Belangrijkste verschillen tussen DCS en PLC

Op het gebied van thermische automatisering in thermische energiecentrales zijn DCS en PLC twee totaal verschillende en onlosmakelijk met elkaar verbonden concepten. Zowel DCS als PLC zijn de producten van de combinatie van computertechnologie en industriële besturingstechnologie. Het belangrijkste besturingssysteem van een thermische elektriciteitscentrale is DCS, terwijl PLC voornamelijk wordt gebruikt in de hulpwerkplaats van een elektriciteitscentrale. Zowel DCS als PLC hebben operatorstations die mens-computer-interactiemiddelen bieden, vertrouwen op computergebaseerde controllers om de besturingsoperaties te voltooien, voltooien gegevensuitwisseling met primaire elementen en actuatoren via I/O-kaarten, en beschikken over communicatiesystemen die netwerken worden genoemd. DCS en PLC lijken zo op elkaar. Waarom zijn er totaal verschillende concepten? Hoe kiezen we in de ingenieurspraktijk? Dit artikel vat de geschiedenis, technische kenmerken, ontwikkelingsrichting en andere aspecten samen, in de hoop een referentie te bieden voor professionals op het gebied van thermische techniek. Neem NETWORK6000+ als voorbeeld voor DCS en streef ernaar gedetailleerde en duidelijke voorbeelden te geven. 1. Geschiedenis en kernconcepten van DCS en PLC DCS is de Engelse afkorting voor totaal gedistribueerd besturingssysteem. Het verwijst naar risicospreiding en dataconcentratie. Halverwege de jaren zeventig kwam het op de markt en voltooide het de analoge hoeveelheidscontrole, ter vervanging van het analoge controle-instrument op basis van PID-berekening. Allereerst werd het idee van DCS naar voren gebracht door instrumentfabrikanten, die destijds vooral in de chemische industrie werden gebruikt. Eind jaren zestig werd met succes PLC ontwikkeld, die Programmable Logic Controller (PLC) wordt genoemd. Wordt voornamelijk gebruikt in de automobielindustrie. De ontwerpprincipes van DCS en PLC zijn behoorlijk verschillend. PLC is ontwikkeld op basis van het imiteren van het oorspronkelijke relaisbesturingsprincipe. In de jaren zeventig beschikte PLC alleen over schakellogica. Het slaat instructies op voor het uitvoeren van logische bewerkingen, volgordecontrole, timing, tellen en bediening; Het bestuurt ook verschillende machines of productieprocessen via digitale invoer- en uitvoerbewerkingen. Het door de gebruiker opgestelde besturingsprogramma geeft uitdrukking aan de technologische eisen van het productieproces. Sla ze op in het gebruikersprogrammageheugen van PLC en voer ze één voor één uit volgens de inhoud van het opgeslagen programma tijdens bedrijf om de bewerking te voltooien die vereist is door de processtroom. DCS is ontwikkeld op basis van een operationele versterker. De relatie tussen alle functies en procesvariabelen is als functieblok vormgegeven. Halverwege de jaren zeventig had DCS alleen analoge besturing. Het belangrijkste verschil tussen DCS en PLC-controller zit in de berekening van de schakelwaarde en de analoge waarde. Ook al infiltreren de twee elkaar later, er zijn nog steeds verschillen. Na de jaren tachtig heeft PLC naast logische berekeningen ook enkele regellusalgoritmen toegevoegd, maar het is nog steeds moeilijk om sommige complexe berekeningen uit te voeren. PLC gebruikt een ladderdiagram om te programmeren, en de berekening van analoge grootheden is niet erg intuïtief bij het programmeren, en programmeren is lastiger. Maar in termen van het oplossen van logica toont het het voordeel van snel. DCS gebruikt functieblokken om