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PLC控制系統與DCS的前景

2019-04-04 11:18:26 合肥鴻昇自動化科技有限公司 閱讀

 ?。?)DCS系統是個大系統,其控制器功能強而且在系統中的作用十分重要,數據公路更是系統的關鍵,所以,必須整體投資一步到位,事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底,信息處理現場化,數字智能現場裝置的廣泛采用,使得控制器功能與重要性相對減弱。因此,FCS系統投資起點低,可以邊用、邊擴、邊投運。

 ?。?)DCS系統是封閉式系統,各公司產品基本不兼容。而FCS系統是開放式系統,用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設備連入現場總線,達到佳的系統集成。

 ?。?)DCS系統的信息全都是二進制或模擬信號形成的,必須有D/A與A/D轉換。而FCS系統是全數字化,就免去了D/A與A/D變換,高集成化高性能,使精度可以從±0.5%提高到±0.1%。

 ?。?)FCS系統可以將PID閉環控制功能裝入變送器或執行器中,縮短了控制周期,目前可以從DCS的每秒2~5次,提高到FCS的每秒10~20次,從而改善調節性能。

 ?。?)DCS它可以控制和監視工藝全過程,對自身進行診斷、維護和組態。但是,由于自身的致命弱點,其I/O信號采用傳統的模擬量信號,因此,它無法在DCS工程師站上對現場儀表(含變送器、執行器等)進行遠方診斷、維護和組態。FCS采用全數字化技術,數字智能現場裝置發送多變量信息,而不僅僅是單變量信息,并且還具備檢測信息差錯的功能。FCS采用的是雙向數字通信現場總線信號制。因此,它可以對現場裝置(含變送器、執行機構等)進行遠方診斷、維護和組態。FCS的這點優越性是DCS無法比擬的。

 ?。?)FCS由于信息處理現場化,與DCS相比可以省去相當數量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜,同時也節省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。有專家認為可以省去60%。

 ?。?)與(6)同樣理由,FCS可以減少大量電纜與敷設電纜用的橋架等,同時也節省了設計、安裝和維護費用。有專家認為可以節省66%。

  對于(6)、(7)兩點應補充說明的是,采用FCS系統,節省投資的效果是不用懷疑的,但是否如有的專家所說達60~66%。這些數字在多篇文章中出現,編者認為這是相互轉摘的結果,目前還未找到這些數字的原始出處,因此,讀者在引用這些數字時要慎重。

 ?。?)FCS相對于DCS組態簡單,由于結構、性能標準化,便于安裝、運行、維護。

 ?。?)用于過程控制的FCS設計開發要點。這一點并不作為與DCS的比較,只是說明用于過程控制或者說用于模擬連續過程類的FCS在設計開發中應重點考慮的問題。1)要求總線本安防爆功能,而且是頭等重要的。

  2)基本監控如流量、料位、溫度、壓力等的變化是緩慢的,而且還有滯后效應,因此,節點監控并不需要快電子學的響應時間,但要求有復雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統基本上多采用主一從之間的集中輪詢制,這在技術上是合理的,在經濟上是有利的。

