淺述PLC與DCS的特點(diǎn)及在熱電廠中應(yīng)用分析

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)著各行業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用，由計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出的各種控制技術(shù)也運(yùn)用到了熱電廠電氣系統(tǒng)中。由我國(guó)自主研發(fā)的PLC與DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，也在電氣系統(tǒng)運(yùn)用中收獲了非常大的進(jìn)步。PLC與DCS系統(tǒng)的應(yīng)用為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供了保障，也促進(jìn)著電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展?；诖耍疚木蚉LC與DCS的特點(diǎn)及在熱電廠中的應(yīng)用進(jìn)行分析與研究。

【關(guān)鍵詞】PLC；DCS；特點(diǎn)；熱電廠

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與應(yīng)用，PLC與DCS系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在了熱電廠的電氣系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行集中操作、監(jiān)控以及分散控制進(jìn)行管理，不僅具有穩(wěn)定性，且有著傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無(wú)法超越的優(yōu)點(diǎn)。本文就PLC與DCS系統(tǒng)在熱電廠電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析了PLC與DCS系統(tǒng)的特點(diǎn)，并針對(duì)PLC與DCS系統(tǒng)的一些問(wèn)題進(jìn)行分析。

一、PLC與DCS的特點(diǎn)

（一）PLC的特點(diǎn)

PLC是ProgrammableLogicController的縮寫，中文名為可編程邏輯控制器，由此可以看出，其工作的主要方式，就是依靠?jī)?nèi)部的程序，要想讓其控制電路的工作，必須根據(jù)實(shí)際的需要，編寫一個(gè)控制程序，然后寫入到芯片中，這樣將芯片連接到電路中，就可以完成相應(yīng)的控制功能。通過(guò)實(shí)際的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前市面上有很多PLC設(shè)備，其中大多都是由國(guó)外的公司生產(chǎn)的，我國(guó)要想使用必須從國(guó)外引進(jìn)，這種現(xiàn)象在很大程度上影響了我國(guó)PLC的應(yīng)用，尤其是不同的PLC芯片，具有不同的特點(diǎn)，可以采用不同的語(yǔ)言進(jìn)行程序的編寫，而我國(guó)的技術(shù)人員，在實(shí)際的程序編寫中，通常會(huì)選擇C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言，來(lái)編寫程序。

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，PLC之所以能夠完成相應(yīng)的控制功能，主要就是依靠邏輯控制器，現(xiàn)在的數(shù)字電路中，電子元器件的工作，都是用數(shù)字信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制，電路中的數(shù)字信號(hào)只有0和1兩種狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際控制的需要，只要設(shè)計(jì)一個(gè)科學(xué)、合理的程序，PLC就會(huì)按照程序的內(nèi)容，對(duì)整個(gè)電路的工作情況進(jìn)行控制。

與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)相比，PLC芯片最鮮明的特點(diǎn)，就是自身的體積比較小，而且能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)的控制功能，雖然在性能上，與普通的計(jì)算機(jī)相比，還存在一定的差距，但是在實(shí)際的工業(yè)控制中，對(duì)性能的要求很低。通常情況下，只是控制設(shè)備的運(yùn)行和停止等，需要很少的計(jì)算量，因此性能較低的PLC設(shè)備，依然可以很好的滿足實(shí)際使用的需要。此外PLC芯片的程序?qū)懭氡容^簡(jiǎn)單，為了方便PLC的編程，出現(xiàn)了很多應(yīng)用軟件。利用這些軟件，不但可以簡(jiǎn)單的完成程序的設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)行一定的模擬和仿真，對(duì)于PLC的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，具有非常重要的作用。

現(xiàn)在的PLC程序設(shè)計(jì)中，大多都會(huì)借助這些應(yīng)用軟件，以此來(lái)提高程序編寫的效率。PLC的應(yīng)用還具有靈活的特點(diǎn)，由于其體積比較小，而且采用了標(biāo)準(zhǔn)的IC封裝，可以根據(jù)實(shí)際控制的需要，放到指定的地方，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，通常會(huì)在電路板上焊接一個(gè)插槽，將芯片直接插入到電路中，就能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的控制功能，在芯片出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，直接更換有問(wèn)題的芯片即可，不用改變電路的任何地方。

