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过程控制的特点及其在化工生产中的应用_10

未知 2019-07-05 11:40

1引言
化工生产具有易燃、 易爆、 腐蚀性强、 连续生产、工艺操作条件苛刻等特点。其中 ,对工艺参数的控制是一个重要的环节 ,过程控制系统完成对工艺参数的检测、显示、记录、 控制、 报警等功能 ,它对正确地指导生产操作、 保证生产安全、 保证产品产量和质量起着极其重要的作用。过程控制系统的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。因此实际应用时应根据过程控制系统的特点及不同生产工艺过程的控制要求 ,采用不同的控制系统 ,才可以既安全可靠又经济高效地完成生产任务。
目前 ,国内先进的大中型化工行业的过程控制基本上以采用 PLC 和 DCS 为主 ,而 FCS 则是由DCS与 PLC 发展而来。FCS 不仅具备 DCS 与PLC的特点 ,而且功能更加完善。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。本文简要分析了 PLC、 DCS 及 FCS 的特点以及在化工生产过程控制中的应用。

2各种控制系统的特点
2. 1 PLC
可编程序逻辑控制器( Programmable Logical Controller)简称PLC ,它是一种以微处理器为核心,综合了计算机技术、 自动控制技术和通信技术的一种工业自动控制装置。它的主要特点是体积小、功能强;工作可靠 ,运行速度快;积木式结构 ,组合灵活;具有良好的兼容性;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)和数/模(D/ A)转换、 数据处理、通讯联网、实时监控等功能。

2. 2 DCS
DCS 是分散控制系统 (Dist ributed Control System)的简称,国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统 ,综合了计算机(Comp uter) 、 通讯(Communication) 、 显示(CRT)和控制(Cont rol)等 4C 技术。它采用危险分散、控制分散 ,而操作和管理集中的基本设计思想 ,多层分
级、 合作自治的结构形式 ,同时也为正在发展的先进过程控制系统提供了必要的工具和手段。DCS 具有以下特点:
2. 2. 1 高可靠性
由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现 ,系统结构采用容错设计 ,因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外 ,由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一 ,可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机 ,从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。
2. 2. 2 开放性
DCS采用开放式、 标准化、 模块化和系列化设计 ,系统中各台计算机采用局域网方式通信 ,实现信息传输,当需要改变或扩充系统功能时 ,可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下 ,几乎不影响系统其它计算机的工作。


2. 2. 3 灵活性
通过组态软件 ,根据不同的流程应用对象进行软硬件组态 ,即确定测量信号与控制信号及相互间连接关系 ,从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面 ,从而方便地构成所需的控制系统。
2. 2. 4 易于维护
功能单一的小型或微型专用计算机具有维护简单、 方便的特点 ,当某一局部或某个计算机出现故障时 ,可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换 ,迅速排除故障。
2. 2. 5 协调性
各工作站之间通过通信网络传送各种数据 ,整个系统信息共享 ,协调工作 ,以完成控制系统的总体功能和优化处理。
2. 2. 6 控制功能齐全
控制算法丰富 ,集连续控制、 顺序控制于一体 ,可实现串级、 前馈、 解耦、 自适应和预测控制等先进控制 ,并可方便地加入所需的特殊控制算法。
DCS的构成方式十分灵活 ,可由专用的管理计算机站、 操作员站、 工程师站、 记录站、 现场控制站和数据采集站等组成,也可由通用的服务器、 工业控制计算机和可编程控制器构成。

2. 3  FCS
现场总线控制系统( Fieldbus Control System)简称 FCS。它把控制功能彻底分散到现场总线仪表 ,真正实现了DCS的分散控制。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 ,就对其产品是开放的 ,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 在化工生产中的应用
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 N T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。PLC、 DCS和 FCS已经在化工、 轻工等诸多领域发挥越来越重要的作用。如:国内许多啤酒厂的发酵罐群控制系统采用 PLC系统来控制发酵罐的温度、 压力;链条锅炉系统、 焦化化工控制领域、污水处理、 磷化工等的DCS控制系统;大颗粒尿素生产中的 FCS 技术等。


4 结语
综上所述 ,由于 PLC、 DCS、 FCS 的良好性能 ,已经在现代工业中发挥了巨大作用 ,特别是在化工领域。由于化工生产的特点 ,选择控制系统时 ,必须根据过程对象复杂程度不同 ,结合 PLC、 DCS、 FCS的特点 ,以及针对控制系统的可靠性合理地选择不同的控制系统 ,以保证生产过程控制系统的自动化水平。

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