石家莊華格自動(dòng)化科技有限公司
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閱讀：5024發(fā)布時(shí)間：2024-9-6
SIS與ESD、DCS、PLC者，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常被誤解，本文從四者最基本的概念，到四者之間具體的關(guān)系進(jìn)行逐一講解，幫助儀表人了解并掌握。
SIS與DCS之間的區(qū)別
SIS與DCS在石油、石化生產(chǎn)過(guò)程中分別起著不同的作用， 如下圖所示:生產(chǎn)裝置從安全角度來(lái)講，可分為3個(gè)層次: 第·一層為生產(chǎn)過(guò)程層，第二層為過(guò)程控制層，第三層為安全儀表系統(tǒng)停車保護(hù)層。
SIS與ESD之間的區(qū)別
SIS是系統(tǒng)化的概念，更關(guān)注整體性的概念，從命名就可以看出來(lái)，SIS關(guān)注回路，關(guān)注系統(tǒng)整體。安全型的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)器件(變送器，儀表，傳感器)--->安全型AI---安全型控制器-
安全型的DO---》安全型的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器件(安全關(guān)斷閥，泄壓閥，保護(hù)器等)。而ESD通常是指，安全控制系統(tǒng)廠家生產(chǎn)的，安全型控制器，(CPU),I0,等純控制系統(tǒng)的概念。
從本質(zhì)上來(lái)講，SIS的硬件系統(tǒng)不光包括，SIS控制器及IO (例如Triconex，HIMA,西門子400FH)。
還應(yīng)包括所有跟控制器接口的其他輸入部件，例如獲得TUV SIL認(rèn)證的傳感器，變送器，檢測(cè)裝置；
還應(yīng)該包括所有輸出部件，如獲得TUV SIL認(rèn)證的執(zhí)行器(液壓安全執(zhí)行器，氣動(dòng)安全執(zhí)行器，電動(dòng)型安全執(zhí)行器)，
還應(yīng)該有獲得認(rèn)證的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。要求嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)，閥門本體也必須是有TUV證書的。
例如核電廠的安全閥不光是鍋爐與壓力容器質(zhì)檢合格，還應(yīng)該有核檢證書，還應(yīng)該有TUV的安規(guī)證書，明確標(biāo)明是SIL 幾等級(jí)。
ESD是生產(chǎn)廠家的安全性控制器用在不同的場(chǎng)合，根據(jù)不同的用途，有著這些不同的叫法，從理論上說(shuō)，只有ESD， “未必"會(huì)是個(gè)完整的SIS控制系統(tǒng)。ESD僅僅是SIS中的一環(huán)，
而且是在實(shí)體硬件中，是最重要的一環(huán)。
DCS與PLC之間的區(qū)別
1、從發(fā)展的方面來(lái)說(shuō):
DCS從傳統(tǒng)的儀表盤監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)。因此，DCS從先天性來(lái)說(shuō)較為側(cè)重儀表的控制，比如我們使用的YOKOGAWA CS3000DCS系統(tǒng)甚至沒(méi)有PID數(shù)量的限制(PID,比例微分積分
算法，是調(diào)節(jié)閥、變頻器閉環(huán)控制的標(biāo)準(zhǔn)算法，通常PID 的數(shù)量決定了可以使用的調(diào)節(jié)閥數(shù)量)。
PLC從傳統(tǒng)的繼電器回路發(fā)展而來(lái)，最初的PLC甚至沒(méi)有模擬量的處理能力，因此，PLC從開(kāi)始就強(qiáng)調(diào)的是邏輯運(yùn)算能
力.
