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DCS与PLC的区别要点

lj7071  发表于 2008/9/23 21:59:01    精华  2714 查看 16 回复  [上一主题]  [下一主题]

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1. DCS是一种“分散式控制系统”,而PLC (可编程控制器) 只是一种控制“装置”,两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能. 

  2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的中枢神经,它是安全可靠双冗余的高速通讯网络,系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为个体工作,其在与别的PLC或上位机进行通讯时,所采用的网络形式基本都是单网结构,网络协议也经常与国际标准不符。在网络安全上,PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余.

  3. DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系,任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统,其站与站(PLC与PLC)之间的联系则是一种松散连接方式,是做不出协调控制的功能。

  4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口,外接系统或扩展系统都十分方便,PLC所搭接的整个系统完成后,想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

  5. DCS安全性:为保证DCS控制的设备的安全可靠,DCS采用了双冗余的控制单元,当重要控制单元出现故障时,都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元,保证整个系统的安全可靠。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念,就更谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时,不得不将整个系统停下来,才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。

  6. 系统软件,对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能,当某个方案发生变化后,工程师只需要在工程师站上将更改过的方案编译后,执行下装命令就可以了,下装过程是由系统自动完成的,不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说,工作量极其庞大,首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC,然后要用与之对应的编译器进行程序编译,最后再用专用的机器(读写器)专门一对一的将程序传送给这个PLC,在系统调试期间,大量增加调试时间和调试成本,而且极其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中(500点以上),基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。

  7. 模块:DCS系统所有I/O模块都带有CPU,可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换,故障带电插拔,随机更换。而PLC模块只是简单电气转换单元,没有智能芯片,故障后相应单元全部瘫痪。

  8.现在高端的PLC与DCS的功能已经差不多,DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能,同时对运算和模拟量的处量比较拿手。

  9.PLC还分大、中、小、微PLC,其中微型的只卖几百块到2000块,点数也好少,大型的可以带数千点,运算能力与DCS差不多,但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多,只是重点不一样。

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    lj7071   发表于 2007/3/25 14:08:56

    一、引言

      在工业自动化控制系统中,最为常见的是PLC和变频器的组合应用,并且产生了多种多样的PLC控制变频器的方法,其中采用RS-485通讯方式实施控制的方案得到广泛的应用:因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。但是,RS-485的通讯必须解决数据编码、求取校验和、成帧、发送数据、接收数据的奇偶校验、超时处理和出错重发等一系列技术问题,一条简单的变频器操作指令,有时要编写数十条PLC梯形图指令才能实现,编程工作量大而且繁琐,令设计者望而生畏。


      本文介绍一种非常简便的三菱FX系列PLC通讯方式控制变频器的方法:它只需在PLC主机上安装一块RS-485通讯板或挂接一块RS-485通讯模块; 在PLC的面板下嵌入一块造价仅仅数百元的“功能扩展存储盒”,编写4条极其简单的PLC梯形图指令,即可实现8台变频器参数的读取、写入、各种运行的监视和控制,通讯距离可达50m或500m。这种方法非常简捷便利,极易掌握。本文以三菱产品为范例,将这种“采用扩展存储器通讯控制变频器”的简便方法作一简单介绍。


      二、三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置


      1、系统硬件组成


      如图1~图3所示。




    图1 三菱PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的系统配置

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    引用 lj7071 2007/3/25 14:08:56 发表于2楼的内容

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    lj7071   发表于 2007/3/25 14:10:45

     



    图2 FX2N-485-BD通讯板外形图




    图3 三菱变频器 PU插口外形及插针号


      FX2N系列PLC(产品版本V 3.00以上)1台(软件采用FX-PCS/WIN-C V 3.00版);FX2N-485-BD通讯模板1块(最长通讯距离50m);或FX0N-485ADP通讯模块1块+FX2N-CNV-BD板1块(最长通讯距离500m);FX2N-ROM-E1功能扩展存储盒1块(安装在PLC本体内)带RS485通讯口的三菱变频器8台(S500系列、E500系列、F500系列、F700系列、A500系列、V500系列等,可以相互混用,总数量不超过8台;三菱所有系列变频器的通讯参数编号、命令代码和数据代码相同。);RJ45电缆(5芯带屏蔽);终端阻抗器(终端电阻)100Ω;选件:人机界面(如F930GOT等小型触摸屏)1台。 


