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PLC控制系统与DCS的前景

2019-04-04 11:18:26 合肥鸿昇自动化科技有限公司 阅读

  (1)DCS系统是个大系统,其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要,数据公路更是系统的关键,所以,必须整体投资一步到位,事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底,信息处理现场化,数字智能现场装置的广泛采用,使得控制器功能与重要性相对减弱。因此,FCS系统投资起点低,可以边用、边扩、边投运。

  (2)DCS系统是封闭式系统,各公司产品基本不兼容。而FCS系统是开放式系统,用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连入现场总线,达到佳的系统集成。

  (3)DCS系统的信息全都是二进制或模拟信号形成的,必须有D/A与A/D转换。而FCS系统是全数字化,就免去了D/A与A/D变换,高集成化高性能,使精度可以从±0.5%提高到±0.1%。

  (4)FCS系统可以将PID闭环控制功能装入变送器或执行器中,缩短了控制周期,目前可以从DCS的每秒2~5次,提高到FCS的每秒10~20次,从而改善调节性能。

  (5)DCS它可以控制和监视工艺全过程,对自身进行诊断、维护和组态。但是,由于自身的致命弱点,其I/O信号采用传统的模拟量信号,因此,它无法在DCS工程师站上对现场仪表(含变送器、执行器等)进行远方诊断、维护和组态。FCS采用全数字化技术,数字智能现场装置发送多变量信息,而不仅仅是单变量信息,并且还具备检测信息差错的功能。FCS采用的是双向数字通信现场总线信号制。因此,它可以对现场装置(含变送器、执行机构等)进行远方诊断、维护和组态。FCS的这点优越性是DCS无法比拟的。

  (6)FCS由于信息处理现场化,与DCS相比可以省去相当数量的隔离器、端子柜、I/O终端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜,同时也节省了I/O装置及装置室的空间与占地面积。有专家认为可以省去60%。

  (7)与(6)同样理由,FCS可以减少大量电缆与敷设电缆用的桥架等,同时也节省了设计、安装和维护费用。有专家认为可以节省66%。

  对于(6)、(7)两点应补充说明的是,采用FCS系统,节省投资的效果是不用怀疑的,但是否如有的专家所说达60~66%。这些数字在多篇文章中出现,编者认为这是相互转摘的结果,目前还未找到这些数字的原始出处,因此,读者在引用这些数字时要慎重。

  (8)FCS相对于DCS组态简单,由于结构、性能标准化,便于安装、运行、维护。

  (9)用于过程控制的FCS设计开发要点。这一点并不作为与DCS的比较,只是说明用于过程控制或者说用于模拟连续过程类的FCS在设计开发中应重点考虑的问题。1)要求总线本安防爆功能,而且是头等重要的。

  2)基本监控如流量、料位、温度、压力等的变化是缓慢的,而且还有滞后效应,因此,节点监控并不需要快电子学的响应时间,但要求有复杂的模拟量处理能力。这一物理特征决定了系统基本上多采用主一从之间的集中轮询制,这在技术上是合理的,在经济上是有利的。

  3)流量、料位、温度、压力等参数的测量,其物理原理是古典的,但传感器、变送器及控制器应向数字智能化发展。

  4)作为针对连续过程类及其仪器仪表而开发的FCS,应侧重于低速总线H1的设计完善。

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  4.PLC控制系统与DCS的前景

  我们已经知道有的FCS是由PLC控制系统发展而来,而有的FCS是由DCS发展而来,那么,今天FCS已走向实用化,PLC与DCS前景又将如何。

  PLC于60年代末期在美国首先出现,目的是用来取代继电器,执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能,建立柔性程序控制系统。1976年正式命名,并给予定义:PLC是一种数字控制专用电子计算机,它使用了可编程序存储器储存指令,执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能,并通过模拟和数字输入、输出等组件,控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展,PLC已十分成熟与完善,并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在FCS系统中的地位似乎已被确定并无多少争论。参见图3:IEC推荐的现场总线控制系统体系结构。PLC作为一个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。另外,火力发电厂辅助车间,例如补给水处理车间、循环水车间、除灰除渣车间、输煤车间等,在这些车间的工艺过程多以顺序控制为主。PLC对于顺序控制有其独特的优势。编者以为,辅助车间的控制系统应以遵循现场总线通讯协议的PLC或能与FCS进行通讯交换信息的PLC为优选对象。

  自1973年提出第一台以微处理器为基础的控制器以来,它逐步完善,并终形成功能齐全、安全可靠的数字式分散控制系统DCS。它的性能大大优于以住任何一种控制系统。可以满足火电厂DAS、MCS、SCS和APS各系统的各种要求,目前还可以通过工业以太网建立管理层网络,以满足火电厂呼声越来越高的加强管理的要求。可以这样说,DCS系统的监控可以复盖大型火电机组的工艺全过程。

  但是,自从有了FCS,并于90年代走向实用化以来,不断有如下论点在公开刊物上发表,即:“从现在起,新的现场总线控制系统FCS将逐步取代传统的DCS”;“当调节功能下放到现场去以后,传统的DCS就没有存在的必要而会自动消失”;“今后十年,传统的4~20mA模拟信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代,模拟与数字的分散型控制系统DCS将更新换代为全数字现场总线控制系统FCS”……。这些论点归纳为一句话:FCS将取代DCS,DCS从此将消亡。

  上述论点皆出自于权威专家之口,确实不无道理。数字通讯是一种趋势,它代表了技术进步,是任何人阻挡不了的。双向数字通信现场总线信号制以及由它而产生的巨大的推动力,加速现场装置与控制仪表的变革,开发出越来越多的功能完善的数字智能现场装置。这些都是DCS系统所不具备的,而由此产生的优越性以及给火电厂的设计、配置、组态、运行、维护、管理等方面带来的效益也是DCS系统所不及的。再则,FCS是由DCS以及PLC发展而来,它保留了DCS的特点,或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验,当然也包括教训。由此而得出结论,“FCS将取代DCS”,似乎也是顺理成章之事。

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  同时我们也应看到,DCS系统发展也近30年,在火电厂的应用如此广泛。它的设计思想、组态配置、功能匹配等已达十分完善的程度(当然,DCS也存在进一步发展的需求,例如高级软件开发,以满足信息集成的要求),已渗透到火电厂控制系统的各个领域,并且在FCS系统中也有些体现。从这个角度来看,DCS系统似乎不能说从此消亡。再则,从前面的章节叙述中已经谈到,对那些FCS系统不能充分发挥其特点及优越性的领域,DCS系统仍有用武之地。

  我们似乎没有必要在文字上做过多的争论,一定要强调谁取代谁。正如目前的DCS与新型的PLC,由于多年的开发研究,在各自保留自身原有的特点外,又相互补充,形成新的系统,现在的DCS已不是当初的DCS,同样如此,新型的PLC也不是开发初期的PLC。我们能够说是DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS,显然都是不合适的。

  5.结论

  从上述分析论述中,我们可以得出以下简单的结论:现场总线控制系统FCS的出现,数字式分散控制DCS并不会消亡,而只是将过去处于控制系统中心地位的DCS移到现场总线的一个站点上去。也可以这样说,DCS处于控制系统中心地位的局面从此将被打破。今后火电厂的控制系统将会是:FCS处于控制系统中心地位,兼有DCS系统哲学的一种新型控制系统。



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