電廠DCS以及PLC現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

王林 金鑫

摘 要：文章對現(xiàn)場總線技術(shù)、PLC技術(shù)以及DCS技術(shù)分別作了介紹，通過技術(shù)特點(diǎn)以及功能的對比分析，簡述了DCS、PLC與現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點(diǎn)，論述了現(xiàn)場總線技術(shù)在現(xiàn)代電廠系統(tǒng)控制中具有良好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；DCS；PLC；控制系統(tǒng)

1 前言

集散控制系統(tǒng)即DCS是上世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的數(shù)字控制系統(tǒng)，開創(chuàng)了控制系統(tǒng)的新時代，DCS是結(jié)合了通信技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，被稱作4C技術(shù)，并且信息管理技術(shù)也逐步的結(jié)合至DCS中，因此現(xiàn)在DCS能夠完成信息管理以及過程控制，發(fā)展成為了5C技術(shù)。并在很多行業(yè)中得以應(yīng)用，尤其在火力發(fā)電廠中，DCS系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛，其社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益都取得了顯著的效果，其發(fā)展是自動化控制發(fā)展方向以及發(fā)展水平的典型代表。

2 DCS系統(tǒng)特征

2.1 傳統(tǒng)的系統(tǒng)基礎(chǔ)主要包括：網(wǎng)絡(luò)、微處理器、圖形技術(shù)。

2.2 目前的系統(tǒng)特點(diǎn)：首先開放系統(tǒng)較為完備。DCS通過成熟軟件以及通用設(shè)備的應(yīng)用，保證了系統(tǒng)的高層互聯(lián)，同PLC以及智能儀表相互連接；其次，DCS系統(tǒng)中應(yīng)用了高性能微處理器；最后，系統(tǒng)的專業(yè)性以及綜合性為用戶提供過程控制平臺。目前所使用的DCS系統(tǒng)中很多操作平臺都應(yīng)用了NT/WINDOWS，增加了全場綜合管理力度，提高了自動化水平。DCS是目前火電廠使用最為廣泛的系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)對向下接口能力不斷的予以提高，很多DCS系統(tǒng)都提供了同PLC以及現(xiàn)場總線的通信接口。例如，通過同PLC之間的通信減少了手動操作按鈕的數(shù)量，使BTG盤面積大大縮小。實(shí)際上火力發(fā)電廠中很多控制子系統(tǒng)都能夠通過DCS予以實(shí)現(xiàn)。如廠中的電除塵系統(tǒng)、ETS系統(tǒng)、DEH系統(tǒng)以及FSSS系統(tǒng)和輸煤系統(tǒng)，不但能夠有效縮小控制室面積，同時也有效降低了維修成本支出。

3 PLC系統(tǒng)特性

3.1 豐富的功能

現(xiàn)在使用的PLC系統(tǒng)已經(jīng)不再是僅用于控制順序邏輯，很多PLC系統(tǒng)中應(yīng)用了通用處理器，通過多任務(wù)操作，不但有效提高了順序邏輯運(yùn)算速度，同時還增加了代數(shù)運(yùn)算以及回路調(diào)節(jié)功能。

3.2 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能

傳統(tǒng)的PLC通訊速度較慢，主要是用于將設(shè)備運(yùn)行的情況以及系統(tǒng)控制的情況傳輸給監(jiān)控設(shè)備，用來為操作員的指令修改以及檢視提供基礎(chǔ)信息。而目前使用的PLC系統(tǒng)采用了通信網(wǎng)絡(luò)，同信功能更加完善。

3.3 逐步標(biāo)準(zhǔn)化的編程

各方面的發(fā)展促使PLC在更多的領(lǐng)域被應(yīng)用開來，很多廠家都在進(jìn)行PLC的開發(fā)研究，并且隨著DCS的開放，PLC的開放也成為了必然趨勢。而PLC的開放所帶來的便是變成語言逐步的向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

3.4 微型化的系統(tǒng)模塊

很多PLC廠家除了從提高系統(tǒng)性能以及網(wǎng)絡(luò)性能方面對產(chǎn)品綜合競爭力進(jìn)行提升外，還通過模塊小型化的方式，對價格進(jìn)一步降低。

4 現(xiàn)場總線系統(tǒng)特性

（1）所謂的現(xiàn)場總線控制便是將現(xiàn)場的儀表同控制室中的操作界面通過現(xiàn)場總線連接到一起，通過智能儀表的使用令現(xiàn)場設(shè)備直接具有可控性，并將輸出模塊置于現(xiàn)場中，實(shí)現(xiàn)了徹底分散控制。

