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1 引言
目前，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步及高科技產(chǎn)品的更新?lián)Q代，在冶金及石化等行業(yè)的大中型企業(yè)中，采用新技術(shù)、新工藝，淘汰原有工藝設(shè)備，進(jìn)行老企業(yè)的一系列技術(shù)改造已越來越多，也越來越普遍。而在這些技術(shù)改造當(dāng)中，生產(chǎn)過程自動化技改則是其中不容忽視的重要方面，而其中卻又以中小規(guī)模生產(chǎn)過程的自動化技改占了相當(dāng)大的比重，這些生產(chǎn)過程除了少數(shù)是企業(yè)的主工藝流程外，相當(dāng)多的則是與主工藝流程配套的輔助生產(chǎn)流程。這些中小規(guī)模的生產(chǎn)過程中，原有的自動化檢測控制儀表及電氣設(shè)備陳舊，技術(shù)含量低，有些甚至是五六十年代的產(chǎn)品，采用當(dāng)代較新的控制技術(shù)，改善其自動化條件已勢在必行，而中小型控制系統(tǒng)的應(yīng)用則成為這一系列技改的主流。
2 中小規(guī)模工藝過程自動化特點
冶金及石化等行業(yè)，有相當(dāng)多的中小規(guī)模工藝流程，如煉鐵生產(chǎn)中的制粉工藝、煉鋼生產(chǎn)中的連鑄工藝、煉油廠重整加氫工藝等，它們在自動化方面具有一些顯著特點：
(1) 檢測控制點數(shù)量相對較少
一般來說，中小規(guī)模的生產(chǎn)過程，其工藝流程相對簡單，整個模擬量及數(shù)字量的數(shù)目較少，一般分別在一、二百點左右范疇，而其中的重要關(guān)鍵點數(shù)則更少，故對自動化系統(tǒng)處理標(biāo)簽點的容量要求不高。
(2) 工藝數(shù)據(jù)以監(jiān)視為主，調(diào)節(jié)控制較少
總的來說，整個生產(chǎn)工藝流程參數(shù)以數(shù)據(jù)顯示為主，電動閥門控制以電氣開關(guān)控制為主，PID調(diào)節(jié)控制較少。
對于工藝上的模擬量而言，一般一次儀表（傳感器及變送器）將現(xiàn)場信號采樣后傳遞到二次轉(zhuǎn)換儀表，并經(jīng)顯示、記錄等儀表將被測參數(shù)顯示出來，同時，調(diào)節(jié)控制采用PID調(diào)節(jié)器，其控制策略也較為簡單，很少或沒有復(fù)雜控制方案要求。
對于工藝上的數(shù)字開關(guān)量而言，一般采用繼電器、定時器、計數(shù)器等為主實現(xiàn)聯(lián)鎖動作，聯(lián)鎖回路數(shù)量不是很多，順、批控過程簡單，程序不復(fù)雜。
(3) 生產(chǎn)過程連續(xù)性要求不高
由于相當(dāng)多的工藝流程是輔助流程，通常都具有不須要連續(xù)開機作業(yè)的特點，故對控制系統(tǒng)連續(xù)運行不停機的要求較低，設(shè)備冗余度也要求不高，同時，儀電系統(tǒng)維護(hù)工作簡單。
3 適用的中小型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式
正是中小規(guī)模的生產(chǎn)過程在自動化方面的上述特點，決定了采用中小型控制系統(tǒng)解決其生產(chǎn)過程自動化成為必然。
在實際應(yīng)用中，根據(jù)企業(yè)具體的生產(chǎn)工藝流程特點、設(shè)計組態(tài)編程開發(fā)經(jīng)費及其他原因等的不同，工程設(shè)計人員應(yīng)采用不同結(jié)構(gòu)形式的中小型控制系統(tǒng)，實現(xiàn)中小規(guī)模生產(chǎn)過程自動化的要求。目前，可供選的中小型控制系統(tǒng)型號及數(shù)目較多。筆者根據(jù)工作實際經(jīng)驗，現(xiàn)歸納總結(jié)為如下幾種結(jié)構(gòu)形式。
(1) PLC + 監(jiān)控組態(tài)軟件
這是一種適用于工藝流程當(dāng)中，以數(shù)字開關(guān)量為主，同時兼顧模擬量的類型結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，PLC 模件置于PLC機架柜內(nèi)，其主要完成生產(chǎn)工藝流程中的模擬量和數(shù)字開關(guān)量的信號采集以及批、順控邏輯控制及聯(lián)鎖動作。監(jiān)控組態(tài)軟件則通過工控機實現(xiàn)人-機界面窗口功能，通過組態(tài)信號地址、流程圖繪制、動態(tài)數(shù)據(jù)連接、動作腳本制作、趨勢、報警、數(shù)據(jù)管理及打印等工作,實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控及事務(wù)性處理。
這種結(jié)構(gòu)形式常見的有西門子的S7和S5系列 等PLC、通用公司的GE90系列PLC、施耐德公司的MODICOM系列PLC等。監(jiān)控軟件則如西門子的WinCC 、通用公司的Cimplicity等。一般這些監(jiān)控軟件均可兼容多種廠家型號的PLC產(chǎn)品。
