愛華網(wǎng)???? 1.DCS與PLC 60年代以后, 隨著生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化, 誕生了計(jì)算機(jī)集中監(jiān)視和控制的集中控制系統(tǒng)。集中控制方便了監(jiān)視、操作和管理, 同樣也使危險(xiǎn)性高度集中, 系統(tǒng)一旦故障, 對(duì)裝置造成的影響及危險(xiǎn)性都是非常大的。隨著微處理機(jī)的誕生, 為新型控制系統(tǒng)的開發(fā)創(chuàng)造了無比優(yōu)越的條件。1975年11月, 隨著計(jì)算機(jī)(COM PU T ER)、通訊(COM M UN ICAT ION)、控制(CON TRL)和CRT 4C技術(shù)的不斷發(fā)展和完善, 美國(guó)霍尼韋爾(HON EYW ELL)首次向全世界推出了分散控制系統(tǒng)TDC-2000被稱為當(dāng)時(shí)“最鼓舞人心的事件”。從第1套D CS系統(tǒng)誕生至今,D CS系統(tǒng)已經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段。 1975～1980年為初創(chuàng)階段。由于軟硬件技術(shù)的限制, 此時(shí)的D CS系統(tǒng)性能還不十分完善, 硬件結(jié)構(gòu)還不十分成熟。 1981～1987年為第2個(gè)階段。這一時(shí)期容錯(cuò)、冗余技術(shù)已成熟使用, 系統(tǒng)可靠性很高,性能十分優(yōu)越, 各種控制功能十分豐富。 1987～1993年為第3階段, 各廠家的D CS開始向以O(shè) S I為基礎(chǔ)的M A P協(xié)議靠攏, 以求達(dá)到不同系統(tǒng)的互聯(lián)。 1994年至今為第4階段,D CS系統(tǒng)在硬件上使用了更先進(jìn)的CPU及冗余技術(shù), 貯存容量及通訊速度大幅度提高, 軟件上采用通用操作系統(tǒng)。 早在D CS出現(xiàn)前的1969年D EC公司按照GM(美國(guó)通用汽車公司)的10條要求研制出世界上第1臺(tái)PL C, 首次安裝在美國(guó)底特律的GM 公司的汽車裝配線上一舉獲得成功, 1969年在D EC之后GOU LDM OD ICON使PL C商品化, PL C是專門設(shè)計(jì)出來用于同繼電器產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的, 并且已逐漸取代了繼電器。PL C做為一種工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)已跨過25年的歷史, 經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段: 1969～1972年是PL C的出世階段, 各家PL C結(jié)構(gòu)差異很大、功能簡(jiǎn)單、硬件結(jié)構(gòu)以分離元件為主, 體積較大。 1972～1976年為第2階段, 系統(tǒng)開始標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化, 整機(jī)功能由專用向通用過渡。 1976～1987年為第3階段, PL C逐步演變成一種專業(yè)的工業(yè)計(jì)算機(jī), 可靠性大大提高, 成本大幅度降低, 面向過程的梯形圖語言及其變種語句表語言問世, 為PL C的普及奠定了基礎(chǔ)。 1981～1988年為第4階段, 梯形圖語言和語句表語言完全成熟, 基本標(biāo)準(zhǔn)化, SFC語言問世。 IEC 發(fā)表PL C標(biāo)準(zhǔn)草案, 各廠家的PL C向規(guī)范化系列化發(fā)展。 1988年至今為第5階段, IEC 正式頌布PL C標(biāo)準(zhǔn)。整體式PL C與外界連接的輸入、輸出部分標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化, 并與主機(jī)分離。 2.過程控制、順控、安全聯(lián)鎖全部在D CS系統(tǒng)中完成 順控是工業(yè)控制過程中重要的一環(huán), 大量采用離散的開/關(guān)信號(hào), 執(zhí)行較復(fù)雜的邏輯控制功能來完成間斷的、批量的工業(yè)生產(chǎn)過程。 安全聯(lián)鎖一般只須要執(zhí)行較簡(jiǎn)單的邏輯功能。 過程控制系統(tǒng)要求用模擬信號(hào), 完成復(fù)雜的數(shù)字及邏輯運(yùn)算功能。 過去, 由于技術(shù)上的原因, 加上傳統(tǒng)觀念對(duì)人們的影響, 世界上許多國(guó)家的設(shè)計(jì)資料及規(guī)范均要求把過程控制與安全聯(lián)鎖分開,這就造成大量的裝置過程控制與順控, 特別是過程控制與安全聯(lián)鎖系統(tǒng)分別采用相互獨(dú)立的控制系統(tǒng)。