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PLC、DCS及FCS在化工生产过程中的不同应用_5

2019-04-11 09:07栏目:投资
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  1、引言

  在化工生产中,过程控制系统完成生产工艺参数的检测、显示、记录、调节、控制、报警等功能,它对提高化工生产线的作业率,改善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期起着极其重要的作用。其特点是对生产过程进行实时控制,控制过程复杂,监控参数多且数据变化快,数据处理及存储量大。根据过程控制系统的特点及不同生产工艺过程控制要求,应用不同的控制系统才可以既安全可靠又经济高效地完成生产任务。

  目前,国内先进的大中型过程控制基本上以采用PLC和DCS为主,但是,FCS是由DCS与PLC发展而来,FCS不仅具备DCS与PLC的特点,而且跨出了革命性的一步。而目前,新型的DCS与新型的PLC,都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能;而新型的PLC,在处理闭环控制方面也不差,并且两者都能组成大型网络,DCS与PLC的适用范围,已有很大的交叉。下面简要分析一下PLC、DCS及FCS在不同的化工生产过程控制中的应用特点及选型原则。

  2、各种控制系统的特点

  (1)PLC系统的主要特点是:工作可靠,运行速度快;积木式结构,组合灵活;良好的兼容性;程序编制及生成简单、丰富;网络功能强。

  PLC系统能很好地完成工业实时顺序控制、条件控制、计数控制、步进控制等功能;能够完成模/数(A/D)数/模(D/A)转换、数据处理、通讯联网、实时监控等功能。

  (2)DCS具有以下主要特点:功能全;采用网络通讯技术;完备的开放系统;可靠性高;具有综合性和专业性;实现了人机对话技术;系统扩展灵活;管理能力强。

  (3)FCS主要有以下特点:FCS系统的核心是总线协议,即总线标准,一种类型的总线,只要其总线协议一经确定,相关的关键技术与有关的设备也就被确定。开放的现场总线控制系统具有高度的互操作性,就一个特定类型的现场总线而言,只要遵循该类型现场总线的总线协议,对其产品是开放的,并具有互操作性。FCS系统的基础是数字智能现场装置,系统结构具有高度的分散性;通过使用现场总线,用户可以大量减少现场接线,用单个现场仪表可实现多变量通信,不同制造厂生产的装置间可以完全互操作,增加现场一级的控制功能,系统集成大大简化,并且维护十分简便。因此,系统安全性高,扩展灵活,可大大降低安装成本。

  3、控制系统的选择

  随着微电子技术尤其是个人计算机技术的飞速发展,PLC和DCS的性能都有了较大的改进,PLC大大提高了数据处理能力和监控功能,DCS系统向开放性发展,操作站采用工控机,操作系统采用通用的WindowsNT或Windows2000操作平台,PC机丰富的软件资源得以应用,因而大大降低了系统的繁琐程度和价格,提高了系统的性价比。PLC和DCS在抢占市场的过程中,两者相互借鉴、渗透、融合,极大地增加了用户在设计和使用中的选择性。同时,由于各种控制系统生产制造厂较多,产品更新换代快,也给系统选择带来了一定困难。而走向实用化的FCS,也正以迅猛的势头快速发展,是目前世界上最新型的控制系统。下面依据PLC、DCS和FCS的不同特点,针对化工新项目建设和老项目改造,对控制系统的设计选型和应用归纳总结以下原则进行选择。

  3.1按过程控制系统的控制规模及复杂程度

  不同的化工生产过程,过程控制系统规模与复杂程度不同,通常在过程控制系统规模较大、复杂程度较高时优先选择DCS。因为该系统是根据过程控制系统的特点发展而来,它对大量的模拟量数据信息能较好地进行处理、分析、运算,能完成各种复杂的、繁琐的调节控制计算,因此能完成规模大、复杂程度高的过程控制系统的工作。1994年在我厂的合成氨扩建和第二套尿素工程设计中,根据此项原则,过程控制系统选用了美国罗斯蒙特公司的RS3DCS系统,取得了较好效果,系统配置如图一所示。RS3系统和其他DCS系统一样,包括以下几个部分:控制单元、操作单元、I/O单元、数据总线。

  3.2按投资规模和项目经济效率合理选择

  在一些小型化工项目中,特别是一些中小型改造项目,投资较少,规模较小的仪控系统应优选选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。如在2003年,我厂新上一套化工废水处理系统,根据此项原则选用了西门子公司生产的S7-300系列PLC系统,也取得了较好效果。该系统配置如图二所示。

  3.3考虑系统连续性、兼容性及通讯性能

  在一些化工改造项目中,如果原项目中已有计算机控制系统,则要考虑系统的连续性、兼容性及技术的连续性。1996年,我厂新建甲醛生产装置,控制系统采用美国罗斯蒙特公司的RS3,1999年系统扩建,新上有机胺生产线,考虑到系统使用年限较长,个别卡件已明显老化,并且备件价格较高,部分卡件已停止生产,故对系统进行升级换代,新增ROS系统,保证了系统的先进性、连续性、兼容性,方便了各工序间的通讯联系和化工生产管理网络的建设,减少了控制软件组态重复繁琐的劳动,降低了库存备品备件的成本。系统结构如图三所示:

  改造后系统结构的特点:在这种结构中,通讯网络采用冗余技术,可大大减低系统硬件故障给系统带来的影响,因为,只要系统的两个分支有一个工作正常,就至少能保证两个操作站能够正常工作,从而使由于硬件的故障造成的对工艺的影响降到最低。

  图二

  3.4考虑系统生产厂家技术服务性

  目前在中国PLC系统和DCS系统的销售市场,国外生产厂家占有比例很大,并且一般在中国设有产品宣传和技术服务机构。由于国外公司经常进行重组合并或兼并,并且各公司产品结构、销售策略、市场占有方向各不相同,合并或兼并后,在中国市场的技术宣传和服务方面将有些变化,多多少少对企业用户产生一些不良影响因此,我们在选择系统时,应充分掌握信息,考虑系统生产厂家的技术服务性,以保证所选系统的先进性、发展性,以保证具有充分的技术支持和备品备件供应。

  3.5考虑系统先进性、发展性

  FCS是由DCS以及PLC发展而来,它保留了DCS的特点,或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验,当然也包括教训。由此而得出结论,FCS将取代DCS,似乎也是顺理成章之事。为保证所选系统的先进性、发展性,我们在选择系统时,特别是一些大型化工项目,可优先考虑采用FCS。

  4、结语

  综上所述,系统选型的原则可以从以下几个方面考虑:系统规模、复杂程度、系统的兼容及通讯性能,以及生产厂家技术支持和售后服务及系统的先进性、发展性等。在化工生产过程控制系统中,根据过程对象复杂程度不同,以及针对控制系统的可靠性合理选择的不同控制系统,对保证生产过程控制系统的自动化水平,降低工程造价有着十分重要的意义。