(2) 中小型DCS系統(tǒng)
這是一種適用于工藝流程當(dāng)中，以模擬量為主，同時兼顧開關(guān)量的類型結(jié)構(gòu)。目前，控制界推出的DCS一方面是具有結(jié)構(gòu)模塊化的特點，既通過模塊組合，形成可大可小的系統(tǒng)；另一方面，則是從系統(tǒng)整體上看，單純僅是規(guī)模上的中小型結(jié)構(gòu)的DCS 系統(tǒng)。中小型DCS系統(tǒng)可處理點標(biāo)簽量及回路數(shù)等容量較小，并且一般這些DCS均自帶配套組態(tài)軟件。現(xiàn)場信號通過系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制單元（站）內(nèi)輸入/出模件卡和DCS系統(tǒng)相連，現(xiàn)場控制單元與系統(tǒng)的操作員站(工程師站)及其它設(shè)備均通過通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相互連結(jié)，系統(tǒng)的操作員站(工程師站)即是系統(tǒng)中的主機，設(shè)計人員通過組態(tài)軟件的編程組態(tài)等工作生成一系列自動化功能，供現(xiàn)場操作人員監(jiān)視生產(chǎn)流程及PID手/自動調(diào)節(jié)和電控操作等。
這種結(jié)構(gòu)形式常見的有Foxboro 公司的I/A Series及 Honeywell公司的 MICRO TDC-3000等DCS。
(3) 數(shù)采模塊 + 監(jiān)控軟件
這是一種采用搭積木方式構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)模式。系統(tǒng)的硬件通常由一系列的數(shù)采模塊、CPU模塊等配套組成，同時采用工控機及可供其使用的監(jiān)控軟件實現(xiàn)整個系統(tǒng)自動化功能。這里的監(jiān)控軟件并不一定需要和硬件設(shè)備出自同一個廠家。這種結(jié)構(gòu)形式中，現(xiàn)場信號采樣到硬件模塊，并通過RS232串口、RS485并行口或通訊模塊連接到工控機相應(yīng)端口。另外，在CPU模塊中須下載用相關(guān)程序語言編制的信號采集、通訊等功能軟件，工控機上也要編制監(jiān)控軟件與通訊端口數(shù)據(jù)交換程序，整個人--機界面則由監(jiān)控軟件編程組態(tài)完成。這種結(jié)構(gòu)形式設(shè)備費用較低，但關(guān)鍵是須進(jìn)一步進(jìn)行功能軟件方面的開發(fā)。目前，值得慶幸的是，有相當(dāng)多的國內(nèi)系統(tǒng)集成商有他們自己已開發(fā)好的這方面現(xiàn)成軟件，價格不高。
這種結(jié)構(gòu)形式典型的應(yīng)用如研華公司的ADAM系列模塊產(chǎn)品，如ADAM5510 IEC1131-3控制器、可編程控制器或研華PCL-812板卡等。主機則采用研華工控機即可，監(jiān)控軟件可采用如FIX或Synall等組態(tài)軟件。同時可根據(jù)現(xiàn)有軟件情況，決定是否還須用Turbo C、VB、EXCEL等編寫相關(guān)軟件。
4 中小型控制系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點
采用中小型控制系統(tǒng)替代原有儀表電氣設(shè)備，優(yōu)點是顯而易見的。
(1) 輕松實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化
結(jié)合工藝流程特點，通過系統(tǒng)硬軟件配置及監(jiān)控軟件的編程組態(tài)工作，可輕而易舉地解決數(shù)據(jù)處理、動態(tài)顯示、流量開方累積計算、順批控連鎖關(guān)系、趨勢、報警及打印等生產(chǎn)過程自動化工作。
(2) CRT顯示操作更加方便
改變了原有盤裝儀表、控制器、繼電器等的操作顯示，只要使用鍵盤、鼠標(biāo)即可完成生產(chǎn)過程的監(jiān)控操作，并且，發(fā)現(xiàn)處理問題及時。
(3) 設(shè)備維護(hù)強度及費用降低
原先設(shè)備較多且雜，生產(chǎn)中容易出問題，維護(hù)起來也繁瑣、工作較重。而采用控制系統(tǒng)，程序經(jīng)組態(tài)編程投運后，改動是十分少的。另外，控制系統(tǒng)本身可靠性較高，生產(chǎn)中設(shè)備故障率明顯下降。
(4) 參數(shù)調(diào)節(jié)品質(zhì)提高，實時性好
由于控制系統(tǒng)有豐富的軟件功能，可供采用的控制策略方案較多，較復(fù)雜控制回路較易實現(xiàn)。
5 結(jié)束語
隨著大中型企業(yè)技改步伐的進(jìn)一步加快，采用中小型控制系統(tǒng)實現(xiàn)中小規(guī)模生產(chǎn)過程自動化的趨勢會更加明顯。同時，進(jìn)一步去研究和優(yōu)化選型好本企業(yè)的中小型控制系統(tǒng)則是很有必要的，以便更好地服務(wù)于實際的生產(chǎn)過程。