隨著生產(chǎn)工藝越來越復(fù)雜, 隨著4C技術(shù)突飛猛進(jìn)地發(fā)展,D CS已取代了常規(guī)控制儀表完成過程控制, PL C取代了繼電器完成順序控制及安全聯(lián)鎖。D CS與PL C無論從硬件結(jié)構(gòu), 還是在軟件上都很相似, 而現(xiàn)在D CS系統(tǒng)在功能上要比PL C強(qiáng)得多,D CS有很好的操作監(jiān)視界面, 有豐富的管理軟件, 有很強(qiáng)的控制功能, 可利用率已達(dá)到99.9999%。用D CS取代PL C, 在1套工業(yè)裝置中即完成過程控制又要完成順控, 特別是安全聯(lián)鎖, 這是完全可能的, 并且在工業(yè)界中已有考慮應(yīng)用, 這也是工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)方向。 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看。從系統(tǒng)硬件構(gòu)成來看,D CS系統(tǒng)是由上位管理計(jì)算機(jī), 操作站和控制站等組成, 而有些D CS系統(tǒng)還設(shè)立了專門的邏輯控制站,(即PL C) 如TDC-3000的LM。1個(gè)控制站(包括獨(dú)立的邏輯控制站) 就相當(dāng)于1臺(tái)PL C, 其硬件結(jié)構(gòu)也與PL C基本相同, 包括I/O模件、通訊模件(站內(nèi)部)、存貯模件和CPU運(yùn)算模件。從軟件及通訊上來看D CS的基本出發(fā)點(diǎn)就是分散控制, 每一個(gè)控制站與控制站, 控制站與操作站、上位機(jī)之間是相對(duì)獨(dú)立的, 不論哪一個(gè)站出現(xiàn)故障都不會(huì)對(duì)其他站造成影響, 如果選用高分散型的控制站還可進(jìn)一步把危險(xiǎn)分散。因此從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看D CS的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站對(duì)整個(gè)系統(tǒng)可以說是獨(dú)立的, 其可靠性完全可以和1臺(tái)PL C相比, 僅受本站內(nèi)故障的影響。 可靠性。由于D CS系統(tǒng)采用了容錯(cuò)、糾錯(cuò), 從電源、I/O到通訊以及存貯運(yùn)算等一系列的冗余, 甚至四重鏡面CPU等多種高可靠性措施, 加上今天的電子元器件, 集成電路可靠性大幅度提高, 整個(gè)系統(tǒng)平均無故障時(shí)間M T B F高達(dá)10萬d, 平均修復(fù)時(shí)間M T T R為10- 2d, 利用率A 高達(dá)99.999 9% ,即使假設(shè)目標(biāo)故障率H 為每年0.01% ,對(duì)D CS要求的故障率D為100次/a, 系統(tǒng)的利用率為:U=H/D則 U= (0. 01%)/100= 0. 000 01%,可利用率= 1- U= 99. 999 9%。 從D CS與PL C的發(fā)展過程來看,D CS,PL C都經(jīng)歷了4～5代, 已完全成熟, 從硬件選型到制造工藝,D CS和PL C廠家都是精益 求 精, 選 用 最 先 進(jìn) 的CPU (32B IT M C68020～M C68040), 采用最先進(jìn)的表面貼裝技術(shù), 在軟件方面采用成熟的可靠的操作系統(tǒng)?？傊祭昧水?dāng)今世界上最先進(jìn)優(yōu)秀的手段, PL C沒有任何優(yōu)勢(shì)可言, 而D CS第2代產(chǎn)品中就采用了分散, 冗余等先進(jìn)手段。 由D CS完成安全聯(lián)鎖有利于把事故消除在萌芽狀態(tài)。 把生產(chǎn)的安全可靠性提到重要地位上來, 尋求更完善可靠的安全控制策略, 要求對(duì)不正常情況的出現(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、診斷、控制。隨著生產(chǎn)工藝的大型化、復(fù)雜化及精密化, 單純的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)不論從及時(shí)性、可靠性, 還是從經(jīng)濟(jì)性的角度考慮, 都存在很多不足之處, 難以處理復(fù)雜的情況。而在D CS內(nèi)可以采用故障檢測(cè)和診斷技術(shù), 可以在故障的萌芽階段就被發(fā)現(xiàn), 這樣可以及時(shí)處理, 避免事故擴(kuò)大, 并減少停車損失。國(guó)外已有了安全性檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)的軟件商品, 這也只有在D CS系統(tǒng)中才能很好地運(yùn)行(需要各種信息)。 在安全聯(lián)鎖中D CS不能做為PL C的后備。有觀點(diǎn)認(rèn)為在PL C單獨(dú)完成安全聯(lián)鎖的情況下,D CS可以做為PL C的后備。 