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控制系统发展史

1引言

控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了,早期的现场基地式仪表

和后期的继电器构成了控制系统的前身。现在所说的控制系统,多指采用电脑或

微处理器进行智能控制的系统,在控制系统的发展史上,称为第三代控制系统,

以PLC和DCS为代表,从70年代开始应用以来,在冶金、电力、石油、化工、

轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。从90年代开始,陆续出现了现场总线

控制系统、基于PC的控制系统等,本文将简要介绍各种常见的控制系统,并分

析控制系统的演进过程和发展方向。

2集散控制系统DCS

2.1DCS的发展历程

70年代中期,由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺

参数增多,而且条件苛刻,要求显示操作集中等,使已经普及的电动单元组合仪

表不能完全满足要求。在此情况下,业内厂商经过市场调查,确定开发的DCS

产品应以模拟量反馈控制为主,辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的

批量控制,它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大

部分行业。

1975年前后,在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)

的自控和计算机技术的基础上,开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集

散控制系统(DCS)。由于当时计算机并不普及,所以开发DCS应强调用户可以不

懂计算机就能使用DCS;同时,开发DCS还应强调向用户提供整个系统。此外,

开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件,以保证可靠性、安

全性。

在以后的近30年间,DCS先与成套设备配套,而后逐步扩大到工艺装置改

造上,与此同时,也分成大型DCS和中小型DCS两类产品,使其性能价格比更具

有竞争力。DCS产品虽然在原理上并没有多少突破,但由于技术的进步、外界环

境变化和需求的改变,共出现了三代DCS产品。1975年至80年代前期为第一代

产品,80年代中期至90年代前期为第二代产品,90年代中期至21世纪初为第

三代产品。

2.2DCS今后发展的几个问题

到目前为止,DCS所存在的问题,主要集中在3个方面:即系统开放性问题;

与现场传感器、变送器、执行器的接线问题;价格较贵问题。这些问题在第三代

DCS中已开始得到解决。在21世纪,新一代的DCS应满足用户这方面的需求。

在DCS应用行业分布上,近年来DCS在钢铁、自来水厂及污水处理厂等行业

中的市场占有率下降,目前PLC已成为其主要选型对象,当然PLC的价格低也是

原因之一。如对DCS产品进行改造,是可以保持其在这些行业中的地位的。

3PLC简介

3.1PLC的诞生和发展

在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序

动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传

统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽

车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字设备公司(DEC)

研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电

气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable,是世界上公认的第

一台PLC。由于第一代PLC是为了取代继电器的,因此,采用了梯形图语言作为

编程方式,形成了工厂的编程标准。这些早期的控制器满足了最初的要求,并且

打开了新的控制技术的发展的大门。在很短的时间,PLC就迅速扩展到食品、饮

料、金属加工、制造和造纸等多个行业。

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器,使PLC

增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装

置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用,可编程控制器采用

和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言,并将参加运算及处理的计算机

存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合

的产物。个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控

制器的功能特点,可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController

(PLC)。

上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持

为30-40%。在这

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