1 引言
化工生產(chǎn)具有易燃、 易爆、 腐蝕性強(qiáng)、 連續(xù)生產(chǎn)、工藝操作條件苛刻等特點(diǎn)。其中 ,對(duì)工藝參數(shù)的控制是一個(gè)重要的環(huán)節(jié) ,過(guò)程控制系統(tǒng)完成對(duì)工藝參數(shù)的檢測(cè)、顯示、記錄、 控制、 報(bào)警等功能 ,它對(duì)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(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制 ,控制過(guò)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(chǔ)量大。因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及不同生產(chǎn)工藝過(guò)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(jì)高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。
目前 ,國(guó)內(nèi)先進(jìn)的大中型化工行業(yè)的過(guò)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(lái)。FCS 不僅具備 DCS 與PLC的特點(diǎn) ,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(shì)。新型的DCS 已有很強(qiáng)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(jiǎn)要分析了 PLC、 DCS 及 FCS 的特點(diǎn)以及在化工生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用。
2 各種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
2. 1 PLC
可編程序邏輯控制器( Programmable Logical Controller)簡(jiǎn)稱(chēng)PLC ,它是一種以微處理器為核心,綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、 自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它的主要特點(diǎn)是體積小、功能強(qiáng);工作可靠 ,運(yùn)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(jiǎn)單、豐富;網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。
PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制、 條件控制、 計(jì)數(shù)控制、 步進(jìn)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(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。
2. 2 DCS
DCS 是分散控制系統(tǒng) (Dist ributed Control System)的簡(jiǎn)稱(chēng),國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱(chēng)為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ,綜合了計(jì)算機(jī)(Comp uter) 、 通訊(Communication) 、 顯示(CRT)和控制(Cont rol)等 4C 技術(shù)。它采用危險(xiǎn)分散、控制分散 ,而操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想 ,多層分
級(jí)、 合作自治的結(jié)構(gòu)形式 ,同時(shí)也為正在發(fā)展的先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)提供了必要的工具和手段。DCS 具有以下特點(diǎn):
2. 2. 1 高可靠性
由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn) ,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì) ,因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外 ,由于系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一 ,可以針對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專(zhuān)用計(jì)算機(jī) ,從而使系統(tǒng)中每臺(tái)計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。
2. 2. 2 開(kāi)放性
DCS采用開(kāi)放式、 標(biāo)準(zhǔn)化、 模塊化和系列化設(shè)計(jì) ,系統(tǒng)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信 ,實(shí)現(xiàn)信息傳輸,當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí) ,可將新增計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)的工作。
2. 2. 3 靈活性
通過(guò)組態(tài)軟件 ,根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài) ,即確定測(cè)量信號(hào)與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系 ,從控制算法庫(kù)選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫(kù)調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫(huà)面 ,從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。
2. 2. 4 易于維護(hù)
功能單一的小型或微型專(zhuān)用計(jì)算機(jī)具有維護(hù)簡(jiǎn)單、 方便的特點(diǎn) ,當(dāng)某一局部或某個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí) ,可以在不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況下在線(xiàn)更換 ,迅速排除故障。
2. 2. 5 協(xié)調(diào)性
各工作站之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù) ,整個(gè)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(shí)現(xiàn)串級(jí)、 前饋、 解耦、 自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)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(zhuān)用的管理計(jì)算機(jī)站、 操作員站、 工程師站、 記錄站、 現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。
2. 3 FCS
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)( Fieldbus Control System)簡(jiǎn)稱(chēng) FCS。它把控制功能徹底分散到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表 ,真正實(shí)現(xiàn)了DCS的分散控制。FCS主要有以下特點(diǎn): FCS系統(tǒng)的核心是總線(xiàn)協(xié)議 ,即總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn) ,一種類(lèi)型的總線(xiàn) ,只要其總線(xiàn)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(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)具有高度的互操作性 ,就一個(gè)特定類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)而言 ,只要遵循該類(lèi)型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的總線(xiàn)協(xié)議 ,就對(duì)其產(chǎn)品是開(kāi)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(chǎng)裝置 ,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性;通過(guò)使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) ,用戶(hù)可以大量減少現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn) ,用單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信 ,不同制造廠(chǎng)生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作 ,增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的控制功能 ,系統(tǒng)集成大大簡(jiǎn)化 ,并且維護(hù)十分簡(jiǎn)便。因此 ,系統(tǒng)安全性高 ,擴(kuò)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(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展 ,PLC和DCS的性能都有了較大的改進(jìn) , 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(kāi)放性發(fā)展,操作站采用工控機(jī),操作系統(tǒng)采用通用的 bbbbbbs N T或 bbbbbbs2000 操作平臺(tái) ,PC 機(jī)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(jià)格 ,提高了系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比。PLC 和DCS在搶占市場(chǎng)的過(guò)程中 ,兩者相互借鑒、 滲透、 融合 ,極大地增加了用戶(hù)在設(shè)計(jì)和使用中的選擇性。同時(shí) ,由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠(chǎng)較多 ,產(chǎn)品更新?lián)Q代快 ,也給系統(tǒng)選擇帶來(lái)了一定困難。
而走向?qū)嵱没?FCS ,也正以迅猛的勢(shì)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(lái)越重要的作用。如:國(guó)內(nèi)許多啤酒廠(chǎng)的發(fā)酵罐群控制系統(tǒng)采用 PLC系統(tǒng)來(lái)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(yǔ)
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(diǎn) ,選擇控制系統(tǒng)時(shí) ,必須根據(jù)過(guò)程對(duì)象復(fù)雜程度不同 ,結(jié)合 PLC、 DCS、 FCS的特點(diǎn) ,以及針對(duì)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(guò)程控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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