DCS系統(tǒng)在洗煤廠集控中的應(yīng)用

范坤廷，代曉娟

（中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031）

DCS系統(tǒng)在洗煤廠集控中的應(yīng)用

范坤廷，代曉娟

（中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056031）

近年來選煤廠的集中控制基本上是用PLC進(jìn)行監(jiān)控。文章介紹了DCS系統(tǒng)的，對比了DCS與PLC的性能和可靠性等特點(diǎn)，提出了選煤廠的集控技術(shù)應(yīng)大力推廣DCS系統(tǒng)。

PLC；DCS；模塊；冗余；控制

近幾年，選煤廠新建、擴(kuò)建項(xiàng)目較多。在選煤廠的控制方面，大多數(shù)采用PLC（可編程控制器）進(jìn)行監(jiān)控。與繼電保護(hù)相比，使用PLC進(jìn)行監(jiān)控，具有性能穩(wěn)定、故障率低、檢修方便等特點(diǎn)，能夠提高生產(chǎn)效率、提高自動化水平，達(dá)到減員增效目的。但DCS系統(tǒng)（分散控制系統(tǒng)）很少在選煤廠使用，文章對選煤廠采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行控制談些看法。

1 PLC系統(tǒng)的簡介

PLC可編程控制器（Programmable Logic Controller），在煤炭、電力等行業(yè)中運(yùn)用廣泛，在我國已有40多年的歷史。PLC一般由微處理器（CPU）、儲存器、I/O接口電路、電源、擴(kuò)展接口、外設(shè)接口、編程器組成。初始階段，主要用于邏輯監(jiān)測與控制，即開關(guān)量的處理；隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)今PLC對模擬量的監(jiān)測控制也有大的發(fā)展，有了專用模塊，例如 4mA～20mA(電流)、RTU（熱電阻）、TC（熱電偶）、脈沖信號等模塊。

PLC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)實(shí)際監(jiān)控規(guī)模可有多種方式，例如：一臺PC機(jī)為主站，多臺同型PLC為從站；也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站。PLC可以自成系統(tǒng)，自成一個網(wǎng)絡(luò)，例如工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，或星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方式比較靈活；PLC網(wǎng)絡(luò)，也可作為DCS的子系統(tǒng)，接入DCS系統(tǒng)。

2 DCS系統(tǒng)的簡介

DCS分散控制系統(tǒng)（Distributed ControlSystem），同PLC控制系統(tǒng)一樣，在20世紀(jì)70年代就開始使用，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的；一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是一個由過程控制站和過程監(jiān)控站組成的，以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通信、顯示、控制等4C技術(shù)，其特點(diǎn)是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。

工程中，DCS系統(tǒng)一般由控制站、通信網(wǎng)絡(luò)、操作站、工程師站等組成。其控制站由中央處理器CPU、電源模塊、通信模塊、I/O模塊、擴(kuò)展接口等組成，形成對工藝過程監(jiān)控的相對獨(dú)立單元。

DCS系統(tǒng)有較好的擴(kuò)容型。以新華的DCS為例，擴(kuò)容有兩種方式：既可在同一個DPU(過程控制站)下擴(kuò)展從站，也可再加新的DPU機(jī)柜，用交換機(jī)相聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置好之后，將需要的點(diǎn)加進(jìn)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，由軟件組態(tài)。

DCS系統(tǒng)有較好的開發(fā)性。DCS有許多I/O驅(qū)動器，可與多個智能裝置進(jìn)行通訊（如PLC），新華的虛擬DPU就有這種功能，它與不同的智能設(shè)備通訊需有不同的驅(qū)動器，配置好相應(yīng)的驅(qū)動器之后，智能設(shè)備就成了DCS的一個子站，可實(shí)現(xiàn)無縫連接。

DCS系統(tǒng)有很高可靠性及數(shù)據(jù)處理能力。DCS系統(tǒng)的通信、CPU(中央處理單元)、電源都能冗余配置，已在電力等可靠性要求很高行業(yè)中廣泛運(yùn)行，例如，新建、擴(kuò)建電廠的監(jiān)控，特別是大型電廠的監(jiān)控采用DCS系統(tǒng)。大型電廠中的重要的參數(shù)，例如汽包水位采用三冗余設(shè)置，滿足其可靠性很高要求。

