1 引言
化工生產(chǎn)具有易燃、 易爆、 腐蝕性強、 連續(xù)生產(chǎn)、工藝操作條件苛刻等特點。其中 ,對工藝參數(shù)的控制是一個重要的環(huán)節(jié) ,過程控制系統(tǒng)完成對工藝參數(shù)的檢測、顯示、記錄、 控制、 報警等功能 ,它對正確地指導(dǎo)生產(chǎn)操作、 保證生產(chǎn)安全、 保證產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量起著極其重要的作用。過程控制系統(tǒng)的特點是對生產(chǎn)過程進行實時控制 ,控制過程復(fù)雜、監(jiān)控參數(shù)多且數(shù)據(jù)變化快、 數(shù)據(jù)處理及存儲量大。因此實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點及不同生產(chǎn)工藝過程的控制要求 ,采用不同的控制系統(tǒng) ,才可以既安全可靠又經(jīng)濟高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。
目前 ,國內(nèi)先進的大中型化工行業(yè)的過程控制基本上以采用PLC 和 DCS 為主 ,而 FCS 則是由DCS與 PLC 發(fā)展而來。FCS 不僅具備 DCS 與PLC的特點 ,而且功能更加完善。目前,新型的DCS與新型的 PLC 都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。新型的DCS 已有很強的順序控制功能;而新型的 PLC在處理閉環(huán)控制方面也不差 ,并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)。DCS與 PLC的適用范圍已有很大的交叉。本文簡要分析了 PLC、 DCS 及 FCS 的特點以及在化工生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用。
2 各種控制系統(tǒng)的特點
2. 1 PLC
可編程序邏輯控制器( Programmable Logical Controller)簡稱PLC ,它是一種以微處理器為核心,綜合了計算機技術(shù)、 自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種工業(yè)自動控制裝置。它的主要特點是體積小、功能強;工作可靠 ,運行速度快;積木式結(jié)構(gòu) ,組合靈活;具有良好的兼容性;程序編制及生成簡單、豐富;網(wǎng)絡(luò)功能強。
PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實時順序控制、 條件控制、 計數(shù)控制、 步進控制等功能;能夠完成模/數(shù)(A/ D)和數(shù)/模(D/ A)轉(zhuǎn)換、 數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控等功能。
2. 2 DCS
DCS 是分散控制系統(tǒng) (Dist ributed Control System)的簡稱,國內(nèi)一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機系統(tǒng) ,綜合了計算機(Comp uter) 、 通訊(Communication) 、 顯示(CRT)和控制(Cont rol)等 4C 技術(shù)。它采用危險分散、控制分散 ,而操作和管理集中的基本設(shè)計思想 ,多層分
級、 合作自治的結(jié)構(gòu)形式 ,同時也為正在發(fā)展的先進過程控制系統(tǒng)提供了必要的工具和手段。DCS 具有以下特點:
2. 2. 1 高可靠性
由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn) ,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計 ,因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外 ,由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一 ,可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機 ,從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。
2. 2. 2 開放性
DCS采用開放式、 標準化、 模塊化和系列化設(shè)計 ,系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信 ,實現(xiàn)信息傳輸,當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時 ,可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下 ,幾乎不影響系統(tǒng)其它計算機的工作。
2. 2. 3 靈活性
通過組態(tài)軟件 ,根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài) ,即確定測量信號與控制信號及相互間連接關(guān)系 ,從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面 ,從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。
2. 2. 4 易于維護
功能單一的小型或微型專用計算機具有維護簡單、 方便的特點 ,當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時 ,可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換 ,迅速排除故障。
2. 2. 5 協(xié)調(diào)性
各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù) ,整個系統(tǒng)信息共享 ,協(xié)調(diào)工作 ,以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。
2. 2. 6 控制功能齊全
控制算法豐富 ,集連續(xù)控制、 順序控制于一體 ,可實現(xiàn)串級、 前饋、 解耦、 自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制 ,并可方便地加入所需的特殊控制算法。
DCS的構(gòu)成方式十分靈活 ,可由專用的管理計算機站、 操作員站、 工程師站、 記錄站、 現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成,也可由通用的服務(wù)器、 工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。
2. 3 FCS
現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)( Fieldbus Control System)簡稱 FCS。它把控制功能徹底分散到現(xiàn)場總線儀表 ,真正實現(xiàn)了DCS的分散控制。FCS主要有以下特點: FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議 ,即總線標準 ,一種類型的總線 ,只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定 ,相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有高度的互操作性 ,就一個特定類型的現(xiàn)場總線而言 ,只要遵循該類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議 ,就對其產(chǎn)品是開放的 ,并具有互操作性。FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置 ,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性;通過使用現(xiàn)場總線 ,用戶可以大量減少現(xiàn)場接線 ,用單個現(xiàn)場儀表可實現(xiàn)多變量通信 ,不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作 ,增加現(xiàn)場一級的控制功能 ,系統(tǒng)集成大大簡化 ,并且維護十分簡便。因此 ,系統(tǒng)安全性高 ,擴展靈活 ,可大大降低安裝成本。
3 在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
隨著微電子技術(shù)尤其是個人計算機技術(shù)的飛速發(fā)展 ,PLC和DCS的性能都有了較大的改進 , PLC大大提高了數(shù)據(jù)處理能力和監(jiān)控功能 ,DCS系統(tǒng)向開放性發(fā)展,操作站采用工控機,操作系統(tǒng)采用通用的 bbbbbbs N T或 bbbbbbs2000 操作平臺 ,PC 機豐富的軟件資源得以應(yīng)用 ,因而大大降低了系統(tǒng)的繁瑣程度和價格 ,提高了系統(tǒng)的性價比。PLC 和DCS在搶占市場的過程中 ,兩者相互借鑒、 滲透、 融合 ,極大地增加了用戶在設(shè)計和使用中的選擇性。同時 ,由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠較多 ,產(chǎn)品更新?lián)Q代快 ,也給系統(tǒng)選擇帶來了一定困難。
而走向?qū)嵱没?FCS ,也正以迅猛的勢頭快速發(fā)展 ,是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。PLC、 DCS和 FCS已經(jīng)在化工、 輕工等諸多領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。如:國內(nèi)許多啤酒廠的發(fā)酵罐群控制系統(tǒng)采用 PLC系統(tǒng)來控制發(fā)酵罐的溫度、 壓力;鏈條鍋爐系統(tǒng)、 焦化化工控制領(lǐng)域、污水處理、 磷化工等的DCS控制系統(tǒng);大顆粒尿素生產(chǎn)中的 FCS 技術(shù)等。
4 結(jié)語
綜上所述 ,由于 PLC、 DCS、 FCS 的良好性能 ,已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮了巨大作用 ,特別是在化工領(lǐng)域。由于化工生產(chǎn)的特點 ,選擇控制系統(tǒng)時 ,必須根據(jù)過程對象復(fù)雜程度不同 ,結(jié)合 PLC、 DCS、 FCS的特點 ,以及針對控制系統(tǒng)的可靠性合理地選擇不同的控制系統(tǒng) ,以保證生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動化水平。
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