DCS系統在洗煤廠集控中的應用

范坤廷，代曉娟

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031）

DCS系統在洗煤廠集控中的應用

范坤廷，代曉娟

（中煤邯鄲設計工程有限責任公司，河北 邯鄲 056031）

近年來選煤廠的集中控制基本上是用PLC進行監控。文章介紹了DCS系統的，對比了DCS與PLC的性能和可靠性等特點，提出了選煤廠的集控技術應大力推廣DCS系統。

PLC；DCS；模塊；冗余；控制

近幾年，選煤廠新建、擴建項目較多。在選煤廠的控制方面，大多數采用PLC（可編程控制器）進行監控。與繼電保護相比，使用PLC進行監控，具有性能穩定、故障率低、檢修方便等特點，能夠提高生產效率、提高自動化水平，達到減員增效目的。但DCS系統（分散控制系統）很少在選煤廠使用，文章對選煤廠采用DCS系統進行控制談些看法。

1 PLC系統的簡介

PLC可編程控制器（Programmable Logic Controller），在煤炭、電力等行業中運用廣泛，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、擴展接口、外設接口、編程器組成。初始階段，主要用于邏輯監測與控制，即開關量的處理；隨著技術的發展，現今PLC對模擬量的監測控制也有大的發展，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的網絡結構根據實際監控規模可有多種方式，例如：一臺PC機為主站，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，自成一個網絡，例如工業以太環網，或星形拓撲網絡，組網方式比較靈活；PLC網絡，也可作為DCS的子系統，接入DCS系統。

2 DCS系統的簡介

DCS分散控制系統（Distributed ControlSystem），同PLC控制系統一樣，在20世紀70年代就開始使用，它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的；一種計算機控制系統，它是一個由過程控制站和過程監控站組成的，以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機、通信、顯示、控制等4C技術，其特點是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態方便。

工程中，DCS系統一般由控制站、通信網絡、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、擴展接口等組成，形成對工藝過程監控的相對獨立單元。

DCS系統有較好的擴容型。以新華的DCS為例，擴容有兩種方式：既可在同一個DPU(過程控制站)下擴展從站，也可再加新的DPU機柜，用交換機相聯，網絡設置好之后，將需要的點加進全局數據庫，由軟件組態。

DCS系統有較好的開發性。DCS有許多I/O驅動器，可與多個智能裝置進行通訊（如PLC），新華的虛擬DPU就有這種功能，它與不同的智能設備通訊需有不同的驅動器，配置好相應的驅動器之后，智能設備就成了DCS的一個子站，可實現無縫連接。

DCS系統有很高可靠性及數據處理能力。DCS系統的通信、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中廣泛運行，例如，新建、擴建電廠的監控，特別是大型電廠的監控采用DCS系統。大型電廠中的重要的參數，例如汽包水位采用三冗余設置，滿足其可靠性很高要求。

3 DCS與PLC的性能比較

選煤廠監控的特點是：監控點位多為開關量，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，控制點位在800點～1500點。DCS與PLC在工業中都在廣泛使用，結合選煤廠的特點，現從下列方面進行對比分析。

（1）可靠性：計算機控制中，電源模塊、通訊模塊、過程處理器是主要設備，任一部件故障，均導致系統停運。在DCS系統，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，已在電力行業中已廣泛使用，例如單機容量為600 MW、1000MW的發電機組上采用DCS進行監控。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（因為上述任一模塊故障，均使PLC停運）。現今，PLC也出現了一些高端產品，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：系統的處理能力主要體現在監控點位的數量和速度兩方面。PLC的工作方式是循環掃描，運行速度根據PLC的性能及監控點位確定；對于選煤廠可滿足要求，實際使用中已驗證。DCS系統的監控點位在上百點至數萬點間，其工作方式是多進程的實時系統，主要用于模擬量及開關量的處理，模擬量的輸入、存儲、運算、輸出的處理能力遠高于同等數量的開關量，對選煤廠處理同樣數量的輸入/輸出量，速度應快于PLC（選煤廠主要是開關量的處理）。故DCS系統的處理能力強于PLC，可滿足選煤廠的使用要求。