analoge en logische bewerkingen in te kapselen. De expressie van zowel logische als complexe analoge bewerkingen is heel duidelijk, maar de expressie-efficiëntie van logische bewerkingen is relatief laag vergeleken met PLC. Het verschil tussen DCS en PLC in de geschiedenis is duidelijk, wat een aanzienlijke impact heeft op hun latere ontwikkeling. De grootste impact op de daaropvolgende ontwikkeling is echter niet het verschil in de herkomsttechnologie, maar het verschil in het herkomstconcept. Het kernconcept van DCS is het computerbesturingssysteem met decentrale risico's en gecentraliseerde data. Daarom bestaat het ontwikkelingsproces van DCS uit het voortdurend gebruiken van de nieuwste prestaties op het gebied van computertechnologie, communicatietechnologie en besturingstechnologie om een ​​compleet gedistribueerd besturingssysteem te bouwen. DCS biedt gebruikers een complete, veilige, betrouwbare, efficiënte en flexibele oplossing voor industriële besturing. Het kernconcept van PLC is een programmeerbare controller, die wordt gebruikt om relais te vervangen, logica, timing, tellen en andere sequentiële besturingsfuncties uit te voeren en een flexibel programmabesturingsapparaat tot stand te brengen. Daarom is de hoofdlijn van de voortdurende ontwikkeling van PLC het continu verbeteren van verschillende capaciteitsindicatoren en het bieden van een compleet en flexibel besturingsapparaat aan gebruikers. DCS is een systeem en PLC is een apparaat, wat het fundamentele verschil in concept tussen de twee is. De impact van dit verschil is diepgaand. Het doordringt elk aspect van de technologie-economie. 2. Technische kenmerken en onderlinge penetratie van DCS en PLC Verschillende conceptuele basis en verschillend ontwikkelingspad zorgen ervoor dat DCS en PLC verschillende technische kenmerken hebben, en de ontwikkeling van technologie is niet gesloten, en wederzijds leren en wederzijdse penetratie lopen ook altijd door het ontwikkelingsproces. 2.1 Controle verwerkingscapaciteit We weten dat een PLC-controller vaak duizenden I/O-punten aankan (tot meer dan 8000 I/O's). De controller van DCS kan slechts honderden I/O-punten verwerken (niet meer dan 500 I/O-punten). Is het technische niveau van DCS-ontwikkelaars te laag? Ik ben bang van niet. In termen van de vereisten van het gedistribueerde systeem is gecentraliseerde controle niet toegestaan. De controllers met te veel punten zijn in praktische toepassingen nutteloos. De DCS-ontwikkelaars hoeven de drive helemaal niet met veel I/O-puntcontrollers te ontwikkelen. Hun belangrijkste energie is het bieden van de betrouwbaarheid en flexibiliteit van het systeem. PLC is echter anders. Als onafhankelijk flexibel besturingsapparaat betekent hoe sterker het vermogen om punten te dragen uiteraard hoe hoger het technische niveau. Wat het applicatieniveau van het gehele besturingssysteem betreft, dit is vooral een zaak van de engineers en gebruikers, en niet het kerndoel van de PLC-fabrikant. Een andere indicator voor de verwerkingscapaciteit van de besturing, de rekensnelheid, is in de indruk van mensen ook veel sneller dan DCS. Vanuit een bepaald gezichtspunt is de situatie ook waar. De efficiëntie van de logische werking van PLC is zeer hoog. De uitvoering van een 1K logisch programma duurt minder dan 1 ms, en de besturingscyclus ervan (waarbij als voorbeeld de DI-invoer rechtstreeks naar de DO-uitvoer wordt gestuurd) kan binnen 50 ms worden bestuurd; DCS gebruikt echter dezelfde manier om logische en analoge werking te verwerken, en de besturingscyclus