 ms, et son cycle de contrôle (en prenant comme exemple l'entrée DI directement envoyée à la sortie DO) peut être contrôlé dans un délai de 50 ms ; Cependant, DCS utilise la même manière pour traiter les opérations logiques et analogiques, et son cycle de contrôle est souvent supérieur à 100 ms. Lorsque nous utilisons l'algorithme PID pour comparer, nous pouvons constater qu'il faut quelques millisecondes à l'automate pour effectuer une opération PID, et qu'il faut également une milliseconde au contrôleur T2550 de NETWORK6000+DCS pour résoudre un PID. Cela montre que la capacité de calcul du PLC et du DCS est équivalente à celle du fonctionnement réel et qu'un certain type de contrôleur DCS est encore plus puissant. La différence dans le cycle de contrôle est principalement liée à la conception de planification du contrôleur. Les grands automates utilisent souvent le processeur auxiliaire pour effectuer le calcul analogique, et le processeur principal effectue le calcul de commutation à grande vitesse. Ainsi, même si la vitesse de calcul analogique est moyenne, les performances de vitesse dans le contrôle de commutation sont très excellentes. Cependant, DCS traite la valeur de commutation et le calcul analogique à la même vitesse, et l'indice du cycle de contrôle n'est pas idéal. Le nouveau contrôleur DCS a appris la conception des grands API et ses performances dans le cycle de contrôle ont été considérablement améliorées. Prenons l'exemple du contrôleur T2550 de NETWORK6000+DCS. Le contrôleur peut définir quatre tâches avec des priorités différentes et le cycle de fonctionnement minimum peut être défini sur 10 ms. Avec une carte E/S haute vitesse, le cycle de contrôle peut atteindre 15 à 20 ms. Le calcul analogique est défini dans d'autres tâches avec un cycle long. 2.2 Échange de données L'échange de communications de données fait principalement référence au réseau du système de contrôle et à sa forme d'échange de données. DCS présente des avantages inhérents à cet égard. Le « décentralisé » du système distribué se reflète principalement dans le contrôleur indépendant, et le « centralisé » se reflète principalement dans le dispositif d'interaction homme-machine avec des données complètes. C'est le réseau qui relie le décentralisé et le centralisé au système distribué. Par conséquent, dès les premiers stades du développement du DCS, le réseau est devenu la direction technologique principale des fabricants de DCS. La technologie de redondance et la technologie de transmission à bande étroite sont les premières à être développées ou appliquées avec succès par les fabricants de DCS. L'automate est principalement conçu en fonction de dispositifs indépendants, et son « réseau » est en fait une communication série. Ethernet industriel Le développement et l'application généralisée de la technologie ont comblé l'écart entre la forme des réseaux DCS et PLC. En apparence, de nombreux DCS et PLC ont appliqué l'Ethernet industriel, mais il existe encore un écart important. Prenez par exemple MODBUS-TCP adopté par de nombreux automates. MODBUS est un protocole de communication série, pas un réseau. Tout le monde n’en doute pas ; MODBUS-TCP est-il un réseau ? Beaucoup de gens ont des questions. Après une analyse minutieuse, MODBUS-TCP est un mode de communication qui charge le protocole de communication MODBUS sur le protocole TCP d'Ethernet. Bien qu'il ait l'apparence du réseau, il s'agit toujours d'un mode de gestion maître et multi-esclave et d'une structure de transmission de table de données. Quant au DCS, en prenant comme exemple le réseau ELIN de 6000+DCS, bien qu'il soit également basé sur l'Ethernet industriel, son protocole de couche application est le protocole réseau LIN à jeton sans propriétaire accumulé par les entreprises européennes depuis près de 30 ans, qui a été appliqué avec succès. en 1M OLIN, 2,5M et 20M ARCNET depuis longtemps. Sur ELIN, toutes les stations sont égales et il n'y a pas de station de gestion principale. De plus, la communication de données est constituée de données structurées basées sur des modules et la capacité de gestion des données est comparable à celle d'un tableau de données. Prenons l'exemple du module PID. Les données de base incluent PV, SP et OP. La méthode de transmission du tableau de données est adoptée. Vous devez d'abord définir les adresses de données de PV, SP et OP comme 01, 02 et 03. D'autres stations reçoivent également des données sous forme de tableau de données, mais quelles données sont 01 ? Quelles données sont 02 ? La table de définition des données doit être utilisée pour restaurer. La méthode de gestion des tables de données est fastidieuse et sujette aux erreurs. Il est terrible d’utiliser cette méthode pour gérer des dizaines de milliers de points de données dans un grand système. La gestion structurée de NETWORK6000+DCS est basée sur des modules. Un PID est traité comme un module. Pour accéder à sa valeur PV, accédez d'abord à son module et gérez-le sous forme de PID.PV. Cela centralisera toutes les données en mosaïque dans de petites boîtes et les gérera par module et composant. L'efficacité de la