（3）可維護性：現在PLC及DCS系統的模塊都能帶電拔插，模塊損壞后可在不影響運行的前提下進行更換，都有較好的可維護性。

（4）通信能力：DCS系統的基礎在于網絡通信，較強的通信能力是其優點，可在10/100/1000Mb/s中選擇。PLC的通信大多數品牌采用現場總線，也有采用以太網通信總線。故從通信能力看，DCS系統不次于PLC。

（5）擴展性：DCS系統在軟件、硬件上有優勢，均為模塊化設計，其通信是開放的，可以接入不同品牌的DCS系統，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。在選煤廠建設中，同一期工程中有可能采用多種品牌（選煤廠的部分設備自帶電控柜，各設備廠家配套系統不一樣），特別是擴建工程，PLC集控系統的主機選擇就有局限性。故DCS的擴展性比PLC好些，更適用于選煤廠。

（6）人機聯系：DCS與PLC都有很好的人機聯系界面。電廠的工藝相對選煤廠更復雜，特別是控制方面，例如給水自動調節、燃燒自動調節、風機、制粉系統聯鎖，特別是大型發電廠的協調控制，著沒有很好的人機界面，將會影響運行及維護。

通過兩者之間的性能比較，DCS系統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系統的經濟比較

我國選煤廠集控系統中PLC現使用品牌較多，例如：AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等，基本上都是進口產品，很少使用國產品牌，國產品牌的PLC質量還有待提高。

DCS系統在電力、化工、水泥等行業中，采用的品牌較多，國內國外都有，例如，美國的FOXBORO，國產的杭州和利時、上海新華、浙大中控等。現在國產品牌的技術已成熟，質量有保證，且有良好售后服務，已在工業中廣泛使用，例如在電力行業，特別是中小型電廠。國產品牌質量有了保證，控制系統的可靠性、可維護性完全適用于選煤廠，故可在選煤廠使用。

通過比較電廠DCS系統及選煤廠PLC的設備招標，在監控點位相近、性能要求相同的前提下，即DCS系統、PLC系統的CPU、電源、通信模塊均冗余配置，DCS的費用要低的很多（根據《選煤廠安全規程AQ1010-2005》中的17.3.2條的有關規定“計算機集中控制系統的主機應雙機熱備，互為備用”，選煤廠的PLC控制站的微處理器CPU模塊、電源模塊、通信模塊應配置冗余）。產生這種現狀的原因：一方面是DCS系統的技術發展時間較長，已國產化，技術已很成熟，成本大幅下降，國產DCS系統的性能已不次于國外的產品；一方面是市場要求，在電力系統，雖然DCS系統市場容量大，但競爭非常激烈，利潤很低；另一方面，國產PLC產品發展相對較慢，技術水平還不能贏得用戶，國內大多數用戶使用國外產品。

5 DCS在選煤廠的適用性

選煤廠在原煤系統、產品輸送系統、煤倉中存在瓦斯，具有一定爆炸危險，DCS系統本身不具備防爆特性，但DCS系統的控制柜、操作站等設備，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（即布置在非爆炸環境），這樣DCS可滿足選煤廠的環境要求。DCS系統現在使用廣泛，其配套軟件有通用性，并不要有很專業的計算機知識，相對于PLC有利于今后的維護。

6 結束語

PLC在選煤廠中已廣泛使用，DCS系統與PLC相比，其性能更優、更經濟，可適用于選煤廠的工作環境，選煤廠在集控系統的設計使用中今后應大力推廣DCS系統。

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

［2］劉國海，等.《集散控制與現場總線》［M］.北京：機械工業出版社，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、煤礦弱電方面的設計工作。

劉新光