3 DCS與PLC的性能比較

選煤廠監(jiān)控的特點(diǎn)是：監(jiān)控點(diǎn)位多為開關(guān)量，模擬量較少；其控制主要為邏輯控制，僅有少量的模擬量自動控制，控制點(diǎn)位在800點(diǎn)～1500點(diǎn)。DCS與PLC在工業(yè)中都在廣泛使用，結(jié)合選煤廠的特點(diǎn)，現(xiàn)從下列方面進(jìn)行對比分析。

（1）可靠性：計(jì)算機(jī)控制中，電源模塊、通訊模塊、過程處理器是主要設(shè)備，任一部件故障，均導(dǎo)致系統(tǒng)停運(yùn)。在DCS系統(tǒng)，電源模塊、通訊模塊、過程處理器（CPU）均采用冗余配置，有極高的可靠性，已在電力行業(yè)中已廣泛使用，例如單機(jī)容量為600 MW、1000MW的發(fā)電機(jī)組上采用DCS進(jìn)行監(jiān)控。對PLC控制，一般情況的電源模塊、通訊模塊、過程處理器為單配，其可靠性低于DCS系統(tǒng)（因?yàn)樯鲜鋈我荒K故障，均使PLC停運(yùn)）。現(xiàn)今，PLC也出現(xiàn)了一些高端產(chǎn)品，其電源模塊、通訊模塊、過程處理器也可冗余配置，采用此類高端PLC其性能可與DCS相匹配。

（2）處理能力：系統(tǒng)的處理能力主要體現(xiàn)在監(jiān)控點(diǎn)位的數(shù)量和速度兩方面。PLC的工作方式是循環(huán)掃描，運(yùn)行速度根據(jù)PLC的性能及監(jiān)控點(diǎn)位確定；對于選煤廠可滿足要求，實(shí)際使用中已驗(yàn)證。DCS系統(tǒng)的監(jiān)控點(diǎn)位在上百點(diǎn)至數(shù)萬點(diǎn)間，其工作方式是多進(jìn)程的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，主要用于模擬量及開關(guān)量的處理，模擬量的輸入、存儲、運(yùn)算、輸出的處理能力遠(yuǎn)高于同等數(shù)量的開關(guān)量，對選煤廠處理同樣數(shù)量的輸入/輸出量，速度應(yīng)快于PLC（選煤廠主要是開關(guān)量的處理）。故DCS系統(tǒng)的處理能力強(qiáng)于PLC，可滿足選煤廠的使用要求。

（3）可維護(hù)性：現(xiàn)在PLC及DCS系統(tǒng)的模塊都能帶電拔插，模塊損壞后可在不影響運(yùn)行的前提下進(jìn)行更換，都有較好的可維護(hù)性。

（4）通信能力：DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)在于網(wǎng)絡(luò)通信，較強(qiáng)的通信能力是其優(yōu)點(diǎn)，可在10/100/1000Mb/s中選擇。PLC的通信大多數(shù)品牌采用現(xiàn)場總線，也有采用以太網(wǎng)通信總線。故從通信能力看，DCS系統(tǒng)不次于PLC。

（5）擴(kuò)展性：DCS系統(tǒng)在軟件、硬件上有優(yōu)勢，均為模塊化設(shè)計(jì)，其通信是開放的，可以接入不同品牌的DCS系統(tǒng)，也可接入不同品牌的PLC。而PLC在同一種品牌中，也有較好的擴(kuò)展性；但著PLC不是一個品牌，品牌之間的通信處理就較困難。例如AB公司與GE公司的PLC就有這樣問題，兩者之間的微處理器不能直接通信，只能通過硬接線。在選煤廠建設(shè)中，同一期工程中有可能采用多種品牌（選煤廠的部分設(shè)備自帶電控柜，各設(shè)備廠家配套系統(tǒng)不一樣），特別是擴(kuò)建工程，PLC集控系統(tǒng)的主機(jī)選擇就有局限性。故DCS的擴(kuò)展性比PLC好些，更適用于選煤廠。

（6）人機(jī)聯(lián)系：DCS與PLC都有很好的人機(jī)聯(lián)系界面。電廠的工藝相對選煤廠更復(fù)雜，特別是控制方面，例如給水自動調(diào)節(jié)、燃燒自動調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)、制粉系統(tǒng)聯(lián)鎖，特別是大型發(fā)電廠的協(xié)調(diào)控制，著沒有很好的人機(jī)界面，將會影響運(yùn)行及維護(hù)。

