Es gibt viele Arten von Steuerungsprodukten, die von verschiedenen Unternehmen unterschiedlich bezeichnet werden. Gängige Steuerungsprodukte lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: DCS (Distributed Control System) und PLC (Program Logic Control). Wir erweitern den Begriff DCS um FCS (Fieldbus Control System). DCS steht für Distributed Control System und ist auch als verteiltes Steuerungssystem bekannt. PLC (Program Logic Control) ist eine speicherprogrammierbare Steuerung. FCS (Fieldbus Control System) ist ein Feldbus-Steuerungssystem. ● Derzeit ist die Grenze zwischen DCS und PLC fließend. Viele betrachten große Systeme als DCS und kleine Systeme als PLC. Das ist zwar nicht ganz falsch, aber nicht ganz korrekt. Wir wollen dieses Konzept daher neu definieren. ● Was sind zunächst die Unterschiede zwischen DCS und PLC? 1. Aus entwicklungsgeschichtlicher Sicht: DCS entwickelte sich aus traditionellen Instrumententafel-Überwachungssystemen. Daher konzentriert sich DCS naturgemäß stärker auf die Instrumentensteuerung. Das von uns verwendete YOKOGAWA CS3000 DCS-System beispielsweise hat keine Begrenzung hinsichtlich der Anzahl der PID-Regler (PID, Proportional-Differential-Integral-Regler, ist der Standardalgorithmus für die Regelung von Regelventilen und Frequenzumrichtern; die Anzahl der PID-Regler bestimmt üblicherweise die Anzahl der einsetzbaren Regelventile). SPSen entwickelten sich aus traditionellen Relaisschaltungen. Frühe SPSen besaßen nicht einmal analoge Signalverarbeitungsfunktionen; daher lag der Schwerpunkt von Anfang an auf logischen Operationen. 2. Hinsichtlich Systemskalierbarkeit und Kompatibilität: Der Markt bietet eine breite Palette an Steuerungsprodukten, wobei zahlreiche Hersteller sowohl DCS als auch SPSen produzieren und vertreiben. SPS-Systeme benötigen in der Regel wenig bis gar keine Erweiterung, da sie typischerweise für spezifische Geräte ausgelegt sind. Kompatibilitätsanforderungen sind ebenfalls selten; beispielsweise ist die gemeinsame Nutzung von Ressourcen zwischen zwei oder mehr Systemen für SPSen schwierig. Darüber hinaus verwenden SPSen in der Regel dedizierte Netzwerkstrukturen, wie beispielsweise das MPI-Bus-Netzwerk von Siemens, was selbst das Hinzufügen einer Bedienerstation schwierig oder kostspielig macht. Während DCS-Systeme auch von verschiedenen Herstellern unabhängig voneinander entwickelt wurden, haben sich die meisten DCS-Systeme, wie beispielsweise von Yokogawa, Honeywell und ABB, trotz unterschiedlicher interner (prozessbezogener) Kommunikationsprotokolle einhellig für Ethernet als Netzwerkplattform auf Bedienerebene entschieden und verwenden Standard- oder modifizierte TCP/IP-Protokolle. Dies ermöglicht eine komfortable Skalierbarkeit. In diesem Netzwerk fungieren sowohl die Steuerung als auch der Rechner als Knoten. Anzahl und Position der Knoten können innerhalb des Netzwerks beliebig erweitert oder verringert werden. Darüber hinaus können verschiedene Systeme dank offener Protokolle wie OPC und DDE von Windows problemlos miteinander kommunizieren und Ressourcen gemeinsam nutzen. 3. Aus Datenbankperspektive: DCS bietet in der Regel eine einheitliche Datenbank. Das heißt, sobald Daten in der Datenbank eines DCS-Systems vorhanden sind, können sie in jeder Situation referenziert werden, beispielsweise in Konfigurationssoftware, Überwachungssoftware, Trenddiagrammen, Berichten usw. SPS-Systeme hingegen verfügen typischerweise nicht über eine einheitliche Datenbank; Konfigurationssoftware, Überwachungssoftware und sogar Archivierungssoftware verwenden jeweils eigene Datenbanken. Warum heißt es oft, dass Siemens S7 400 erst ab Version S7 414 zu einem vollwertigen Prozessleitsystem (DCS) wird? Weil das Siemens PCS7-System eine einheitliche Datenbank verwendet und PCS7 Steuerungen mindestens der Version S7 414-3 oder höher voraussetzt. 