現(xiàn)代化工中ＤＣＳ的服務(wù)與應(yīng)用

王　旺

[摘要]本文從四個(gè)方面闡述了現(xiàn)代化工中DCS的服務(wù)與應(yīng)用:一是DCS已經(jīng)進(jìn)入第四代。二是DCS充分體現(xiàn)信息化和集成化。三是DCS變成真正的混合控制系統(tǒng)。 四是DCS平臺(tái)開放與服務(wù)專業(yè)化與開放性。

[關(guān)鍵詞]DCS 信息 企業(yè) 技術(shù)

在工業(yè)企業(yè)中,應(yīng)用效益最直接、最明顯的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是工業(yè)控制系統(tǒng),特別是DCS(分布式控制系統(tǒng))。盡管若干年以前,就有人判定DCS即將被FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))所取代,然而直至今日,DCS仍然具有相當(dāng)?shù)纳Α?/p>

ARC咨詢機(jī)構(gòu)2003年發(fā)布了世界DCS市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告。該報(bào)告預(yù)測(cè),世界DCS市場(chǎng)從2002年至2007年將保持2.5%的增長(zhǎng)。DCS的發(fā)展速度之所以不高,主要原因是美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度減慢所造成。而中國(guó)近幾年的DCS的增長(zhǎng)速度應(yīng)該在10%以上。當(dāng)今的DCS與十年前的DCS相比,發(fā)生了根本性的變化。

一、DCS已經(jīng)進(jìn)入第四代

受信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、各種組態(tài)軟件技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等發(fā)展的影響,以及用戶對(duì)先進(jìn)的控制功能與管理功能需求的增加,各DCS廠商(以Honeywell、Emerson、Foxboro、橫河、ABB為代表)紛紛提升DCS系統(tǒng)的技術(shù)水平,并不斷地豐富其內(nèi)容。可以說,以Honeywell公司最新推出的ExperionPKS(過程知識(shí)系統(tǒng))、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、Foxboro公司的A2、橫河公司的R3(PRM-工廠資源管理系統(tǒng))和ABB公司的IndustrialIT系統(tǒng)為標(biāo)志的新一代DCS已經(jīng)形成。

二、DCS充分體現(xiàn)信息化和集成化

信息化體現(xiàn)在各DCS系統(tǒng)已經(jīng)不是一個(gè)以控制功能為主的控制系統(tǒng),而是一個(gè)充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺(tái)系統(tǒng)。DCS提供了從現(xiàn)場(chǎng)到設(shè)備,從設(shè)備到車間,從車間到工廠,從工廠到企業(yè)集團(tuán)整個(gè)信息通道。這些信息充分體現(xiàn)了全面性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)性。信息和集成基本描述了當(dāng)今DCS系統(tǒng)正在發(fā)生的變化。用戶已經(jīng)可以采集整個(gè)工廠車間和過程的信息數(shù)據(jù),但是用戶希望這些大量的數(shù)據(jù)能夠以合適的方式體現(xiàn),并幫助決策過程,讓用戶以他明白的方式,在方便的地方得到真正需要的數(shù)據(jù)。

DCS的集成性則體現(xiàn)在兩個(gè)方面:功能的集成和產(chǎn)品的集成。過去的DCS廠商基本上是以自主開發(fā)為主,提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS廠商更強(qiáng)調(diào)的系統(tǒng)集成性和方案能力,DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實(shí)現(xiàn)的過程控制功能之外,還集成了PLC(可編程邏輯控制器)、RTU(采集發(fā)送器)、FCS、各種多回路調(diào)節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。此外,各DCS廠商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù),而是紛紛把DCS的各個(gè)組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如,多數(shù)DCS廠商自己不再開發(fā)組態(tài)軟件平臺(tái),而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司(如Foxboro用Wonderware軟件為基礎(chǔ))的通用組態(tài)軟件平臺(tái),或其它公司提供的軟件平臺(tái)(Emerson用Intellution的軟件平臺(tái)做基礎(chǔ))。此外,許多DCS廠家甚至I/O組件也采用OEM方式(Foxboro采用Eurothem的I/O模塊,橫河的R3采用富士電機(jī)的Processio作為I/O單元基礎(chǔ),Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用Rockweell公司的PLC單元作為現(xiàn)場(chǎng)控制站。

三、DCS變成真正的混合控制系統(tǒng)