bedraagt ​​vaak meer dan 100 ms. Wanneer we het PID-algoritme gebruiken om te vergelijken, kunnen we ontdekken dat het een paar milliseconden duurt voordat de PLC een PID-bewerking uitvoert, en het duurt ook één milliseconde voordat de T2550-controller van NETWORK6000+DCS een PID oplost. Hieruit blijkt dat het rekenvermogen van PLC en DCS gelijkwaardig is aan dat van de daadwerkelijke werking, en dat een bepaald type DCS-controller nog sterker is. Het verschil in besturingscyclus houdt voornamelijk verband met het planningsontwerp van de controller. Grote PLC's gebruiken vaak de hulp-CPU om de analoge berekening te voltooien, en de hoofd-CPU voltooit de schakelberekening op hoge snelheid, dus zelfs als de analoge berekeningssnelheid gemiddeld is, zijn de snelheidsprestaties in de schakelbesturing zeer uitstekend. DCS verwerkt echter de schakelwaarde en de analoge berekening met dezelfde snelheid, en de index van de regelcyclus is niet ideaal. De nieuwe DCS-controller heeft het ontwerp van een grote PLC geleerd en de prestaties in de besturingscyclus zijn aanzienlijk verbeterd. Neem als voorbeeld de T2550-controller van NETWORK6000+DCS. De controller kan vier taken instellen met verschillende prioriteiten, en de minimale werkingscyclus kan worden ingesteld op 10 ms. Met een snelle I/O-kaart kan de besturingscyclus 15 ~ 20 ms bereiken. Analoge berekening wordt ingesteld in andere taken met een lange cyclus. 2.2 Uitwisseling van datacommunicatie Datacommunicatie-uitwisseling heeft voornamelijk betrekking op het besturingssysteemnetwerk en de vorm van gegevensuitwisseling. DCS heeft in dit opzicht inherente voordelen. Het 'gedecentraliseerde' van het gedistribueerde systeem wordt voornamelijk weerspiegeld in de onafhankelijke controller, en het 'gecentraliseerde' wordt voornamelijk weerspiegeld in het mens-computer-interactie-apparaat met volledige gegevens. Het is het netwerk dat het gedecentraliseerde en gecentraliseerde in het gedistribueerde systeem verbindt. Daarom is netwerk vanaf het beginstadium van de ontwikkeling van DCS de kerntechnologierichting van DCS-fabrikanten geworden. Redundantietechnologie en smalbandtransmissietechnologie zijn de eerste die met succes zijn ontwikkeld of toegepast door DCS-fabrikanten. PLC is voornamelijk ontworpen op basis van onafhankelijke apparaten, en het "netwerk" is feitelijk seriële communicatie. Industrieel Ethernet De ontwikkeling en brede toepassing van de technologie hebben de kloof tussen DCS- en PLC-netwerken qua vorm gedicht. Op het eerste gezicht hebben veel DCS en PLC's industrieel Ethernet toegepast, maar er is nog steeds een aanzienlijke kloof. Neem bijvoorbeeld MODBUS-TCP dat door veel PLC's wordt gebruikt. MODBUS is een serieel communicatieprotocol, geen netwerk. Iedereen twijfelt niet; Is MODBUS-TCP een netwerk? Veel mensen hebben vragen. Na zorgvuldige analyse is MODBUS-TCP een communicatiemodus die het MODBUS-communicatieprotocol op het TCP-protocol van Ethernet laadt. Hoewel het er uitziet als een netwerk, is het nog steeds een master- en multi-slave-beheermodus en een datatabeltransmissiestructuur. Wat DCS betreft, waarbij het ELIN-netwerk van 6000+DCS als voorbeeld wordt genomen, hoewel het ook gebaseerd is op industrieel Ethernet, is het applicatielaagprotocol het eigenaarloze token LIN-netwerkprotocol dat al bijna 30 jaar door Europese bedrijven is verzameld en dat met succes is toegepast. in 1M OLIN, 2.5M en 20M ARCNET voor een lange tijd. Op ELIN zijn alle stations gelijk en is er geen hoofdbeheerstation. Bovendien bestaat