PLC控制系統(tǒng)與DCS的前景
?。?)DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng),其控制器功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要,數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)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(xiàn)場化,數(shù)字智能現(xiàn)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,F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低,可以邊用、邊擴、邊投運。
?。?)DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng),各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng),用戶可以選擇不同廠商、不同品牌的各種設(shè)備連入現(xiàn)場總線,達到佳的系統(tǒng)集成。
?。?)DCS系統(tǒng)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(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)是全數(shù)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%。
(4)FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入變送器或執(zhí)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(diào)節(jié)性能。
?。?)DCS它可以控制和監(jiān)視工藝全過程,對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是,由于自身的致命弱點,其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號,因此,它無法在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表(含變送器、執(zhí)行器等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS采用全數(shù)字化技術(shù),數(shù)字智能現(xiàn)場裝置發(fā)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(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制。因此,它可以對現(xiàn)場裝置(含變送器、執(zhí)行機構(gòu)等)進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS的這點優(yōu)越性是DCS無法比擬的。
?。?)FCS由于信息處理現(xiàn)場化,與DCS相比可以省去相當(dāng)數(shù)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(jié)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,F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等,同時也節(jié)省了設(shè)計、安裝和維護費用。有專家認為可以節(jié)省66%。
對于(6)、(7)兩點應(yīng)補充說明的是,采用FCS系統(tǒng),節(jié)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(shù)字在多篇文章中出現(xiàn),編者認為這是相互轉(zhuǎn)摘的結(jié)果,目前還未找到這些數(shù)字的原始出處,因此,讀者在引用這些數(shù)字時要慎重。
(8)FCS相對于DCS組態(tài)簡單,由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化,便于安裝、運行、維護。
?。?)用于過程控制的FCS設(shè)計開發(fā)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(xù)過程類的FCS在設(shè)計開發(fā)中應(yīng)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(jiān)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(yīng),因此,節(jié)點監(jiān)控并不需要快電子學(xué)的響應(yīng)時間,但要求有復(fù)雜的模擬量處理能力。這一物理特征決定了系統(tǒng)基本上多采用主一從之間的集中輪詢制,這在技術(shù)上是合理的,在經(jīng)濟上是有利的。
3)流量、料位、溫度、壓力等參數(shù)的測量,其物理原理是古典的,但傳感器、變送器及控制器應(yīng)向數(shù)字智能化發(fā)展。
4)作為針對連續(xù)過程類及其儀器儀表而開發(fā)的FCS,應(yīng)側(cè)重于低速總線H1的設(shè)計完善。
4.PLC控制系統(tǒng)與DCS的前景
我們已經(jīng)知道有的FCS是由PLC控制系統(tǒng)發(fā)展而來,而有的FCS是由DCS發(fā)展而來,那么,今天FCS已走向?qū)嵱没琍LC與DCS前景又將如何。
PLC于60年代末期在美國首先出現(xiàn),目的是用來取代繼電器,執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能,建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名,并給予定義:PLC是一種數(shù)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(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能,并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件,控制各種機械或工作程序。經(jīng)過30多年的發(fā)展,PLC已十分成熟與完善,并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。PLC在FCS系統(tǒng)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(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。PLC作為一個站掛在高速總線上。充分發(fā)揮PLC在處理開關(guān)量方面的優(yōu)勢。另外,火力發(fā)電廠輔助車間,例如補給水處理車間、循環(huán)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(yōu)勢。編者以為,輔助車間的控制系統(tǒng)應(yīng)以遵循現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的PLC或能與FCS進行通訊交換信息的PLC為優(yōu)選對象。
自1973年提出第一臺以微處理器為基礎(chǔ)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(shù)字式分散控制系統(tǒng)DCS。它的性能大大優(yōu)于以住任何一種控制系統(tǒng)??梢詽M足火電廠DAS、MCS、SCS和APS各系統(tǒng)的各種要求,目前還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)建立管理層網(wǎng)絡(luò),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(tǒng)的監(jiān)控可以復(fù)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?qū)嵱没詠恚粩嘤腥缦抡擖c在公開刊物上發(fā)表,即:“從現(xiàn)在起,新的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS將逐步取代傳統(tǒng)的DCS”;“當(dāng)調(diào)節(jié)功能下放到現(xiàn)場去以后,傳統(tǒng)的DCS就沒有存在的必要而會自動消失”;“今后十年,傳統(tǒng)的4~20mA模擬信號制將逐步被雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制所取代,模擬與數(shù)字的分散型控制系統(tǒng)DCS將更新?lián)Q代為全數(shù)字現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)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(quán)威專家之口,確實不無道理。數(shù)字通訊是一種趨勢,它代表了技術(shù)進步,是任何人阻擋不了的。雙向數(shù)字通信現(xiàn)場總線信號制以及由它而產(chǎn)生的巨大的推動力,加速現(xiàn)場裝置與控制儀表的變革,開發(fā)出越來越多的功能完善的數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。這些都是DCS系統(tǒng)所不具備的,而由此產(chǎn)生的優(yōu)越性以及給火電廠的設(shè)計、配置、組態(tài)、運行、維護、管理等方面帶來的效益也是DCS系統(tǒng)所不及的。再則,F(xiàn)CS是由DCS以及PLC發(fā)展而來,它保留了DCS的特點,或者說FCS吸收了DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場實踐的經(jīng)驗,當(dāng)然也包括教訓(xùn)。由此而得出結(jié)論,“FCS將取代DCS”,似乎也是順理成章之事。
同時我們也應(yīng)看到,DCS系統(tǒng)發(fā)展也近30年,在火電廠的應(yīng)用如此廣泛。它的設(shè)計思想、組態(tài)配置、功能匹配等已達十分完善的程度(當(dāng)然,DCS也存在進一步發(fā)展的需求,例如高級軟件開發(fā),以滿足信息集成的要求),已滲透到火電廠控制系統(tǒng)的各個領(lǐng)域,并且在FCS系統(tǒng)中也有些體現(xiàn)。從這個角度來看,DCS系統(tǒng)似乎不能說從此消亡。再則,從前面的章節(jié)敘述中已經(jīng)談到,對那些FCS系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其特點及優(yōu)越性的領(lǐng)域,DCS系統(tǒng)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(diào)誰取代誰。正如目前的DCS與新型的PLC,由于多年的開發(fā)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(tǒng),現(xiàn)在的DCS已不是當(dāng)初的DCS,同樣如此,新型的PLC也不是開發(fā)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(jié)論
從上述分析論述中,我們可以得出以下簡單的結(jié)論:現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn),數(shù)字式分散控制DCS并不會消亡,而只是將過去處于控制系統(tǒng)中心地位的DCS移到現(xiàn)場總線的一個站點上去。也可以這樣說,DCS處于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破。今后火電廠的控制系統(tǒng)將會是:FCS處于控制系統(tǒng)中心地位,兼有DCS系統(tǒng)哲學(xué)的一種新型控制系統(tǒng)。
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