PLC是隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際工業(yè)控制的需要，出現(xiàn)的一種新型設(shè)備，在PLC芯片出現(xiàn)的早期，其自身的性能較差，自身帶有的空間有限，只能寫入剪短的程序，因此只能實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的控制功能，應(yīng)用的效果較差，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，PLC芯片等設(shè)備更新?lián)Q代的速度很快?，F(xiàn)在的PLC芯片，具有很大的存儲(chǔ)空間，可以寫入較大的程序，而且具有的主頻很高，可以快速的相應(yīng)命令。

通過(guò)可編程邏輯控制器的使用，極大的提高了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，一些西方國(guó)家在PLC等芯片的基礎(chǔ)上，已經(jīng)建成了多條自動(dòng)化的生產(chǎn)線，只要少量的技術(shù)人員，就可以實(shí)現(xiàn)二十四小時(shí)不間斷的生產(chǎn)。由此可以看出，現(xiàn)在PLC在實(shí)際的工業(yè)控制中，具有非常重要的作用，受到我國(guó)技術(shù)水平的限制，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的很少，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因，就是PLC等應(yīng)用情況較差，要想很好的解決這個(gè)問(wèn)題，必須根據(jù)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，引入國(guó)外一些先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，對(duì)我國(guó)的生產(chǎn)線進(jìn)行改造。

（二）DCS的特點(diǎn)

1.開放性

從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，DCS系統(tǒng)具有很高的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化以及開放化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，而其通信方式也是基于局域網(wǎng)絡(luò)下來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就提高了信息傳輸?shù)目煽啃耘c高效性。

在實(shí)際的設(shè)計(jì)工程中，能夠根據(jù)熱電廠的電氣系統(tǒng)特征與實(shí)際需求進(jìn)行功能上的擴(kuò)充與優(yōu)化，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)更加便捷，通信更加安全，相較于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)來(lái)講，也不會(huì)影響其他相關(guān)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2靈活性

DCS系統(tǒng)運(yùn)用在電氣系統(tǒng)中，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，組態(tài)的軟硬件都可以通過(guò)不同的流程應(yīng)用對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)。

通常，我們可以通過(guò)確定測(cè)量信號(hào)與控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的連接關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，以控制算法庫(kù)為基礎(chǔ)，選擇適宜電氣系統(tǒng)的控制規(guī)律，再者，可以利用圖形庫(kù)來(lái)調(diào)用基礎(chǔ)圖形的監(jiān)控與報(bào)警畫面，使得整個(gè)電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成更為簡(jiǎn)單與靈活，便于操作，更加靈活。

3.可靠性

在DCS系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的分散系統(tǒng)控制功能獨(dú)立控制，就需要采取容錯(cuò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通過(guò)合理的容錯(cuò)設(shè)計(jì)方案，即使在運(yùn)行過(guò)程中某一個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，也不會(huì)對(duì)DCS系統(tǒng)中的整體功能造成影響。

此外，在DCS系統(tǒng)中，獨(dú)立的計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)也是單一的、獨(dú)立的，因此，從實(shí)現(xiàn)功能的角度老看，要針對(duì)系統(tǒng)實(shí)際情況選擇合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特定的軟件等計(jì)算機(jī)裝置，保證計(jì)算機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.功能性

在熱電廠電氣控制系統(tǒng)中運(yùn)用DCS系統(tǒng)控制技術(shù)，在很大程度上豐富了電氣系統(tǒng)的控制算法，該技術(shù)綜合了連續(xù)控制功能與批量處理功能，還一定程度上實(shí)現(xiàn)了順序控制功能?？刂品绞缴弦矊?shí)現(xiàn)了前饋式、自適應(yīng)式、串級(jí)式以及預(yù)測(cè)式、解耦式等類型的控制方式，還可以根據(jù)自動(dòng)化的控制要求滿足特殊的控制算法。