2、從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性的方面來(lái)說(shuō):
市場(chǎng)上控制類產(chǎn)品繁多，無(wú)論DCS還是PLC，均有很多廠商在生產(chǎn)和銷售。對(duì)于PLC系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般沒(méi)有或很少有擴(kuò)展的需求，因?yàn)镻LC系統(tǒng)一般針對(duì)于設(shè)備來(lái)使用。一般來(lái)講， PLC也很少有兼容性的要求，比如兩個(gè)或以上的系統(tǒng)要求資源共享，對(duì)PLC來(lái)講也是很困難的事。而且PLC一般都采用專用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比如西門子的MPI總線性網(wǎng)絡(luò)，甚至增加一臺(tái)操作員站都不容易或成本很高。
DCs在發(fā)展的過(guò)程中也是各廠家自成體系，但大部分的DCS 系統(tǒng)，比如橫河YOKOGAWA、霍尼維爾、ABB等等，雖說(shuō)系統(tǒng)內(nèi)部(過(guò)程級(jí))的通訊協(xié)議不盡相同，但操作級(jí)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)不約而同的選擇了以太網(wǎng)絡(luò)，采用標(biāo)準(zhǔn)或變形的TCP/IP 協(xié)議。這樣就提供了很方便的可擴(kuò)展能力。在這種網(wǎng)絡(luò)中， 控制器、計(jì)算機(jī)均作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在，只要網(wǎng)絡(luò)到達(dá)的地方，就可以隨意增減節(jié)點(diǎn)數(shù)量和布置節(jié)點(diǎn)位置。另外，基于windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開(kāi)放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通訊，以實(shí)現(xiàn)資源共享。
3、從數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)說(shuō):
DCS一般都提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。換句話說(shuō)，在DCS系統(tǒng)中一旦一個(gè)數(shù)據(jù)存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中，就可在任何情況下引用，比如在組態(tài)軟件中，在監(jiān)控軟件中，在趨勢(shì)圖中，在報(bào)表中..... 而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)通常都不是統(tǒng)一的，組態(tài)軟件和監(jiān)控軟件甚至歸檔軟件都有自己的數(shù)據(jù)庫(kù)。為什么常說(shuō)西門子的S7 400要到了414以上才稱為DCS？因?yàn)槲鏖T子的PCS7系統(tǒng)才使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，而PCS7要求控制器起碼到S7414-3以上的型號(hào)。
4、從時(shí)間調(diào)度上來(lái)說(shuō):
PLC的程序一般不能按事先設(shè)定的循環(huán)周期運(yùn)行。PLC程序是從頭到尾執(zhí)行一次后又從頭開(kāi)始執(zhí)行。(現(xiàn)在一些新型PLC有所改進(jìn)，不過(guò)對(duì)任務(wù)周期的數(shù)量還是有限制)而DCs 可以設(shè)定任務(wù)周期。比如，快速任務(wù)等。同樣是傳感器的采樣，壓力傳感器的變化時(shí)間很短，我們可以用200ms的任務(wù)周期采樣，而溫度傳感器的滯后時(shí)間很大，我們可以用2s的任務(wù)周期采樣。這樣，DCS可以合理的調(diào)度控制器的資源。
5、從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)面來(lái)說(shuō):
一般來(lái)講，DCS慣常使用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， ，一層為過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)，大部分DCS使用自己的總線協(xié)議，比如橫河的Modbus、西門子和ABB的Profibus、ABB的CAN bus等， 這些協(xié)議均建立在標(biāo)準(zhǔn)串口傳輸協(xié)議RS232或RS485協(xié)議的基礎(chǔ)上。現(xiàn)場(chǎng)IO模塊，特別是模擬量的采樣數(shù)據(jù)(機(jī)器代碼，213/掃描周期)十分龐大，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)干擾因素較多，因此應(yīng)該采用數(shù)據(jù)吞吐量大、抗干擾能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)?；赗S485串口異步通訊方式的總線結(jié)構(gòu)，符合現(xiàn)場(chǎng)通訊的要求。 IO的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)CPU轉(zhuǎn)換后變?yōu)檎螖?shù)據(jù)或?qū)嵭螖?shù)據(jù)，在操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)(第二層網(wǎng)絡(luò))上傳輸。因此操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以采用數(shù)據(jù)吞吐量適中、傳輸速度快、連接方便的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)因操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)一般布置在控制室內(nèi)，對(duì)抗干擾的要求相對(duì)較低。因此采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)是最·佳選擇。TCP/IP協(xié)議是一種標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議，一般我們采用100Mbit/s的通訊速度。