gestion sera grandement améliorée. Le problème de la communication et de l'échange de données PLC provient principalement du fait que le PLC a été développé depuis longtemps en tant que dispositif indépendant et n'a aucun concept de système ; De plus, il est principalement utilisé dans les petits systèmes de contrôle, et les problèmes ne sont pas évidents, donc le développement est lent. À l'heure actuelle, certains grands automates se sont améliorés sur cet aspect, mais il faudra beaucoup de temps pour atteindre le niveau de DCS. 2.3 Fonction de maintenance de configuration Les fonctions de maintenance de la configuration incluent la configuration logique, le téléchargement et la modification, le débogage des opérations, le diagnostic à distance, etc. Au début, l'API était dominé par le diagramme à contacts, tandis que le DCS était dominé par le diagramme de fonctions du module. Après des années de développement, la Commission électrotechnique internationale a spécifié cinq langages de programmation via la norme IEC1131-3. À l'heure actuelle, les principaux DCS et PLC sont tous d'accord avec cette norme et en prennent en charge plusieurs, voire la totalité. Du point de vue de l'efficacité du développement et de la lisibilité du programme, le diagramme fonctionnel du module et le diagramme fonctionnel séquentiel deviennent de plus en plus les principales méthodes de programmation, et la logique à relais et le texte structuré deviennent les outils de développement de modules personnalisés. Les grands automates ressemblent de plus en plus à DCS en mode configuration, et l'écart se réduit progressivement, tandis que les petits automates sont toujours dominés par le schéma à contacts. Après des années de développement, DCS a accumulé un grand nombre de modules d'algorithmes avancés. Par exemple, le module au niveau de l'appareil de NETWORK6000+ a complété les fonctions de base de contrôle et d'alarme de défaut orientées appareil dans un seul module, et a également été transféré en tant qu'unité dans la communication réseau, améliorant considérablement l'efficacité du développement logiciel. Un module de pôles d'appareil équivaut à une quantité logique à relais de 0,5K. Il est beaucoup plus fastidieux pour un automate de remplir la même fonction. L'automate manque de solutions en termes de téléchargement, de modification, d'exécution, de débogage et de diagnostic à distance. DCS est conçu du point de vue des besoins du système au début de sa conception et dispose d'une solution parfaite accumulée depuis de nombreuses années. En prenant NETWORK6000+DCS comme exemple, le système peut modifier la stratégie de contrôle en ligne ou télécharger la stratégie de contrôle en ligne. Pendant le processus de modification et de téléchargement, le fonctionnement normal du système ne sera pas affecté. NETWORK6000+DCS possède une fonction DCS virtuelle parfaite, qui peut non seulement être utilisée pour la vérification de la logique de configuration, mais également être intégrée dans un DCS virtuel complet connecté au modèle pour compléter la simulation et le débogage du système. NETWORK6000+DCS dispose de mesures de sécurité parfaites et fournit un schéma de débogage à distance basé sur le WAN. 2.4 Structure de l'emballage du matériel L'API est généralement un châssis à grand fond avec des modules d'E/S fermés. La structure fermée permet d'améliorer la fiabilité des modules d'E/S et résiste aux RF, à l'électricité statique et aux dommages. Il existe 8, 16 et 32 ​​points d'E/S pour les modules API. La plupart des DCS sont constitués d'un châssis standard de 19 pouces et de modules d'E/S enfichables, qui sont des structures exposées. Il y a 8 et 16 points d'E/S pour chaque module, et rarement 32 modules sont utilisés. Cette structure de DCS découle de son domaine d’application principalement dans les grands objets de contrôle. Le châssis standard de 19 pouces est pratique pour une configuration dense, et le plus petit nombre de points d'E/S est dû à l'exigence de dispersion. Le grand châssis inférieur et la structure de module fermé du PLC sont plus flexibles en termes de gestion et de configuration, et la fiabilité des équipements individuels est plus élevée. Par conséquent, de nombreux DCS ont également absorbé les avantages de la structure du PLC et ont adopté une structure d'emballage similaire à celle du PLC, telle que I/A avec coque métallique et NETWORK-6000+ avec coque en plastique conducteur. 