PDF《在电厂的应用发展》

DCS、PL C 与现场总线系统 在电厂的应用发展 曾华林 湖南省电力勘测设计院 (长沙410007) 摘要简单阐述了DCS、 PLC 与现场总线系统的特点, 论述了DCS 最终会被现场总线 所取代.

关键词 分散控制系统 可编程序控制器 现场总线控制系统

0 引言DCS 即集散控制系统 (D istributed Contro l System ) 是70年代中期发展起来的新型数字控制系 统, 它是4C 技术即计算机 (Computer) 技术、控制 (Contro l) 技术、通讯 (Comm unication) 技术、图 形显示 (CR T ) 技术相结合的产物, 随着技术的发 展, 它又结合了信息 (Co rrespondence) 管理技术, 目前的DCS 是完成过程控制和信息管理的现代化 的装置 (即5C 技术)〔 1〕 . 此系统已广泛应用于各个行 业的过程控制中, 特别是在火力发电厂得到了广泛 应用, 取得了显著的经济和社会效益, DCS 系统的 发展代表着自动化控制领域的发展方向和水平.

1 DCS 系统的新特征 1.

1 传统的DCS 系统的基础主要有3: a. 网络, 所 谓计算机网络就是通过通信线路相互连结起来的计 算机系统;

b. 微处理器, 它是DCS 的硬件基础;

c. 图形技术, 正是因为有了直观的图形技术取代了传 统的模拟屏, 才使DCS 系统得到了广泛的应用. 1.

2 目前DCS 的最新特点: a. 完备的开放系统. DCS 系统具有标准化的网络和数据库保证高层互 联, 并采用通用的设备和成熟的软件, 与智能仪表 和PLC 相连;

b. 采用先进的计算计技术. 高性能的 微处理器已经大量应用到DCS 系统中;

c. DCS 系统 具有综合性和专业性: 过去的DCS 系统最多为用户 提供一个控制系统平台, 用户可以通过组态实现过 程控制功能. 当今的DCS 系统几乎都增加了综合管 理功能, 大多都采用了W I NDOW S N T 操作平台以 实现全厂综合自动化为目的. 目前在火电厂广泛应 用的几大DCS, 如INFI-

90、 M A X3000以及最近西 屋公司推出的OV T I ON 系统等电力部推荐的8大DCS 都已经采用了N T 操作平台. 1.

3 DCS 不断提高自己向下接口能力, 多数的 DCS 提供了与各种标准的智能仪表通讯 (如现场总 线等) 和通用 PLC 的通信接口. 例如在湘潭电厂的 DCS 基本上可以和 PLC 系统实现通信, 减少了很 多的手操按钮, 大大地减少了控制室BTG 盘的面 积. 事实上在电厂的控制系统中, 许多的控制子系统 都可以用 DCS 来实现, 如空预器漏风控制系统、 ETS 系统、 M EH 系统、 二次风门及摆动燃烧器控制 系统, 甚至吹灰控制系统等, 这样就减少了计算机 室的面积, 同时也减少了用户的维修费用.

2 PLC (可编程序控制器) 系统的特性 a. 功能丰富. 当今的 PLC 已不局限于完成顺序 逻辑控制功能, 多数的 PLC 已采用了通用的高性能 处理器 (如Pentium、A lpha 处理器等) , 采用多任 务操作系统, 在保证快速完成顺序逻辑运算的前提 下普遍增加了回路调节功能和代数计算功能等. b. 网络功能增强. 过去的 PLC 一般只具备慢速 的通信功能, 如R S