datacommunicatie uit gestructureerde gegevens op basis van modules, en zijn de mogelijkheden voor gegevensbeheer vergelijkbaar met die van een gegevenstabel. Neem de PID-module als voorbeeld. De basisgegevens omvatten PV, SP en OP. De transmissiemethode van de gegevenstabel wordt overgenomen. U moet eerst de dataadressen van PV, SP en OP definiëren als 01, 02 en 03. Andere stations ontvangen ook gegevens in de vorm van een datatabel, maar welke gegevens zijn 01? Welke gegevens zijn 02? Voor het herstellen moet de gegevensdefinitietabel worden gebruikt. De methode voor het beheren van gegevenstabellen is vervelend en foutgevoelig. Het is vreselijk om deze methode te gebruiken om tienduizenden gegevenspunten in een groot systeem te beheren. Het gestructureerde beheer van NETWORK6000+DCS is gebaseerd op modules. Een PID wordt behandeld als een module. Om toegang te krijgen tot de PV-waarde, moet u eerst de module openen en beheren in de vorm van PID.PV. Hierdoor worden alle samengevoegde gegevens in kleine vakjes gecentraliseerd en per module en component beheerd. De efficiëntie van het management zal aanzienlijk worden verbeterd. Het probleem van PLC-datacommunicatie en -uitwisseling komt voornamelijk voort uit het feit dat PLC al lange tijd als zelfstandig apparaat is ontwikkeld en geen systeemconcept heeft; Bovendien wordt het vooral gebruikt in kleine besturingssystemen en zijn de problemen niet voor de hand liggend, waardoor de ontwikkeling traag verloopt. Momenteel zijn sommige grote PLC's op dit vlak verbeterd, maar het zal nog lang duren voordat ze het niveau van DCS bereiken. 2.3 Configuratie onderhoudsfunctie Configuratieonderhoudsfuncties omvatten logische configuratie, downloaden en wijzigen, foutopsporing van de werking, diagnose op afstand, enz. In het beginstadium werd PLC gedomineerd door het ladderdiagram, terwijl DCS werd gedomineerd door het modulefunctiediagram. Na jaren van ontwikkeling heeft de Internationale Elektrotechnische Commissie vijf programmeertalen gespecificeerd via de IEC1131-3-standaard. Momenteel zijn de reguliere DCS en PLC het allemaal eens met deze standaard en ondersteunen ze meerdere of allemaal. Vanuit het perspectief van ontwikkelingsefficiëntie en leesbaarheid van programma's worden modulefunctiediagrammen en sequentiële functiediagrammen steeds meer de belangrijkste programmeermethoden, en worden ladderlogica en gestructureerde tekst de ontwikkelingshulpmiddelen voor op maat gemaakte modules. Grote PLC's lijken qua configuratiemodus steeds meer op DCS, en de kloof wordt geleidelijk kleiner, terwijl kleine PLC's nog steeds worden gedomineerd door ladderdiagrammen. Na jaren van ontwikkeling heeft DCS een groot aantal geavanceerde algoritmemodules verzameld. De module op apparaatniveau van NETWORK6000+ heeft bijvoorbeeld de basisapparaatgeoriënteerde besturings- en foutalarmfuncties in één module voltooid en is ook als een eenheid overgedragen in netwerkcommunicatie, waardoor de efficiëntie van de softwareontwikkeling aanzienlijk is verbeterd. Een apparaatpoolmodule komt overeen met een ladderlogische hoeveelheid van 0,5K. Het is voor PLC veel lastiger om dezelfde functie te vervullen. PLC mist oplossingen op het gebied van downloaden, wijzigen, uitvoeren, debuggen en diagnose op afstand. DCS is ontworpen vanuit het perspectief van de systeembehoeften aan het begin van het ontwerp, en heeft al vele jaren een perfecte oplossing opgebouwd. Met NETWORK6000+DCS als voorbeeld kan het systeem de regelstrategie online wijzigen of de regelstrategie online