在工業(yè)控制過程中, 一般的順控特別是安全聯(lián)鎖系統(tǒng), 從檢測(cè)元件到報(bào)警給定器, 無論是驅(qū)動(dòng)繼電器, 還是PL C或D CS, 完成邏輯運(yùn)算, 然后送出執(zhí)行信號(hào)到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),這一系列的過程中的元件都是完全獨(dú)立的。特別是對(duì)于安全聯(lián)鎖, 更是這樣, 即操作信號(hào)(人能干預(yù)的信號(hào))與聯(lián)鎖信號(hào)是分開的, 從檢測(cè)目的, 到檢測(cè)設(shè)備都是相互獨(dú)立的, 即使是在D CS內(nèi)部完成順控(安全聯(lián)鎖), 這一部分功能也是相對(duì)獨(dú)立的。D CS或常規(guī)控制手段的監(jiān)視操作功能, 并不能看作是聯(lián)鎖的后備功能, 事實(shí)上也根本起不到安全聯(lián)鎖的作用。 當(dāng)D CS出現(xiàn)大故障或停電, 必將造成對(duì)工藝過程不能正常監(jiān)視、操作, 以至停車, 這 時(shí)安全聯(lián)鎖也就不需要起作用了。由于D CS有完善的雙重化功能, 如果是一般的控制站 內(nèi)的故障, 系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行, 可通過不停站, 在控制站正常運(yùn)行的情況下, 進(jìn)行故障處理, 則聯(lián)鎖系統(tǒng)照樣能正常運(yùn)行, 起到安全作用。 運(yùn)行速度問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,D CS系統(tǒng)控制站盡管容量在不斷擴(kuò)大, 但掃描速度也在不斷提高, 有的系統(tǒng)現(xiàn)在掃描速度大于1m s, 并且能區(qū)分第1事故點(diǎn), 大多數(shù)D CS雖達(dá)不到如此快的掃描速率, 但也有各自具體的處理方法, 比如回路掃描速率由用戶自己定義, 對(duì)重要的回路掃描周期可以相對(duì)提高。 在工業(yè)生產(chǎn)上, 絕大多數(shù)的工業(yè)過程, 其反應(yīng)、變化過程是比較緩慢的, 根本不需要10-9S級(jí)的處理速度, 加之傳感元件的反應(yīng)速度或給定器的工作速度也無法達(dá)到10-9S級(jí), 因此D CS控制站的掃描速度完全可以滿足一般順控或安全聯(lián)鎖的需要。 從D CS與PL C的硬件結(jié)構(gòu)或工作方式來看, 是基本相同的, 只是在處理信息的容量上有一定的區(qū)別。從這一點(diǎn)上看, PL C的掃描速率比D CS也不可能有非常大的區(qū)別。 容量上看。從硬件結(jié)構(gòu)上看, 現(xiàn)在最大的PL C可以達(dá)到32 00個(gè)I/O點(diǎn), 而整套的D CS系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)完全可以與之抗衡。 從軟件功能上看,D CS系統(tǒng)有豐富的功能模塊及先進(jìn)的順控方法, 大大超過PL C。一般的由D CS控制的工業(yè)生產(chǎn), 其順控或安全聯(lián)鎖都不十分龐大,D CS完全可以勝任。 從通訊速度上看,D CS的通訊速度, 控制站與控制站之間, 或控制站與操作站之間已達(dá)到5M bp s或10M bp s。 從存貯容量上看,D CS控制站的內(nèi)存可達(dá)16M bp s或更大, 遠(yuǎn)大于PL C。 便于聯(lián)網(wǎng)通訊。從全廠管理的角度出發(fā), 從控制的更高一 層次的要求來看, 我們又在搞全廠各裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng), 又千方百計(jì)地利用各種通訊接口、通訊方式, 把各系統(tǒng)連接起來,以便于全廠信息管理與信息采集。如果1個(gè)裝置采用1套控制系統(tǒng)來完成, 不就可以大大減少這方面的工作量了嗎? 運(yùn)用D CS實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的自控也是自動(dòng)化的發(fā)展方向 自動(dòng)化與工藝知識(shí)更密切的結(jié)合, 工藝過程與控制設(shè)計(jì)的一體化已提到議事日程,與其讓設(shè)計(jì)出來的過程難于控制而費(fèi)力地在控制策略上解決, 不如一開始就考慮兩方面的關(guān)系。在線統(tǒng)計(jì)過程控制(SPC)或連接過程的總體質(zhì)量控制(SQ C)都必須建立在全裝置統(tǒng)一的控制系統(tǒng)之上。 由經(jīng)營(yíng)、決策、生產(chǎn)、調(diào)度, 操作優(yōu)化與直接控制等層次組成的綜合自動(dòng)化系統(tǒng), 也要使用全裝置、全廠的過程信息, 這也要求統(tǒng)一的控制系統(tǒng),