232、485, 多采用M odbus 协议, 通信速度一般在几 kbp s 到几十 kbp s 之间, 目的是 将系统的控制状态和设备的运行状态传给监控设 备, 供操作员检视或将操作员的修改指令传递到 PLC. 当今的 PLC 都提供了高速的通信网络 (如Ethernet 等) , 大大拓展了 PLC 的应用领域. c. 编程逐步标准化. 随着工业的向前发展, PLC 已经应用在越来越多的领域, 很多厂家都推出了各 自的 PLC, 随着DCS 逐步开放, PLC 也必然逐步开 放. 在开放方面最大的进步是 PLC 编程语言的标准 化. 目前一般 PLC 厂家大多遵循 IEC1131- 3标准, 该标准定义了5种不同的编程语言, 即梯形图、顺序 功能图、功能块图、结构文本语言和指令表. d. 模块微型化. 目前 PLC 厂家为了加强产品的 竞争力, 除提高性能和网络功能外, 另一显著的特 ―

9 5 ― 第19卷湖南电力1999年第2期 点就是模块小型化, 进一步降低价格. 如Om ron 推 出了一种只有一叠扑克牌大小的小型 PLC;

AB 公 司生产了有8点的 I O 模块, 体积也很小;

Siem ens 公司最近推出的 S7系列 PLC 模块也已经做到了体 积小型化. PLC 在电站中的应用已经非常广泛, 在湖南石 门电厂一期工程中, 除吹灰程控、 除灰除渣系统、 化 学补给水系统等辅助车间使用了 PLC 外, 汽机、锅 炉的主要辅助设备控制也采用了 PLC 来实现, 除了 带一些大容量的接点采用了少量的接触器外, 基本 上取消了继电器盘. 这样既减少了继电器盘的数量 和电子设备间的面积, 也减少了盘与盘之间的电缆 连接, 提高了系统的可靠性. PLC 系统比DCS 在使 用方面一个最大的优势就是它的O EM 销售方式, 即PLC 厂家只提供 PLC 硬件设备和逻辑编程工 具, 而具体的工程实现则是由系统集成商或用户自 己实现. 这样技术就很容易被用户掌握. 在石门电厂 一期工程中, 硬件采用AB 公司的 PLC, 而系统调 试基本上都由火电公司调试班和中试所完成, 而DCS 厂家主要是采用交钥匙工程的应用方式.

3 现场总线控制系统 3.

1 现场总线控制系统就是诸多现场仪表通过现 场总线互联与控制室内人机界面所组成的系统. 它 采用了智能现场仪表, 把控制功能直接置于现场设 备之中, 从而把控制功能、 各输出模块移至现场, 实 现了彻底的分散控制. 3.

2 现场总线控制系统的基础是现场总线. 现场总 线(F ield bus) 实际上就是一种计算机网络, 这个网 络上的每一个节点就是一个智能化的仪表, 计算机 网络有2个特点: a. 在网上传输的信号都是数字信 号;

b. 多个节点可以共用1条物理传输介质. 传输介 质的共用使传输距离加长并降低了联线成本. 3.

3 现场总线系统的技术特点 a. 实现了全数字化通信. 在DCS 系统中有许多 I O 模板, 用来接收和送出4 ~ 20mA 等模拟信号, 而现场总线已完全用数字信号取代了4 ~ 20mA 信号. 传输信号的数字化使检错、纠错手段得以实现, 提高了传输的可靠性. b. 互可操作性和互用性. 互可操作性, 是指实 现互连设备间、系统间的信息传送和沟通;

而互用 则意味着对不同生产厂家的性能类似的设备可进行 更换而实现相互替换. c. 现场总线的高度分散性. 现场总线已构成一 种全新的全分散控制系统的体系结构. 它把控制功 能下放到现场, 每个控制回路完全由分散的现场仪 表来实现. 同时它又允许在控制室的人机界面上对 现场仪表进行运行操作、 调整和信息集中管理. 大大 减少了现场传送给控制室的信号负荷, 也提高了系 统的可靠性. 目前在火力发电厂中, 现场总线技术目 前还停留在现场智能仪表水平上, 事实上目前正在 大面积推广的智能变送器、智能型执行机构就有现 场总线的思想.