downloaden. Tijdens het wijzigings- en downloadproces wordt de normale werking van het systeem niet beïnvloed. NETWORK6000+DCS heeft een perfecte virtuele DCS-functie, die niet alleen kan worden gebruikt voor de verificatie van configuratielogica, maar ook kan worden ingebouwd in een complete virtuele DCS die met het model is verbonden om de simulatie en het debuggen van het systeem te voltooien. NETWORK6000+DCS heeft perfecte beveiligingsmaatregelen en biedt foutopsporing op afstand op basis van WAN. 2.4 Structuur van hardwareverpakking PLC is over het algemeen een frame met grote bodem en gesloten I/O-modules. De gesloten structuur verbetert de betrouwbaarheid van I/O-modules en is bestand tegen RF, statische elektriciteit en schade. Er zijn 8, 16 en 32 I/O-punten voor PLC-modules. De meeste DCS zijn 19-inch standaardchassis plus plug-in I/O-modules, dit zijn zichtbare structuren. Er zijn 8 en 16 I/O-punten voor elke module, en er worden zelden 32 modules gebruikt. Deze structuur van DCS komt voort uit het toepassingsgebied ervan, voornamelijk in grote besturingsobjecten. Het 19-inch standaardchassis is handig voor een compacte lay-out, en het kleinere aantal I/O-punten is te wijten aan de vereiste van spreiding. Het frame met grote bodem en de gesloten modulestructuur van PLC zijn flexibeler in beheer en configuratie, en de betrouwbaarheid van individuele apparatuur is hoger. Daarom hebben veel DCS ook de voordelen van PLC in structuur geabsorbeerd en een verpakkingsstructuur overgenomen die vergelijkbaar is met PLC, zoals I/A met metalen omhulsel en NETWORK-6000+ met geleidende plastic omhulsel. 2.5 Apparaat voor interactie tussen mens en computer In de begindagen was DCS als systeem, het mens-computer-interactieapparaat, een speciaal apparaat dat werd geleverd door de DCS-fabrikant. PLC-fabrikanten leveren echter over het algemeen geen mens-computer-interactie-apparaten, die vaak door technische bedrijven onafhankelijk worden voltooid met behulp van algemene monitoringsoftware (zoals ifix, intouch en KingView). Het mens-computer-interactieapparaat dat met DCS is geïntegreerd, heeft vaak de kenmerken van meer professionele functies en betere stabiliteit, maar de prijs is ook erg hoog. Met de snelle ontwikkeling van pc-technologie heeft sommige algemene bewakingssoftware zich snel ontwikkeld, en de functies en prestaties ervan hebben geleidelijk de speciale apparaten van DCS-fabrikanten overtroffen. Daarom hebben veel DCS-fabrikanten geleidelijk het speciale mens-computer-interactieapparaat verlaten en de gebruikelijke monitoringsoftware zoals PLC gebruikt. Het gebruik van algemene monitoringsoftware door DCS-fabrikanten is geen eenvoudige assemblage, maar op basis van algemene monitoringsoftware worden door gezamenlijke ontwikkeling de netwerkcommunicatietechnologie en systeemzelfdiagnosetechnologie die gedurende vele jaren zijn verzameld, behouden en geërfd in de vorm van speciale softwarepakketten. NETWORK-6000+ maakte in een vroeg stadium bijvoorbeeld gebruik van het T1000 mens-computer-interactiesysteem gebaseerd op het speciale besturingssysteem, maar nu maakt het voornamelijk gebruik van het T3500 mens-computer-interactiesysteem gebaseerd op FIX/IFIX of INTOUCH. Het LINPOLL-netwerkcommunicatiepakket is ontwikkeld en geïntegreerd door Europese bedrijven. 