過程控制是工業生產的重要環節,而一些工業生產具有易燃、易爆、腐蝕性強、連續生產、工藝操作條件苛刻等特點。其中,對工藝參數的控制是一個重要的環節,過程控制系統完成對工藝參數的檢測、顯示、記錄、控制、報警等功能,它對正確地指導生產操作、保證生產安全、保證產品產量和質量起著極其重要的作用。過程控制系統的特點是對生產過程進行實時控制,控制過程復雜、監控參數多且數據變化快、數據處理及存儲量大。因此實際應用時應根據過程控制系統的特點及不同生產工藝過程的控制要求,采用不同的控制系統,才可以既安全可靠又經濟高效地完成生產任務。
目前我國過程控制系統以PLC和DCS為主,而FCS則是由DCS與PLC發展而來,分布式控制系統DCS的設計思想是“控制分散,管理集中”,與傳統的集中式計算機控制系統相比,控制系統的風險被分散,可靠性大大增加,此外,DCS具有良好的圖形界面,方便的組態軟件,豐富的控制算法和開放的聯網能力等優點,成為過程控制系統特別是大中型流程工業企業中控制系統的主流。20世紀80年代國內市場的DCS基本全被國外產品占有,代表廠家有法國的施耐德Schneider等。
可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC,它是一種以微處理器為核心,綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術的一種工業自動控制裝置。它的主要特點是體積小、功能強、工作可靠、運行速度快,積木式結構,組合靈活,具有良好的兼容性,程序編制及生成簡單、豐富,網絡功能強。
PLC系統能很好地完成工業實時順序控制、條件控制、計數控制、步進控制等功能,能夠完成模/數(A/D)和數/模(D/A)轉換、數據處理、通訊聯網、實時監控等功能。
DCS是分散控制系統(Distributed Control System)的簡稱,國內一般習慣稱為集散控制系統。
它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統,綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術。它采用危險分散、控制分散,而操作和管理集中的基本設計思想,多層分級、合作自治的結構形式,同時也為正在發展的先進過程控制系統提供了必要的工具和手段。DCS具有以下特點:
1、高可靠性
由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現,系統結構采用容錯設計,因此某一臺計算機出現的故障不會導致系統其它功能的喪失。此外,由于系統中各臺計算機所承擔的任務比較單一,可以針對需要實現的功能采用具有特定結構和軟件的系統的專用計算機,從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。
2、開放性
DCS 采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計,系統中各臺計算機采用局域網方式通信,實現信息傳輸,當需要改變或擴充系統功能時,可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下,幾乎不影響系統其它計算機的工作。
3、靈活性
DCS 的構成方式十分靈活,可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現場控制站和數據采集站等組成,也可由通用的服務器、工業控制計算機和可編程控制器構成。通過組態軟件,根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態,即確定測量信號與控制信號及相互間連接關系,從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面,從而方便地構成所需的控制系統。
4、易于維護
功能單一的小型或微型專用計算機具有維護簡單、方便的特點,當某一局部或某個計算機出現故障時,可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換,迅速排除故障。
5、協調性
各工作站之間通過通信網絡傳送各種數據,整個系統信息共享,協調工作,以完成控制系統的總體功能和優化處理。
6、控制功能齊全
控制算法豐富,集連續控制、順序控制于一體,可實現串級、前饋解耦、自適應和預測控制等先進控制,并可方便地加入所需的特殊控制算法。
現場總線控制系統(Fieldbus Control System)簡稱FCS。它把控制功能徹底分散到現場總線儀表,真正實現了分散控制。
隨著微電子技術尤其是個人計算機技術的飛速發展。PLC和DCS的性能都有了較大的改進,PLC大大提高了數據處理能力和監控功能,DCS系統向開放性發展,操作站采用工控機,操作系統采用通用的Windows NT或Windows2000操作平臺,PC機豐富的軟件資源得以應用,因而大大降低了系統的繁瑣程度和價格,提高了系統的性價比。PLC和DCS在搶占市場的過程中,兩者相互借鑒、滲透、融合,極大地增加了用戶在設計和使用中的選擇性。同時,由于各種控制系統生產制造廠較多,產品更新換代快,也給系統選擇帶來了一定困難。
而施耐德近日推出的新一代分布式控制系統(DCS)——PlantStruxurePES,將PLC/SCADA 具備的易用性、開放性等諸多優勢特征,與傳統DCS的系統集成、統一數據庫和診斷功能集于一身,并且整合了能效管理功能,它不僅滿足當前生產設施的需求,還針對不斷提升的能源管理要求提供理想的解決方案。
PlantStruxure™ PES是施耐德電氣PlantStruxure™協同自動化控制系統中的DCS產品:它將PLC/SCADA、DCS與全生命周期服務相結合,有助于提高運營效率;PlantStruxure™ PES集成了StruxureWare™ Process Expert,是一個統一軟件環境,內嵌了邏輯控制、監控系統和網絡架構管理,能夠配置整個控制系統;此外,它還進一步受益于施耐德電氣StruxureWare™一體化軟件應用和套件平臺,提供跨組織的簡單集成、統一體驗以及出色可擴展性。
作為一種整合了控制器、監控、操作以及網絡的無縫化架構體系,PlantStruxure™ PES系統具有強大的功能,在統一集成平臺中提供近乎實時的準確能源和過程數據信息,保持其協調一致性,幫助工廠運營團隊達到生產和能效KPI(關鍵績效指標)要求。
實時監控節能降耗—— 通過在過程控制中嵌入Active Energy Management™,PlantStruxure™ PES能夠采集和匯總處理大量的能源數據,深入了解分析每個過程能耗情況,用戶可以盡早發現設備閑置、磨損以及過程運行中止、宕機等障礙因素帶來的能源浪費,確定可行的重大節能舉措,在過程中持續優化能源使用。PlantStruxure™ PES系統還能夠對工作人員在過程中的操作方式給予及時反饋,有助強化節能增效培訓,實現期望的節能目標。
提高運營智能性和有效性—— PlantStruxure™ PES提供了連續性的控制和可以實時觀察過程的操作界面,使操作者獲得清晰的生產過程信息,識別任何干擾發生的根本原因,在正確的時間做出正確的決定,縮短診斷耗時以及停機時間,增加工廠產能;維護人員也可以更快地發現故障和進行故障處理,增強診斷、預測設備故障能力并據此作出相應的規劃。
快速簡單的應用工程—— PlantStruxure™ PES具備應用標準化和重復使用功能。直觀和現代的用戶界面內嵌所有的過程設計軟件工具,統一的平臺配置功能,可以從一個數據單點進入進行快速系統設計,并基于應用需求進行靈活擴展與調整,將工程設計調試時間縮短25%,加快工廠建設投產,同時降低項目風險。
綜上所述,由于PLC、DCS、FCS的良好性能,已經在現代工業中發揮了巨大作用,特別是在化工領域。由于化工生產的特點,選擇控制系統時,必須根據過程對象復雜程度不同,結合PLC、DCS、FCS的特點,以及針對控制系統的可靠性合理地選擇不同的控制系統,以保證生產過程控制系統的自動化水平。
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