通過兩者之間的性能比較，DCS系統(tǒng)的性能可滿足選煤廠的使用要求，DCS性能不低于PLC。

4 PLC與DCS系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)比較

我國選煤廠集控系統(tǒng)中PLC現(xiàn)使用品牌較多，例如：AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等，基本上都是進(jìn)口產(chǎn)品，很少使用國產(chǎn)品牌，國產(chǎn)品牌的PLC質(zhì)量還有待提高。

DCS系統(tǒng)在電力、化工、水泥等行業(yè)中，采用的品牌較多，國內(nèi)國外都有，例如，美國的FOXBORO，國產(chǎn)的杭州和利時(shí)、上海新華、浙大中控等。現(xiàn)在國產(chǎn)品牌的技術(shù)已成熟，質(zhì)量有保證，且有良好售后服務(wù)，已在工業(yè)中廣泛使用，例如在電力行業(yè)，特別是中小型電廠。國產(chǎn)品牌質(zhì)量有了保證，控制系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性完全適用于選煤廠，故可在選煤廠使用。

通過比較電廠DCS系統(tǒng)及選煤廠PLC的設(shè)備招標(biāo)，在監(jiān)控點(diǎn)位相近、性能要求相同的前提下，即DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)的CPU、電源、通信模塊均冗余配置，DCS的費(fèi)用要低的很多（根據(jù)《選煤廠安全規(guī)程AQ1010-2005》中的17.3.2條的有關(guān)規(guī)定“計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的主機(jī)應(yīng)雙機(jī)熱備，互為備用”，選煤廠的PLC控制站的微處理器CPU模塊、電源模塊、通信模塊應(yīng)配置冗余）。產(chǎn)生這種現(xiàn)狀的原因：一方面是DCS系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展時(shí)間較長，已國產(chǎn)化，技術(shù)已很成熟，成本大幅下降，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的性能已不次于國外的產(chǎn)品；一方面是市場要求，在電力系統(tǒng)，雖然DCS系統(tǒng)市場容量大，但競爭非常激烈，利潤很低；另一方面，國產(chǎn)PLC產(chǎn)品發(fā)展相對較慢，技術(shù)水平還不能贏得用戶，國內(nèi)大多數(shù)用戶使用國外產(chǎn)品。

5 DCS在選煤廠的適用性

選煤廠在原煤系統(tǒng)、產(chǎn)品輸送系統(tǒng)、煤倉中存在瓦斯，具有一定爆炸危險(xiǎn)，DCS系統(tǒng)本身不具備防爆特性，但DCS系統(tǒng)的控制柜、操作站等設(shè)備，與PLC一樣（PLC本身也具備防爆功能），均布置在配電室或綜合辦公樓（即布置在非爆炸環(huán)境），這樣DCS可滿足選煤廠的環(huán)境要求。DCS系統(tǒng)現(xiàn)在使用廣泛，其配套軟件有通用性，并不要有很專業(yè)的計(jì)算機(jī)知識，相對于PLC有利于今后的維護(hù)。

6 結(jié)束語

PLC在選煤廠中已廣泛使用，DCS系統(tǒng)與PLC相比，其性能更優(yōu)、更經(jīng)濟(jì)，可適用于選煤廠的工作環(huán)境，選煤廠在集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用中今后應(yīng)大力推廣DCS系統(tǒng)。

［1］范永勝，王珉.《電氣控制與PLC應(yīng)用》［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］劉國海，等.《集散控制與現(xiàn)場總線》［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

DCSApp lication in Centralized System of CoalW ashing Plant

FAN Kun-ting,DAIXiao-juan

(Handan Design Engineering Co.,China Coal Energy Group,Handan Hebei056031)

PLC (Programmable Logic Controller)is widely used in centralized control system of coal preparation plants in recent years.The paper introduces the DCS (Distributed Control System).After the performance and feasibility comparison of DCS and PLC,the author suggests that DCS should be promoted in the coal preparation plants.

PLC;DCS;module;redundancy;control

TD928.9

A

1672-5050（2011）09-0045-03

2011-05-26

范坤廷（1966—），男，四川射洪人，本科，高級工程師，從事電廠熱控、選煤廠控制、煤礦弱電方面的設(shè)計(jì)工作。

劉新光