3. Marktsituatie en ontwikkelingsrichting van DCS en PLC Op het gebied van de thermische automatisering maakt het centrale besturingssysteem in principe zonder uitzondering gebruik van DCS. PLC wordt alleen gebruikt in de hulpwerkplaats. De belangrijkste reden is dat het vroege DCS-systeem erg duur is. Mensen denken dat de werking van de hulpwerkplaats kan worden onderbroken, dat de betrouwbaarheidseisen niet erg hoog zijn en dat de analoge besturingseisen minder zijn. Vanuit het perspectief van kostenreductie wordt vaak gekozen voor PLC om het besturingssysteem te bouwen. Ketel, stoomturbine en generator elektrische machines Het besturingssysteem van DCS vereist een stabiele en betrouwbare werking op de lange termijn, en het signaal bevat een aanzienlijk deel van de analoge grootheid. Uit de prestaties van het systeem moeten mensen de dure DCS kiezen. Bovendien zullen we een interessant fenomeen ontdekken door de marktconcurrentie tussen het DCS van de hoofdinstallatie en het besturingssysteem van de hulpinstallatie te analyseren. De concurrentie van DCS in de hoofdfabriek vindt vaak plaats tussen leveranciers of agenten van verschillende merken. De concurrentie is hevig en de prijs van DCS daalt voortdurend. De concurrentie van hulpwerkplaatsbesturingssystemen wordt echter vaak uitgevoerd tussen de technische bedrijven van hetzelfde PLC-merk. De drempel ligt lager en de concurrentie is heviger. De prijsverlaging van PLC is echter niet zo voor de hand liggend als die van DCS. De belangrijkste reden is dat de DCS-fabrikanten rechtstreeks deelnemen aan de concurrentie, en onder de enorme druk van de markt worden de productiekosten van apparatuur en de projectimplementatiekosten voortdurend verlaagd. PLC-fabrikanten nemen echter niet rechtstreeks deel aan de concurrentie, en elk engineeringbedrijf kan alleen zijn eigen beperkte engineeringkosten verlagen, met beperkte ruimte. Uit de huidige situatie is het prijsverschil tussen DCS en high-end PLC niet duidelijk, en de hulpwerkplaats maakt nog steeds meer gebruik van PLC, wat te wijten is aan de traagheid van de markt. Met de voortdurende uitbreiding van de geïnstalleerde capaciteit van binnenlandse energiecentrales en de bevordering van de hervorming van het energiesysteem, nemen ook de eisen voor de controle van de hulpwerkplaats toe. In deze omgeving is het een trend geworden dat het DCS-systeem de controle overneemt van de hulpwerkplaats. Vanwege de uitgebreide technische en economische voordelen heeft NETWORK6000+DCS een steeds belangrijkere rol gespeeld en zal dat ook blijven doen in de besturing van hulpwerkplaatsen. PLC, dat veel wordt gebruikt in de hulpwerkplaats, zal zich niet terugtrekken uit de historische fase van thermische automatisering. De ongekende concurrentiedruk zal PLC-fabrikanten ertoe aanzetten de DCS-standaard qua technologie te benaderen en grotere inspanningen te leveren op het gebied van de prijs. Het resultaat van marktconcurrentie zal gebruikers in staat stellen grotere voordelen te verkrijgen. 4. Conclusie DCS PLC Als product van de combinatie van computertechnologie en besturingstechnologie heeft het zijn eigen bijdrage geleverd aan de verbetering van het thermische automatiseringsniveau in thermische energiecentrales. Vanwege hun grote gelijkenis in toepassing zullen hun respectieve technologie- of prijsvoordelen hun marktpositie in verschillende perioden rechtstreeks beïnvloeden. De reactie van de markt zal ook hun technologische ontwikkeling en prijsaanpassing, snel of langzaam, weerspiegelen. Vanuit de algemene trend zal de integratie en promotie van DCS en PLC in technologie de hoofdstroom van de concurrentie zijn, en in termen van kostenprestaties zul je blijven stijgen, wat ook het hoofdthema van de ontwikkeling zal zijn.