2.5 Dispositif d'interaction homme-machine Au début, DCS en tant que système, son dispositif d'interaction homme-machine était un dispositif spécial fourni par le fabricant de DCS. Cependant, les fabricants d'automates ne fournissent généralement pas de dispositifs d'interaction homme-machine, qui sont souvent réalisés par des sociétés d'ingénierie de manière indépendante à l'aide de logiciels de surveillance généraux (tels que ifix, intouch et KingView). Le dispositif d'interaction homme-machine intégré au DCS présente souvent les caractéristiques de fonctions plus professionnelles et d'une meilleure stabilité, mais son prix est également très élevé. Avec le développement rapide de la technologie PC, certains logiciels de surveillance généraux se sont développés rapidement et leurs fonctions et performances ont progressivement dépassé les dispositifs spéciaux fournis par les fabricants de DCS. Par conséquent, de nombreux fabricants de DCS ont progressivement abandonné le dispositif d'interaction homme-machine dédié et utilisé le logiciel de surveillance commun comme le PLC. L'utilisation de logiciels de surveillance générale par les fabricants de DCS n'est pas un simple assemblage, mais sur la base d'un logiciel de surveillance générale, grâce au développement coopératif, la technologie de communication réseau et la technologie d'autodiagnostic du système accumulées depuis de nombreuses années sont conservées et héritées sous forme de progiciels. Par exemple, NETWORK-6000+ a utilisé au début le système d'interaction homme-machine T1000 basé sur le système d'exploitation spécial, mais maintenant il utilise principalement le système d'interaction homme-machine T3500 basé sur FIX/IFIX ou INTOUCH. Le package de communication réseau LINPOLL est développé et intégré par des entreprises européennes. 3. Situation du marché et orientation de développement de DCS et PLC Dans le domaine de l'automatisation thermique, le système de contrôle principal de l'installation utilise essentiellement le DCS, sans exception. Le PLC est uniquement utilisé dans l'atelier auxiliaire. La raison principale est que le premier système DCS est très coûteux. Les gens pensent que le fonctionnement de l'atelier auxiliaire peut être interrompu, que les exigences de fiabilité ne sont pas très élevées et que les exigences de contrôle analogique sont moindres. Du point de vue de la réduction des coûts, le PLC est souvent choisi pour construire le système de contrôle. Chaudière, turbine à vapeur et générateur machines électriques Le système de contrôle du DCS nécessite un fonctionnement stable et fiable à long terme, et le signal contient une proportion considérable de quantité analogique. Du point de vue des performances du système, les gens doivent choisir le coûteux DCS. De plus, nous découvrirons un phénomène intéressant en analysant la concurrence sur le marché entre le DCS de l'usine principale et le système de contrôle de l'usine auxiliaire. La concurrence des DCS dans l'usine principale se déroule souvent entre fournisseurs ou agents de marques différentes. La concurrence est féroce et le prix du DCS ne cesse de baisser. Cependant, la concurrence pour les systèmes de contrôle d'atelier auxiliaires se déroule souvent entre les sociétés d'ingénierie de la même marque de PLC. Le seuil est plus bas et la concurrence est plus féroce. Cependant, la baisse de prix du PLC n’est pas aussi évidente que celle du DCS. La raison principale est que les fabricants de DCS participent directement à la concurrence et que, sous la pression énorme du marché, les coûts de fabrication des équipements et les coûts de mise en œuvre des projets sont continuellement réduits. Cependant, les fabricants d'automates ne participent pas directement à la concurrence et chaque société d'ingénierie ne peut réduire que ses propres coûts d'ingénierie limités, avec un espace limité. Au vu de la situation actuelle, l'écart de prix entre DCS et PLC haut de gamme n'est pas évident, et l'atelier auxiliaire utilise encore davantage de PLC, en raison de l'inertie du marché. Avec l'expansion continue de la capacité installée des centrales électriques nationales et la promotion de la réforme du système électrique, les exigences en matière de contrôle des ateliers auxiliaires augmentent également. Dans cet environnement, il est devenu courant que le système DCS entre dans le contrôle de l'atelier auxiliaire. En raison de ses nombreux avantages techniques et économiques, NETWORK6000+DCS a joué et continuera de jouer un rôle de plus en plus important dans le contrôle auxiliaire des ateliers. Le PLC, largement utilisé dans l'atelier auxiliaire, ne sortira pas du stade historique de l'automatisation thermique. La pression concurrentielle sans précédent incitera les fabricants d'automates à se rapprocher du standard DCS en matière de technologie et à faire de plus grands efforts en matière de prix. Le résultat de la concurrence sur le marché permettra aux utilisateurs d'obtenir de plus grands avantages. 4. Conclusion DCS automate En tant que produit de la combinaison de la technologie informatique et de la technologie de contrôle, il a apporté sa propre contribution à l'amélioration du niveau d'automatisation thermique dans les centrales thermiques. En raison de leur grande similitude dans leurs applications, leurs avantages respectifs en matière de technologie ou de prix affecteront directement leur position sur le marché à différentes périodes. La réaction du marché reflétera également son évolution technologique et son ajustement rapide ou lent des prix. De la tendance générale, l'intégration et la promotion des DCS et PLC dans la technologie seront le courant dominant de la concurrence, et en termes de rapport coût/performance, vous continuerez à augmenter, ce qui sera également le thème principal du développement.