PLC系統(tǒng)的工作任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般不會(huì)太大，所以常見(jiàn)的PLC系統(tǒng)為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)和操作級(jí)網(wǎng)絡(luò)要么合并在一起，要不過(guò)程級(jí)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成模件之間的內(nèi)部連接。PLC不會(huì)或很少使用以太網(wǎng)。
6、從應(yīng)用對(duì)象的規(guī)模上來(lái)說(shuō):
PLC一般應(yīng)用在小型自控場(chǎng)所，比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應(yīng)用一般都是DCS。當(dāng)然，這個(gè)概念不太準(zhǔn)確，但很直觀，習(xí)慣上我們把大于600點(diǎn)的系統(tǒng)稱為DCS，小于這個(gè)規(guī)模叫做PLC。我們的熱泵及QCs. 橫向產(chǎn)品配套的控制系統(tǒng)一般就是稱為PLC。
說(shuō)了這么多PLC與DCS的區(qū)別，但我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，PLC與DCS發(fā)展到今天，事實(shí)上都在向彼此靠攏，嚴(yán)格的說(shuō)，現(xiàn)在的PLC與DCS已經(jīng)不能一刀切開(kāi)，很多時(shí)候之間的概念已經(jīng)模糊了?，F(xiàn)在，我們來(lái)討論-下彼此的相同(似)之處。
1)從功能來(lái)說(shuō):
PLC已經(jīng)具備了模擬量的控制功能，有的PLC系統(tǒng)模擬量處理能力甚至還相當(dāng)*，比如橫河FA-MA3、西門子的S7 400、ABB的ControlLogix和施耐德的Quantum系統(tǒng)。而DCS也具備相當(dāng)強(qiáng)勁的邏輯處理能力，比如我們?cè)贑S3000 上實(shí)現(xiàn)了一切我們可能使用的工藝聯(lián)鎖和設(shè)備的聯(lián)動(dòng)啟停。
2)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō):
PLC與DCS的基本結(jié)構(gòu)是一樣的。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)全面移植到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制上了，傳統(tǒng)的編程器早就被淘汰。 小型應(yīng)用的PLC一般使用觸摸屏，大規(guī)模應(yīng)用的PLC全面使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。和DCS一樣，控制器與IO站使用現(xiàn)場(chǎng)總線(一般都是基于RS485或RS232異步串口通訊協(xié)議的總線方式)，控制器與計(jì)算機(jī)之間如果沒(méi)有擴(kuò)展的要求，也就是說(shuō)只使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)的情況下，也會(huì)使用這個(gè)總線通訊。但如果有不止一臺(tái)的計(jì)算機(jī)使用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會(huì)和DCS-樣，上位機(jī)平臺(tái)使用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。這是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。
3)PLC和DCS的發(fā)展方向:
小型化的PLC將向更專業(yè)化的使用角度發(fā)展，比如功能更加有針對(duì)性、對(duì)應(yīng)用的環(huán)境更有針對(duì)性等等。大型的PLC與DCS的界線逐步淡化，直至完·全融和。
DCS將向FCS的方向繼續(xù)發(fā)展。FCS的核心除了控制系統(tǒng)更加分散化以外，特別重要的是儀表。FCS在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到儀表級(jí)?？刂葡到y(tǒng)需要處理的只是信號(hào)采集和提供人機(jī)界面以及邏輯控制，整個(gè)模擬量的控制分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表， 儀表與控制系統(tǒng)之間無(wú)需傳統(tǒng)電纜連接，使用現(xiàn)場(chǎng)總線連接整個(gè)儀表系統(tǒng)。(目前國(guó)內(nèi)有橫河在中海殼牌石化項(xiàng)目中用到了FCS，儀表級(jí)采用的是智能化儀表例如:EJX等，具備世·界最·先·進(jìn)的控制水準(zhǔn))。
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