過去DCS和PLC主要通過被控對(duì)象的特點(diǎn)(過程控制和邏輯控制)來進(jìn)行劃分。但是,第四代的DCS已經(jīng)將這種劃分模糊化了。幾乎所有的第四代DCS都包容了過程控制、邏輯控制和批處理控制,實(shí)現(xiàn)混合控制。 第四代的DCS系統(tǒng)幾乎全部采用IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。該標(biāo)準(zhǔn)原為PLC語言設(shè)計(jì)提供的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)一些DCS(如Honeywell公司的PKS)還直接采用成熟的PLC作為控制站。多數(shù)的第四代DCS都可以集成中小型PLC作為底層控制單元。今天的小型和微型PLC不僅具備了過去大型PLC的所有基本邏輯運(yùn)算功能,而且高級(jí)運(yùn)算、通信以及運(yùn)動(dòng)控制也能實(shí)現(xiàn)。

四、DCS平臺(tái)開放與服務(wù)專業(yè)化與開放性

20年來,業(yè)界討論非常多的一個(gè)概念就是開放性。過去,由于通信技術(shù)的相對(duì)落后,開放性是困擾用戶的一個(gè)重要問題。為了解決該問題,人們?cè)O(shè)想了多種方案,其中包括CIMS系統(tǒng)概念中的開放網(wǎng)絡(luò)(MAP7層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議平臺(tái))。然而,MAP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并沒有得到真正的推廣應(yīng)用。而當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為開放系統(tǒng)提供了可能。各DCS廠家競(jìng)爭(zhēng)的加劇,促進(jìn)了細(xì)化分工與合作,各廠家放棄了原來自己獨(dú)立開發(fā)的工作模式,變成集成與合作的開發(fā)模式,所以開放性自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了。

開放性體現(xiàn)在DCS可以從三個(gè)不同層面與第三方產(chǎn)品相互連接:在企業(yè)管理層支持各種管理軟件平臺(tái)連接;在工廠車間層支持第三方先進(jìn)控制產(chǎn)品SCADA平臺(tái)、MES產(chǎn)品、BATCH處理軟件,同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(以太網(wǎng)為主);在裝置控制層可以支持多種DCS單元(系統(tǒng))、PLC、RTU、各種智能控制單元等,以及各種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

開放性的確有很多好處,但是在考慮開放性的同時(shí),首先要充分考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性。因?yàn)樯a(chǎn)過程的故障停車或事故造成的損失,可能比開放性選擇產(chǎn)品所節(jié)省的成本要高得多。同時(shí)注意,在選擇系統(tǒng)設(shè)備時(shí),先要確定系統(tǒng)的需求,然后根據(jù)需求選擇必要的設(shè)備。盡量不要裝備一些不必要的功能,特別是網(wǎng)絡(luò)功能和外設(shè)的選擇一定要慎重。例如,我們?cè)谶x擇開放網(wǎng)絡(luò)的同時(shí),遭到病毒或黑客襲擊的可能就會(huì)加大;我們選擇豐富的外設(shè)如光驅(qū)或軟驅(qū),就給操作人員提供了裝載無關(guān)軟件(如游戲等)的機(jī)會(huì)等。這些都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓或其它致命故障。

隨著開放系統(tǒng)和平臺(tái)技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)品的選擇更加靈活,軟件組態(tài)功能越來越強(qiáng)大并靈活,但是每一個(gè)特定的應(yīng)用都需要一個(gè)獨(dú)特的解決方案,所以專業(yè)化的應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化廠商或系統(tǒng)集成商成功的關(guān)鍵因素。各DCS廠家在努力宣傳各自DCS技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí),更是努力宣傳自己的行業(yè)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施能力。為不同的用戶提供專業(yè)化的解決方案并實(shí)施專業(yè)化的服務(wù),將是今后各DCS廠家和系統(tǒng)集成商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),同時(shí)也是各廠家盈利的主要來源。

與DCS相比較,FCS有多種優(yōu)勢(shì):節(jié)省電纜和電纜橋架約60%,節(jié)約廠房面積;減少布線、安裝調(diào)試費(fèi)用50%以上;節(jié)省二次開發(fā)費(fèi)用,縮短開發(fā)周期,一次性投資可降低30%;備品備件種類明顯減少,維修更加方便;有利于企業(yè)實(shí)施綜合自動(dòng)化策略,使企業(yè)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)化。

自20世紀(jì)80年代末以來,有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展成熟,并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了影響力和優(yōu)勢(shì),它們是可尋址遠(yuǎn)程變換器數(shù)據(jù)鏈路HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)、控制器局部網(wǎng)CAN(ControllerAreaNetwork)、局部操作網(wǎng)絡(luò)LON(LocalOperatingNetwork)、過程現(xiàn)場(chǎng)總線Profibus(ProcessFieldbus)和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF(FoundationFieldbus),這些現(xiàn)場(chǎng)總線各具特色,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮著重要作用。