二、PLC與DCS在熱電廠中應(yīng)用分析

一般新建熱電廠以DCS系統(tǒng)為主，在集控室設(shè)立主站負(fù)責(zé)汽機(jī)、鍋爐、除氧、給水等或者與機(jī)組運(yùn)行密切相關(guān)的輔助設(shè)備監(jiān)控和自動(dòng)控制，輔助車間設(shè)立分站。有的車間也設(shè)立就地集中監(jiān)控中心如化學(xué)水、脫硫、燃料等，各個(gè)分站通過(guò)通訊電纜或光纜與主站相連。

這種模式初期投資較大，是近年來(lái)新建熱電廠的控制模式。但是大部分熱電企業(yè)以DCS加PLC的控制方式存在，這是一種較為經(jīng)濟(jì)的控制方式，要考慮在現(xiàn)有控制模式下發(fā)揮DCS與PLC各自特點(diǎn)，使用一種可靠的方法使DCS與PLC相互聯(lián)系。

投產(chǎn)多年的熱電廠一般集控室使用DCS負(fù)責(zé)汽機(jī)、鍋爐、除氧、給水等或者與機(jī)組運(yùn)行密切相關(guān)的輔助設(shè)備監(jiān)控和自動(dòng)控制，其他車間如化學(xué)水、脫硫、燃料、氣力吹灰系統(tǒng)等使用PLC，但這樣存在DCS不能控制PLC，也不能從PLC提取數(shù)據(jù)造成自動(dòng)化程度降低，主因通訊協(xié)議問(wèn)題，雖然PLC與DCS系統(tǒng)通訊有相互兼容的發(fā)展方向，但現(xiàn)階段還沒有全面推廣沒有應(yīng)用實(shí)例借鑒。

怎樣利用各自特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)對(duì)PLC的控制，這是我們要面對(duì)的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)有兩種方法可以緩解以上問(wèn)題。

一種方法：DCS開關(guān)量信號(hào)啟動(dòng)和停止PLC系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)用模擬量信號(hào)控制PLC的運(yùn)行速率。以輸煤系統(tǒng)為例，用DCS信號(hào)啟動(dòng)PLC，PLC啟動(dòng)輸煤系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備給煤機(jī)、皮帶、破碎機(jī)等；用DCS模擬信號(hào)控制PLC的各個(gè)模擬量輸出從而控制給煤機(jī)、皮帶、破碎機(jī)等設(shè)備的變頻器，以控制整個(gè)輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行速率改變?nèi)朊毫浚瑵M足鍋爐運(yùn)行需要。

另一種方法：當(dāng)DCS與PLC距離較遠(yuǎn)時(shí)或DCS需要提取PLC數(shù)據(jù)時(shí)使用的方法；在DCS站點(diǎn)附近安裝近控PLC，近控PLC與遠(yuǎn)控PLC通訊提取遠(yuǎn)控PLC數(shù)據(jù)包括模擬量和數(shù)字量信號(hào)，直接輸入DCS，間接解決DCS和PLC通訊問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)

PLC與DCS系統(tǒng)運(yùn)用在熱電廠電氣系統(tǒng)中，有著無(wú)法超越的開放性、靈活性以及可靠性和功能性上的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)不斷的研究與配合，以先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，確保了其獨(dú)立、安全可靠運(yùn)行，相信在未來(lái)，PLC與DCS系統(tǒng)還會(huì)針對(duì)自身存在的問(wèn)題進(jìn)行完善，更好的運(yùn)用在熱電廠電氣系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁雨鋒.熱電廠高壓電機(jī)變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用研究[D].浙江大學(xué)，2009.

[2]張雷.DCS在火力發(fā)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].山東大學(xué)，2006.

[3]張麗娜.探討PLC控制系統(tǒng)在熱電廠中的應(yīng)用[J].河南科技，2013，19：118+124.

[4]高敏，夏安邦.對(duì)PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)特點(diǎn)和差異的探討[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2008，11：42-45.

[5]何曉.鉆采設(shè)備試驗(yàn)臺(tái)智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用研究[D].蘭州理工大學(xué)，2014.