      2、硬件安装方法


      (1) 用网线专用压接钳将电缆的一头和RJ45水晶头进行压接;另一头则按图1~图3的方法连接FX2N-485-BD通讯模板,未使用的2个P5S端头不接。


      (2) 揭开PLC主机左边的面板盖, 将FX2N-485-BD通讯模板和FX2N-ROM-E1功能扩展存储器安装后盖上面板。


      (3) 将RJ45电缆分别连接变频器的PU口,网络末端变频器的接受信号端RDA、RDB之间连接一只100Ω终端电阻,以消除由于信号传送速度、传递距离等原因,有可能受到反射的影响而造成的通讯障碍。

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    引用 lj7071 2007/3/25 14:10:45 发表于3楼的内容

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    lj7071   发表于 2007/3/25 14:11:55

    3、变频器通讯参数设置

      为了正确地建立通讯,必须在变频器设置与通讯有关的参数如“站号”、“通讯速率”、“停止位长/字长”、“奇偶校验”等等。变频器内的Pr.117~Pr.124参数用于设置通讯参数。参数设定采用操作面板或变频器设置软件FR-SW1-SETUP-WE在PU口进行。


      4、变频器设定项目和指令代码举例


      如表1所示。参数设定完成后, 通过PLC程序设定指令代码、数据和开始通讯, 允许各种类型的操作和监视。



      5、变频器数据代码表举例 


      如表2所示。


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    引用 lj7071 2007/3/25 14:11:55 发表于4楼的内容

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    lj7071   发表于 2007/3/25 14:13:09

    6、PLC编程方法及示例 

      (1) 通讯方式 


      PLC与变频器之间采用主从方式进行通讯,PLC为主机,变频器为从机。1个网络中只有一台主机,主机通过站号区分不同的从机。它们采用半双工双向通讯,从机只有在收到主机的读写命令后才发送数据。


      (2) 变频器控制的PLC指令规格


      如表3所示。



      (3) 变频器运行监视的PLC语句表程序示例及注释 

      LD M8000    运行监视;EXTR K10 K0 H6F D0    EXTR K10:运行监视指令;K0:站号0;H6F:频率代码(见表1); D0:PLC读取地址(数据寄存器)。指令解释:PLC一直监视站号为0的变频器的转速(频率)。


      (4) 变频器运行控制的PLC语句表程序示例及注释
      LD  X0    运行指令由X0输入;
      SET  M0    置位M0辅助继电器;
      LD  M0  


      EXTR K11 K0 HFA H02    EXTR K11:运行控制指令; K0:站号0;HFA:运行指令(见表1); H02:正转指令(见表1)。
      AND  M8029    指令执行结束;
      RST  M0    复位M0辅助继电器。
      指令解释:PLC向站号为0的变频器发出正转指令。

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    引用 lj7071 2007/3/25 14:13:09 发表于5楼的内容

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    lj7071   发表于 2007/3/25 14:14:12

    (5) 变频器参数读取的PLC语句表程序示例及注释
      LD  X3    参数读取指令由X3输入;
      SET  M2    置位M2辅助继电器;
      LD  M2  
      EXTR  K12 K3 K2 D2    EXTR K10:变频器参数读取指令;  K3:站号3;K2:参数2-下限频率(见表2);  D2:PLC读取地址(数据寄存器)。
      OR  RST  M2    复位M2辅助继电器。
      指令解释:PLC一直读取站号3的变频器的2号参数-下限频率。

      (6) 变频器参数写入的PLC语句表程序示例及注释
      LD  X1    参数变更指令由X3输入;
      SET  M1    置位M1辅助继电器;
      LD  M1  
      EXTR K13 K3 K7 K10    EXTR K13:变频器参数写入指令;K3:站号3;K7:参数7-加速时间(见表2);K10:写入的数值。
      EXTR K13 K3 K8 K10    EXTR K13:变频器参数写入指令;K3:站号3;K8:参数8-减速时间(见表2);  K10:写入的数值。
      AND  M8029    指令执行结束;
      RST  M1    复位M1辅助继电器。
      指令解释:PLC将站号3的变频器的7号参数-加速时间、8号参数-减速时间变更为10。