  3)流量、料位、溫度、壓力等參數的測量,其物理原理是古典的,但傳感器、變送器及控制器應向數字智能化發展。

  4)作為針對連續過程類及其儀器儀表而開發的FCS,應側重于低速總線H1的設計完善。

PLC控制系統.jpg

  4.PLC控制系統與DCS的前景

  我們已經知道有的FCS是由PLC控制系統發展而來,而有的FCS是由DCS發展而來,那么,今天FCS已走向實用化,PLC與DCS前景又將如何。

  PLC于60年代末期在美國首先出現,目的是用來取代繼電器,執行邏輯、計時、計數等順序控制功能,建立柔性程序控制系統。1976年正式命名,并給予定義:PLC是一種數字控制專用電子計算機,它使用了可編程序存儲器儲存指令,執行諸如邏輯、順序、計時、計數與演算等功能,并通過模擬和數字輸入、輸出等組件,控制各種機械或工作程序。經過30多年的發展,PLC已十分成熟與完善,并開發了模擬量閉環控制功能。PLC在FCS系統中的地位似乎已被確定并無多少爭論。參見圖3:IEC推薦的現場總線控制系統體系結構。PLC作為一個站掛在高速總線上。充分發揮PLC在處理開關量方面的優勢。另外,火力發電廠輔助車間,例如補給水處理車間、循環水車間、除灰除渣車間、輸煤車間等,在這些車間的工藝過程多以順序控制為主。PLC對于順序控制有其獨特的優勢。編者以為,輔助車間的控制系統應以遵循現場總線通訊協議的PLC或能與FCS進行通訊交換信息的PLC為優選對象。

  自1973年提出第一臺以微處理器為基礎的控制器以來,它逐步完善,并終形成功能齊全、安全可靠的數字式分散控制系統DCS。它的性能大大優于以住任何一種控制系統??梢詽M足火電廠DAS、MCS、SCS和APS各系統的各種要求,目前還可以通過工業以太網建立管理層網絡,以滿足火電廠呼聲越來越高的加強管理的要求??梢赃@樣說,DCS系統的監控可以復蓋大型火電機組的工藝全過程。

  但是,自從有了FCS,并于90年代走向實用化以來,不斷有如下論點在公開刊物上發表,即:“從現在起,新的現場總線控制系統FCS將逐步取代傳統的DCS”;“當調節功能下放到現場去以后,傳統的DCS就沒有存在的必要而會自動消失”;“今后十年,傳統的4~20mA模擬信號制將逐步被雙向數字通信現場總線信號制所取代,模擬與數字的分散型控制系統DCS將更新換代為全數字現場總線控制系統FCS”……。這些論點歸納為一句話:FCS將取代DCS,DCS從此將消亡。

  上述論點皆出自于權威專家之口,確實不無道理。數字通訊是一種趨勢,它代表了技術進步,是任何人阻擋不了的。雙向數字通信現場總線信號制以及由它而產生的巨大的推動力,加速現場裝置與控制儀表的變革,開發出越來越多的功能完善的數字智能現場裝置。這些都是DCS系統所不具備的,而由此產生的優越性以及給火電廠的設計、配置、組態、運行、維護、管理等方面帶來的效益也是DCS系統所不及的。再則,FCS是由DCS以及PLC發展而來,它保留了DCS的特點,或者說FCS吸收了DCS多年開發研究以及現場實踐的經驗,當然也包括教訓。由此而得出結論,“FCS將取代DCS”,似乎也是順理成章之事。

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  同時我們也應看到,DCS系統發展也近30年,在火電廠的應用如此廣泛。它的設計思想、組態配置、功能匹配等已達十分完善的程度(當然,DCS也存在進一步發展的需求,例如高級軟件開發,以滿足信息集成的要求),已滲透到火電廠控制系統的各個領域,并且在FCS系統中也有些體現。從這個角度來看,DCS系統似乎不能說從此消亡。再則,從前面的章節敘述中已經談到,對那些FCS系統不能充分發揮其特點及優越性的領域,DCS系統仍有用武之地。

  我們似乎沒有必要在文字上做過多的爭論,一定要強調誰取代誰。正如目前的DCS與新型的PLC,由于多年的開發研究,在各自保留自身原有的特點外,又相互補充,形成新的系統,現在的DCS已不是當初的DCS,同樣如此,新型的PLC也不是開發初期的PLC。我們能夠說是DCS取代了PLC或者說是PLC取代了DCS,顯然都是不合適的。

  5.結論

  從上述分析論述中,我們可以得出以下簡單的結論:現場總線控制系統FCS的出現,數字式分散控制DCS并不會消亡,而只是將過去處于控制系統中心地位的DCS移到現場總線的一個站點上去。也可以這樣說,DCS處于控制系統中心地位的局面從此將被打破。今后火電廠的控制系統將會是:FCS處于控制系統中心地位,兼有DCS系統哲學的一種新型控制系統。



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