4. Aus Sicht der Zeitplanung: SPS-Programme können im Allgemeinen nicht nach einem voreingestellten Zyklus ausgeführt werden. Ein SPS-Programm wird einmal vollständig von Anfang bis Ende ausgeführt und beginnt dann von neuem. (Obwohl einige neuere SPSen dies verbessert haben, gibt es immer noch Beschränkungen hinsichtlich der Anzahl der Arbeitszyklen.) Ein DCS hingegen ermöglicht die Festlegung von Arbeitszyklen, beispielsweise für schnelle Aufgaben. Bei der Abtastung von Sensoren haben Drucksensoren sehr kurze Änderungszeiten, sodass ein 200-ms-Arbeitszyklus für die Abtastung verwendet werden kann, während Temperatursensoren eine deutlich längere Hysterese aufweisen, sodass ein 2-s-Arbeitszyklus verwendet werden kann. Dies ermöglicht dem DCS eine effiziente Zuweisung der Steuerungsressourcen. 5. Aus Sicht der Netzwerkstruktur: Im Allgemeinen verwendet ein DCS typischerweise eine zweischichtige Netzwerkstruktur. Die erste Schicht ist das Prozessnetzwerk. Die meisten Prozessleitsysteme (DCS) verwenden eigene Busprotokolle, wie beispielsweise Modbus von Yokogawa, Profibus von Siemens und ABB sowie den CAN-Bus von ABB. Diese Protokolle basieren alle auf den Standard-Seriellübertragungsprotokollen RS232 oder RS485. Feld-E/A-Module, insbesondere die analogen Abtastdaten (Maschinencode, 2^13/Abtastzyklus), liefern sehr große Datenmengen, und es treten zahlreiche Störfaktoren im Feld auf. Daher sollte ein Netzwerkstandard mit hohem Datendurchsatz und starker Störfestigkeit gewählt werden. Eine Busstruktur basierend auf serieller asynchroner RS485-Kommunikation erfüllt die Anforderungen der Feldkommunikation. Die von den E/A-Modulen abgetasteten Daten werden von der CPU in Ganzzahl- oder Gleitkommazahlen umgewandelt und an das Bedienernetzwerk (zweite Schicht) übertragen. Daher kann für das Bedienernetzwerk ein Netzwerkstandard mit moderatem Datendurchsatz, hoher Übertragungsgeschwindigkeit und einfacher Anbindung verwendet werden. Da sich das Bedienernetzwerk üblicherweise im Kontrollraum befindet, sind die Anforderungen an die Störfestigkeit relativ gering. Daher ist die Verwendung von Standard-Ethernet die beste Wahl. TCP/IP ist ein Standard-Ethernet-Protokoll, und wir verwenden üblicherweise eine Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Mbit/s. Die Aufgaben eines SPS-Systems sind relativ einfach, daher ist die zu übertragende Datenmenge in der Regel gering. Aus diesem Grund ist ein typisches SPS-System einschichtig aufgebaut. Das Prozessnetzwerk und das Bedienernetzwerk sind entweder zusammengeführt, oder das Prozessnetzwerk ist auf interne Verbindungen zwischen den Modulen reduziert. SPSen verwenden Ethernet nicht oder nur sehr selten. 6. Hinsichtlich des Anwendungsumfangs: SPSen werden üblicherweise in kleineren Automatisierungsanwendungen eingesetzt, z. B. zur Gerätesteuerung oder zur Steuerung und Verriegelung einer geringen Anzahl analoger Größen, während für größere Anwendungen in der Regel Prozessleitsysteme (DCS) verwendet werden. Diese Einteilung ist zwar nicht ganz präzise, ​​aber intuitiv. Konventionell bezeichnen wir Systeme mit mehr als 600 Punkten als DCS und kleinere als SPS. Unsere Wärmepumpen und QCS sowie die zugehörigen horizontalen Produkte für Steuerungssysteme werden im Allgemeinen als SPSen bezeichnet. Nachdem wir die Unterschiede zwischen SPS und DCS erörtert haben, sollten wir feststellen, dass sich beide Systeme zunehmend angenähert haben. Streng genommen ist die