4 DCS、PLC 与现场总线系统的关系 4.

1 DCS 与PLC 关系 DCS 和PLC 在火力发电厂的热工控制系统中 已经得到了广泛的应用. 目前在许多由DCS 来实现 的功能如 FSSS 系统已安全可以用 PLC 系统来实 现, 只要 PLC 不断在以下几个方面加以改进, PLC 完全有可能在功能上变成DCS: a. 加强 CPU 的处理能力, 使PLC 的CPU 不 仅可以实现顺序逻辑处理功能, 而且可以用多任务 的实时操作系统同时实现模拟回路调节功能和复杂 回路计算功能;

b. 在关键部件 (如控制器) 可以实现冗余配置;

c. 采用实时性、确定性 (如令牌总线和令牌 环) 的冗余网络等. 同样, DCS 系统也在逐步包容 PLC 的功能, 如采用 PLC 编程语言进行编程. PLC 和DCS 的实现功能越来越接近, 价格越 来越接近, PLC 和DCS 之间的差别将会消失, 变成 过程控制系统 PCS (P rocess Conro l System ). 事实 上现在这种产品已经出现, 如三菱公司最新推出的 Q 系统就声称具有了 PLC 价格的DCS 系统. 4.

2 DCS 系统与现场总线系统 现场总线的系统结构简化, 设计、安装、投运 到正常生产运行及检修维护, 都体现出了优越性: a. 节省硬件数量与投资. 由于现场总线系统中 分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感控 制报警和计算功能, 因而可减少变送器的数量, 不 再需要单独的调节器、计算单元等, 也不再需要 DCS 系统的信号调制板、隔离放大器、I O 板、I P 转换器以及它们之间复杂的接线. 还可以用工控 PC 机作为操作站, 从而可节省一大笔硬件投资并减少 控制室面积. 并且有的 PLC 已经可以支持快速的现 场总线通信. 采用现场总线技术比传统意义上的 DCS 可以减少许多 I O 卡. b. 节省安装费用和材料. 现场总线系统的接线 ―

0 6 ― 1999年第2期湖南电力第19卷 十分简单, 由于1对双绞线或1根电缆上可挂接多个 设备, 因而电缆、端子、桥架的用量大大减少, 连 线的设计与接头校对的工作量也减少. 当需增加新 的现场设备时, 无需新增电缆, 这既节省了投资, 又 减少了设计、安装的工作量. 目前DCS 的主要盘台 都集中在电子设备间, 与现场信号的连接电缆很多, 如采用现场总线控制系统, 电缆可减少1 3. c. 用户节省了维护费用, 掌握了高度的系统集 成主动权. 过去用户采用某种DCS 系统, 一旦出现 某些功能块损坏, 就必须使用这一厂家的模板, 用 别的产品会出现系统集成中不兼容的协议. 而现在 现场总线却让所有的设备厂家遵循一定的协议, 用 户自己牢牢地掌握了系统的集成主动权. 因此, 大多数人都相信在未来的5 ~

10 a 中, 现 场总线的技术可望普遍推广. 但目前, 由于制约现场 总线技术的国际通用通信标准很难在短时间内出 来, DCS 技术又被大家掌握且价格已经很低, 目前 DCS 还会存在下去, 但最终会被现场总线系统所代 替, 这是自动化控制发展的最终目标和方向. 目前, 我国火电机组的机、炉、电的控制水平 不协调, 辅助系统的自动化水平不高, 集中控制室 大, 电缆量多, 值班人员多. 机组的自动化水平要提 高, 可以大量拓展 PLC 和现场总线技术在电站的应 用范围, 以提高全厂综合自动化水平, 满足建设2000 年新一代燃煤示范电厂的基本要求. 参考文献1王常力. 工业控制计算机的现状与发展. 自动化博览, 北京: 中 国自动化学会,

1998 (1) (收稿日期: 1998210226) 科技档案工作纳入生产技术管理浅析 贾秀英 华能岳阳电厂 (414002........