高速通訊與綜合信息處理系統(tǒng)。D CS系統(tǒng)使自動(dòng)化某些方法得以實(shí)現(xiàn),同時(shí)規(guī)模巨大的綜合自動(dòng)化系統(tǒng), 又對(duì)D CS提出了新的更高的要求, 促使D CS有更大的發(fā)展。 作組態(tài)維護(hù)?，F(xiàn)在普遍使用的PL C, 其監(jiān)視、操作都是通過各種不同接口, 用工控機(jī)來完成的。其PL C與工控機(jī)之間的通訊速率, 要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于D CS的5M bp s, 且操作平臺(tái)一般都使用通用的操作系統(tǒng), 其針對(duì)工業(yè)控制的特殊功能要少得多。而D CS的操作具有很多專用功能,其操作性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于工控機(jī),D CS還具有成熟的、豐富的管理功能, 省卻了用戶的二次開發(fā)的麻煩。 組 態(tài)：使用D CS系統(tǒng)控制工業(yè)過程, 必須要進(jìn)行針對(duì)性的組態(tài)、完成用戶軟件。如果再加上1套PL C, 無論誰來組態(tài), 用戶必須再學(xué)習(xí),熟悉一套新的系統(tǒng)。而如果把順控功能設(shè)在D CS內(nèi)部完成, 則僅僅增加了一定的工作量。而且1個(gè)裝置、1套系統(tǒng), 不可能所有的順控都由PL C來完成, 但全部由D CS來完成是完全可能的, 這樣可給使用者帶來很大方便。 維護(hù)及管理：從運(yùn)行后維護(hù)、管理的角度考慮, 把PL C用D CS來替代,D CS的規(guī)?？赡軙?huì)稍大一點(diǎn), 但可以從原來的兩套系統(tǒng)合為1套系統(tǒng)。這樣不論從軟件維護(hù)、修改, 還是系統(tǒng)硬件日常維護(hù), 都可以減少維護(hù)人員的數(shù)量, 且便于維護(hù), 而備品備件的數(shù)量和種類也可以減少很多, 故障的檢修處理, 也只針對(duì)1套系統(tǒng)。 實(shí)際情況。玉柴石化20萬噸溶劑油生產(chǎn)裝置,。已經(jīng)投入使用。此裝置的導(dǎo)熱油系統(tǒng), 火炬系統(tǒng), 有模擬輸入35點(diǎn), 開關(guān)量輸入/輸出274點(diǎn), 使用了2套西門子公司的S7-200 PL C來完成順序控制過程。通過R S232接口與1臺(tái)工控機(jī)相連進(jìn)行監(jiān)視操作, 有獨(dú)立的控制室。主裝置采用的是和利時(shí)MACS V4.5分散系統(tǒng),共有3個(gè)操作站U S, 4個(gè)控制站A PM, 1個(gè)工程師站UW S, 1臺(tái)N M及1臺(tái)HM。主裝置控制室至導(dǎo)熱油爐控制室直線距離不過百米, 完全可以用1臺(tái)U S和1臺(tái)A PM或LM來完成導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)的控制, 而兩個(gè)控制室可以連成1個(gè)系統(tǒng)。這樣, 對(duì)用戶來說, 即便于管理, 也方便了操作(MACS V4.5系統(tǒng)軟件的操作性比工控機(jī)要好得多), 特別是為生產(chǎn)開車后的日常維護(hù), 備品備件帶來很大的方便。 1個(gè)裝置的幾個(gè)部分由于工藝聯(lián)系不太緊密, 或由于裝置布置距離相對(duì)較遠(yuǎn), 或由于不是由1家設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì), 無法協(xié)調(diào)統(tǒng)一等種種原因。搞得1個(gè)裝置幾個(gè)控制室, 往往主裝置是D CS, 而輔助裝置是常規(guī)儀表或常規(guī)儀表帶PL C, 給工藝操作帶來不少困難, 大大增加了儀表維護(hù)人員的工作量。實(shí)際上只要設(shè)計(jì)管理協(xié)調(diào)搞得好, 1個(gè)裝置的自控完全可以用1套D CS系統(tǒng)來完成。這樣做還有利于降低成本、提高利用率, 減少今后聯(lián)網(wǎng)的費(fèi)用與工作量。 3.結(jié)論 由前述的種種依據(jù)可以看到, 用D CS的控制站或邏輯控制站來取代PL C(在主裝置采用D CS控制的情況下)完成順序控制或安全聯(lián)鎖是完全可行的, 也是非常合理的。 參考文獻(xiàn) 1.廉鴻帥，遲 軍.西門子系列PLC原理及應(yīng)用[M]。北京：人民郵電出版社，2009 2.徐國(guó)林，PLC 應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 3. Michael Babb The Disappearing DCS Control Engineering, 1992.05
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