Unterscheidung zwischen SPS und DCS nicht mehr eindeutig; die Konzepte sind in vielen Fällen verschwommen. Betrachten wir nun ihre Gemeinsamkeiten: a) Funktional: SPS verfügen über analoge Steuerungsfunktionen, und einige SPS-Systeme, wie beispielsweise Yokogawa FA-MA3, Siemens S7 400, ABB ControlLogix und das Quantum-System von Schneider Electric, bieten sogar leistungsstarke analoge Signalverarbeitung. Auch DCS besitzen beachtliche Logikverarbeitungsfunktionen; so haben wir beispielsweise alle möglichen Prozessverriegelungen und Start-Stopp-Verknüpfungen für Anlagen auf dem CS3000 implementiert. b) Systemstrukturell: Die Grundstrukturen von SPS und DCS sind identisch. Heutzutage sind SPS vollständig in die Computersystemsteuerung integriert; traditionelle Programmiergeräte sind überholt. Kleinere SPS-Anwendungen nutzen in der Regel Touchscreens, während größere SPS-Anwendungen vollständig auf Computersysteme zurückgreifen. Wie bei DCS verwenden Steuerung und E/A-Stationen einen Feldbus (in der Regel einen Bus basierend auf den asynchronen seriellen Kommunikationsprotokollen RS485 oder RS232). Wenn keine Erweiterungsanforderungen zwischen Steuerung und Computer bestehen, d. h. nur ein Computer verwendet wird, wird dieser Bus ebenfalls für die Kommunikation genutzt. Werden jedoch mehrere Computer eingesetzt, entspricht die Systemarchitektur der von DCS, wobei die Host-Computerplattform eine Ethernet-Struktur verwendet. Dies ist einer der Gründe, warum die Konzepte von SPS und DCS mit zunehmender Größe der SPS verschwimmen. c. Entwicklungsrichtung von SPS und DCS: Miniaturisierte SPS werden sich in Richtung spezialisierterer Anwendungen entwickeln, z. B. für gezieltere Funktionen und spezifischere Anwendungsumgebungen. Die Grenze zwischen großen SPS und DCS wird sich zunehmend auflösen, bis sie vollständig integriert sind. DCS wird sich weiter in Richtung FCS entwickeln. Neben dem dezentraleren Steuerungssystem ist die Instrumentierung ein besonders wichtiger Bestandteil von FCS. FCS-Anwendungen im Ausland haben bereits das Instrumentierungsniveau erreicht. Das Steuerungssystem muss lediglich die Signalerfassung, die Mensch-Maschine-Schnittstelle und die Logiksteuerung übernehmen. Die Steuerung der gesamten analogen Größe wird auf die Feldinstrumente verteilt. Herkömmliche Kabelverbindungen zwischen den Instrumenten und dem Steuerungssystem sind nicht erforderlich; ein Feldbus verbindet das gesamte Instrumentierungssystem. (Yokogawa setzt FCS derzeit im Petrochemieprojekt von CNOOC-Shell in China ein und verwendet intelligente Instrumente wie EJX auf Instrumentierungsebene, wodurch die weltweit fortschrittlichsten Steuerungsstandards erreicht werden.) ● Wie geht man richtig mit SPS und DCS um? Ich persönlich betone nie die Überlegenheit oder Unterlegenheit von SPS und DCS; ich verwende einen neuen Begriff dafür: „Steuerungsprodukte“. Wir bieten Anwendern das am besten geeignete Steuerungssystem. Die meisten Anwender entscheiden sich nicht einfach für ein DCS, weil sie eines wollen; Steuerungsprodukte müssen auf die Prozessanforderungen des Anwenders abgestimmt sein. Tatsächlich sind Anwender, die sich zwischen DCS und SPS entscheiden, meist diejenigen, die noch nie mit Automatisierungsprodukten gearbeitet haben oder spezielle Anforderungen haben. Eine Überbetonung dieses Aspekts führt nur zu Diskussionen. Aus den Unterschieden und Gemeinsamkeiten zwischen SPS und DCS lässt sich die allgemeine Situation von Steuerungsprodukten ableiten. Beachten Sie, dass wir als Fachleute Produkte nicht als SPS oder DCS definieren sollten, noch sollten wir Produkte auf diese Weise psychologisch differenzieren.