電廠DCS以及PLC現場總線技術的應用發展

王林 金鑫

摘 要：文章對現場總線技術、PLC技術以及DCS技術分別作了介紹，通過技術特點以及功能的對比分析，簡述了DCS、PLC與現場總線系統的特點，論述了現場總線技術在現代電廠系統控制中具有良好的發展前景。

關鍵詞：現場總線；DCS；PLC；控制系統

1 前言

集散控制系統即DCS是上世紀七十年代發展起來的數字控制系統，開創了控制系統的新時代，DCS是結合了通信技術、控制技術、圖形顯示技術以及計算機技術，被稱作4C技術，并且信息管理技術也逐步的結合至DCS中，因此現在DCS能夠完成信息管理以及過程控制，發展成為了5C技術。并在很多行業中得以應用，尤其在火力發電廠中，DCS系統應用更為廣泛，其社會效益以及經濟效益都取得了顯著的效果，其發展是自動化控制發展方向以及發展水平的典型代表。

2 DCS系統特征

2.1 傳統的系統基礎主要包括：網絡、微處理器、圖形技術。

2.2 目前的系統特點：首先開放系統較為完備。DCS通過成熟軟件以及通用設備的應用，保證了系統的高層互聯，同PLC以及智能儀表相互連接；其次，DCS系統中應用了高性能微處理器；最后，系統的專業性以及綜合性為用戶提供過程控制平臺。目前所使用的DCS系統中很多操作平臺都應用了NT/WINDOWS，增加了全場綜合管理力度，提高了自動化水平。DCS是目前火電廠使用最為廣泛的系統。

2.3 系統對向下接口能力不斷的予以提高，很多DCS系統都提供了同PLC以及現場總線的通信接口。例如，通過同PLC之間的通信減少了手動操作按鈕的數量，使BTG盤面積大大縮小。實際上火力發電廠中很多控制子系統都能夠通過DCS予以實現。如廠中的電除塵系統、ETS系統、DEH系統以及FSSS系統和輸煤系統，不但能夠有效縮小控制室面積，同時也有效降低了維修成本支出。

3 PLC系統特性

3.1 豐富的功能

現在使用的PLC系統已經不再是僅用于控制順序邏輯，很多PLC系統中應用了通用處理器，通過多任務操作，不但有效提高了順序邏輯運算速度，同時還增加了代數運算以及回路調節功能。

3.2 強大的網絡功能

傳統的PLC通訊速度較慢，主要是用于將設備運行的情況以及系統控制的情況傳輸給監控設備，用來為操作員的指令修改以及檢視提供基礎信息。而目前使用的PLC系統采用了通信網絡，同信功能更加完善。

3.3 逐步標準化的編程

各方面的發展促使PLC在更多的領域被應用開來，很多廠家都在進行PLC的開發研究，并且隨著DCS的開放，PLC的開放也成為了必然趨勢。而PLC的開放所帶來的便是變成語言逐步的向標準化方向發展。

3.4 微型化的系統模塊

很多PLC廠家除了從提高系統性能以及網絡性能方面對產品綜合競爭力進行提升外，還通過模塊小型化的方式，對價格進一步降低。

4 現場總線系統特性

（1）所謂的現場總線控制便是將現場的儀表同控制室中的操作界面通過現場總線連接到一起，通過智能儀表的使用令現場設備直接具有可控性，并將輸出模塊置于現場中，實現了徹底分散控制。

（2）該系統的基礎為現場總線。本質上現場總線就是一種網絡，每一智能儀表便是網絡上的一個節點，該計算機網絡具有以下特點：首先是傳輸信號的數字化；其次，物理傳輸介質的公用性。不但增加了傳輸距離，同時還對聯線成本有效予以降低。

（3）現場總線技術特點

實現了通信的全數字化，并且操作上具有相互性，同時不同廠家之間的類似設備能夠實現互換，系統具有高度分散性。

5 三種系統之間的關系

5.1 DCS同PLC之間的關系

在火力發電廠中PLC同DCS應廣泛的應用于DCS和PLC在火力發電廠的熱工控制系統中已經得到了廣泛的應用。目前例如FSSS系統中DCS完全可以用PLC系統予以實現，只要不斷的進行改進從功能上PLC替代DCS完全可以實現。

（1）對PLC的CPU處理能力予以加強，使其處理功能不僅局限于順序邏輯的處理，通過實時多任務操作同時實現回路計算以及回路調節功能。

（2）在控制器等關鍵部件上能夠實現冗余配置。

（3）采用令牌環以及令牌總線等確定實時的冗余網絡，PLC的功能也逐步的被包容在DCS系統中，例如PLC編程語言在DCS系統中的應用。

上述兩種系統在功能上已經逐步接近，價格上也逐步的接近，在不久的將來二者之間會逐漸的融合，向著過程控制系統發展。

5.2 DCS系統與現場總線系統

現場總線的系統結構簡化，設計、安裝、投運到正常生產運行及檢修維護，都體現出了優越性：

（1）節省硬件數量與投資。由于現場總線系統中分散在設備前端的智能設備能直接執行多種傳感控制報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的調節器、計算單元等，也不再需要DCS系統的信號調制板、隔離放大器、I/O板、A/D轉換器以及它們之間復雜的接線。還可以用工控PC機作為操作站，從而可節省一大筆硬件投資并減少控制室面積。并且有的PLC已經可以支持快速的現場總線通信。采用現場總線技術比傳統意義上的DCS可以減少許多I/O卡。

（2）節省安裝費用和材料。現場總線系統的接線十分簡單，由于1對雙絞線或1根電纜上可掛接多個設備，因而電纜、端子、橋架的用量大大減少，連線的設計與接頭校對的工作量也減少。當需增加新的現場設備時，無需新增電纜，這既節省了投資，又減少了設計、安裝的工作量。目前DCS的主要盤臺都集中在電子設備間，與現場信號的連接電纜很多，如采用現場總線控制系統，電纜可減少1/3。

（3）用戶節省了維護費用，掌握了高度的系統集成主動權。過去用戶采用某種DCS系統，一旦出現某些功能塊損壞，就必須使用這一廠家的模板，用別的產品會出現系統集成中不兼容的協議。而現在現場總線卻讓所有的設備廠家遵循一定的協議，用戶自己牢牢地掌握了系統的集成主動權。因此，大多數人都相信在未來的5到10年間，現場總線的技術可望普遍推廣。但目前，由于制約現場總線技術的國際通用通信標準很難在短時間內出來，DCS技術又被大家掌握且價格已經很低，目前DCS還會存在下去，但最終會被現場總線系統所代替，這是自動化控制發展的最終目標和方向。

我國目前所運行使用的火力發電廠中機、電、爐在控制水平上存在較為嚴重的不協調現象，并且輔助系統較為落后，集中控制室占用空間較大，系統電纜數量過多，需要人員數量龐大。而目前PLC系統以及現場總線技術在火力電廠中的應用推廣使得機組自動化水平顯著提高，能夠基本滿足現代化火力發電廠對系統控制的要求。

參考文獻

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