      三、三菱PLC控制变频器的各种方法综合评述与对比


      1、PLC的开关量信号控制变频器


      PLC(MR型或MT型)的输出点、COM点直接与变频器的STF(正转启动)、RH(高速)、RM(中速)、RL(低速)、输入端SG等端口分别相连。PLC可以通过程序控制变频器的启动、停止、复位; 也可以控制变频器高速、中速、低速端子的不同组合实现多段速度运行。但是,因为它是采用开关量来实施控制的,其调速曲线不是一条连续平滑的曲线,也无法实现精细的速度调节。这种开关量控制方法,其调速精度无法与采用扩展存储器通讯控制的相比。


      2、PLC的模拟量信号控制变频器


      硬件:FX1N型、FX2N型PLC主机,配置1路简易型的FX1N-1DA-BD扩展模拟量输出板; 或模拟量输入输出混合模块FX0N-3A; 或两路输出的FX2N-2DA; 或四路输出的FX2N-4DA模块等。


      优点: PLC程序编制简单方便,调速曲线平滑连续、工作稳定。

      缺点: 在大规模生产线中,控制电缆较长,尤其是DA模块采用电压信号输出时,线路有较大的电压降,影响了系统的稳定性和可靠性。另外,从经济角度考虑,如控制8台变频器,需要2块    FX2N-4DA模块,其造价是采用扩展存储器通讯控制的5~7倍。

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    引用 lj7071 2007/3/25 14:14:12 发表于6楼的内容

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    lj7071   发表于 2007/3/25 14:15:44

    3、PLC采用RS-485无协议通讯方法控制变频器

      这是使用得最为普遍的一种方法,PLC采用RS串行通讯指令编程。


      优点:硬件简单、造价最低,可控制32台变频器。

      缺点:编程工作量较大。从本文的第二章可知:采用扩展存储器通讯控制的编程极其简单,从事过PLC编程的技术人员只要知道怎样查表,仅仅数小时即可掌握,增加的硬件费用也很低。这种方法编程的轻松程度,是采用RS-485无协议通讯控制变频器的方法所无法相比的。 


      4、PLC采用RS-485的Modbus-RTU通讯方法控制变频器


      三菱新型F700系列变频器使用RS-485端子利用Modbus-RTU协议与PLC进行通讯。


      优点:  Modbus通讯方式的PLC编程比RS-485无协议方式要简单便捷。

      缺点: PLC编程工作量仍然较大。 


      5、PLC采用现场总线方式控制变频器


      三菱变频器可内置各种类型的通讯选件,如用于CC-Link现场总线的FR-A5NC选件; 用于Profibus DP现场总线的FR-A5AP(A)选件; 用于DeviceNet现场总线的FR-A5ND选件等等。三菱FX系列PLC有对应的通讯接口模块与之对接。


      优点: 速度快、距离远、效率高、工作稳定、编程简单、可连接变频器数量多。
      
      缺点: 造价较高,远远高于采用扩展存储器通讯控制的造价。 


      综上所述,PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的方法确有造价低廉、易学易用、性能可靠的优势; 若配置人机界面,变频器参数设定和监控将变得更加便利。


      1台PLC和不多于8台变频器组成的交流变频传动系统是常见的小型工业自动化系统,广泛地应用在小型造纸生产线、单面瓦楞纸板机械、塑料薄膜生产线、印染煮漂机械、活套式金属拉丝机等各个工业领域。采用简便控制方法,可以使工程方案拥有通讯控制的诸多优势,又可省却RS-485数据通讯中的诸多繁杂计算,使工程质量和工作效率得到极大的提高。但是,这种简便方法也有其缺陷:它只能控制变频器而不能控制其它器件;此外,控制变频器的数量也受到了限制。


       四、结束语


      本文较为详细地介绍了PLC采用扩展存储器通讯控制变频器的简便方法,并综合评述了三菱PLC控制变频器的各种方法。深入了解这些方法,有助于提高交流变频传动控制系统设计的科学性、先进性和经济性。读者可以根据系统的具体情况,选择合适的方案。本文重点介绍的简便方法尽管有其缺陷,但仍不失为一种有推广价值的好方法。

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    引用 lj7071 2007/3/25 14:15:44 发表于7楼的内容

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    happyoicq   发表于 2007/3/25 16:07:25

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    phjxx   发表于 2007/3/26 16:21:27

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    引用 phjxx 2007/3/26 16:21:27 发表于9楼的内容

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    引用 218hty 2007/3/29 14:28:02 发表于11楼的内容

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