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PLC、DCS及FCS在化工生产过程中的应用
日期:2006-11-2 23:24:31 来源: 中国自动化网  
点击: 作者:未知
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1  引言
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 我们知道,在化工生产中,自动化系统完成生产工艺参数的检测、显示、记录、调节、控制、报警等全程工艺过程控制功能,并且对提高化工生产线的作业率,改善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期也起着重要的作用。化工生产过程实时控制的特点是控制过程复杂,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。
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 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。然而,由DCS与PLC发展而来的FCS(现场总线控制系统)由于同时具备DCS与PLC的特点,跨出了革命性的一步。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。本文将简要分析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。
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 2  各种控制系统的特点
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 2.1  PLC系统的主要特点
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 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。
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 2.2  DCS的主要特点
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 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。
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 2.3  FCS的主要特点
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 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。
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 3  过程控制系统的选型分析
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 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Windows NT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。
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 3.1  按过程控制系统的控制规模及复杂程度
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 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、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RS3 DCS系统,取得了较好效果,系统配置如图1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。 

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