（2）該系統(tǒng)的基礎(chǔ)為現(xiàn)場總線。本質(zhì)上現(xiàn)場總線就是一種網(wǎng)絡(luò)，每一智能儀表便是網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點(diǎn)，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：首先是傳輸信號的數(shù)字化；其次，物理傳輸介質(zhì)的公用性。不但增加了傳輸距離，同時還對聯(lián)線成本有效予以降低。

（3）現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)了通信的全數(shù)字化，并且操作上具有相互性，同時不同廠家之間的類似設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)互換，系統(tǒng)具有高度分散性。

5 三種系統(tǒng)之間的關(guān)系

5.1 DCS同PLC之間的關(guān)系

在火力發(fā)電廠中PLC同DCS應(yīng)廣泛的應(yīng)用于DCS和PLC在火力發(fā)電廠的熱工控制系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。目前例如FSSS系統(tǒng)中DCS完全可以用PLC系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)，只要不斷的進(jìn)行改進(jìn)從功能上PLC替代DCS完全可以實(shí)現(xiàn)。

（1）對PLC的CPU處理能力予以加強(qiáng)，使其處理功能不僅局限于順序邏輯的處理，通過實(shí)時多任務(wù)操作同時實(shí)現(xiàn)回路計(jì)算以及回路調(diào)節(jié)功能。

（2）在控制器等關(guān)鍵部件上能夠?qū)崿F(xiàn)冗余配置。

（3）采用令牌環(huán)以及令牌總線等確定實(shí)時的冗余網(wǎng)絡(luò)，PLC的功能也逐步的被包容在DCS系統(tǒng)中，例如PLC編程語言在DCS系統(tǒng)中的應(yīng)用。

上述兩種系統(tǒng)在功能上已經(jīng)逐步接近，價格上也逐步的接近，在不久的將來二者之間會逐漸的融合，向著過程控制系統(tǒng)發(fā)展。

5.2 DCS系統(tǒng)與現(xiàn)場總線系統(tǒng)

現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出了優(yōu)越性：

（1）節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感控制報警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的調(diào)節(jié)器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)制板、隔離放大器、I/O板、A/D轉(zhuǎn)換器以及它們之間復(fù)雜的接線。還可以用工控PC機(jī)作為操作站，從而可節(jié)省一大筆硬件投資并減少控制室面積。并且有的PLC已經(jīng)可以支持快速的現(xiàn)場總線通信。采用現(xiàn)場總線技術(shù)比傳統(tǒng)意義上的DCS可以減少許多I/O卡。

（2）節(jié)省安裝費(fèi)用和材料。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于1對雙絞線或1根電纜上可掛接多個設(shè)備，因而電纜、端子、橋架的用量大大減少，連線的設(shè)計(jì)與接頭校對的工作量也減少。當(dāng)需增加新的現(xiàn)場設(shè)備時，無需新增電纜，這既節(jié)省了投資，又減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。目前DCS的主要盤臺都集中在電子設(shè)備間，與現(xiàn)場信號的連接電纜很多，如采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，電纜可減少1/3。

（3）用戶節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用，掌握了高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)。過去用戶采用某種DCS系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)某些功能塊損壞，就必須使用這一廠家的模板，用別的產(chǎn)品會出現(xiàn)系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議。而現(xiàn)在現(xiàn)場總線卻讓所有的設(shè)備廠家遵循一定的協(xié)議，用戶自己牢牢地掌握了系統(tǒng)的集成主動權(quán)。因此，大多數(shù)人都相信在未來的5到10年間，現(xiàn)場總線的技術(shù)可望普遍推廣。但目前，由于制約現(xiàn)場總線技術(shù)的國際通用通信標(biāo)準(zhǔn)很難在短時間內(nèi)出來，DCS技術(shù)又被大家掌握且價格已經(jīng)很低，目前DCS還會存在下去，但最終會被現(xiàn)場總線系統(tǒng)所代替，這是自動化控制發(fā)展的最終目標(biāo)和方向。

我國目前所運(yùn)行使用的火力發(fā)電廠中機(jī)、電、爐在控制水平上存在較為嚴(yán)重的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，并且輔助系統(tǒng)較為落后，集中控制室占用空間較大，系統(tǒng)電纜數(shù)量過多，需要人員數(shù)量龐大。而目前PLC系統(tǒng)以及現(xiàn)場總線技術(shù)在火力電廠中的應(yīng)用推廣使得機(jī)組自動化水平顯著提高，能夠基本滿足現(xiàn)代化火力發(fā)電廠對系統(tǒng)控制的要求。

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