PLC、DCS及FCS在化工生产过程中的不同应用

　  1、引言

　　在化工生产中，过程控制系统完成生产工艺参数的检测、显示、记录、调节、控制、报警等功能，它对提高化工生产线的作业率，改善产品质量及缩短新产品、新工艺的开发周期起着极其重要的作用。其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。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。

　　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，但是，FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，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。下面简要分析一下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。

　　2、各种控制系统的特点

　　(1)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。

　　(2)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。

　　(3)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。

　  3、控制系统的选择

　　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WindowsNT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。

　　3.1按过程控制系统的控制规模及复杂程度

　　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，能完成各种复杂的、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RS3DCS系统，取得了较好效果，系统配置如图一所示。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。

　  3.2按投资规模和项目经济效率合理选择

　　在一些小型化工项目中，特别是一些中小型改造项目，投资较少，规模较小的仪控系统应优选选择价格相对低廉、性价比较高的PLC系统。如在2003年，我厂新上一套化工废水处理系统，根据此项原则选用了西门子公司生产的S7-300系列PLC系统，也取得了较好效果。该系统配置如图二所示。

　　3.3考虑系统连续性、兼容性及通讯性能

　　在一些化工改造项目中，如果原项目中已有计算机控制系统，则要考虑系统的连续性、兼容性及技术的连续性。1996年，我厂新建甲醛生产装置，控制系统采用美国罗斯蒙特公司的RS3，1999年系统扩建，新上有机胺生产线，考虑到系统使用年限较长，个别卡件已明显老化，并且备件价格较高，部分卡件已停止生产，故对系统进行升级换代，新增ROS系统，保证了系统的先进性、连续性、兼容性，方便了各工序间的通讯联系和化工生产管理网络的建设，减少了控制软件组态重复繁琐的劳动，降低了库存备品备件的成本。系统结构如图三所示：

　　改造后系统结构的特点：在这种结构中，通讯网络采用冗余技术，可大大减低系统硬件故障给系统带来的影响，因为，只要系统的两个分支有一个工作正常，就至少能保证两个操作站能够正常工作，从而使由于硬件的故障造成的对工艺的影响降到最低。

　　图二

　  3.4考虑系统生产厂家技术服务性

　　目前在中国PLC系统和DCS系统的销售市场，国外生产厂家占有比例很大，并且一般在中国设有产品宣传和技术服务机构。由于国外公司经常进行重组合并或兼并，并且各公司产品结构、销售策略、市场占有方向各不相同，合并或兼并后，在中国市场的技术宣传和服务方面将有些变化，多多少少对企业用户产生一些不良影响因此，我们在选择系统时，应充分掌握信息，考虑系统生产厂家的技术服务性，以保证所选系统的先进性、发展性，以保证具有充分的技术支持和备品备件供应。

　　3.5考虑系统先进性、发展性

　　FCS是由DCS以及PLC发展而来，它保留了DCS的特点，或者说FCS吸收了DCS多年开发研究以及现场实践的经验，当然也包括教训。由此而得出结论，“FCS将取代DCS”，似乎也是顺理成章之事。为保证所选系统的先进性、发展性，我们在选择系统时，特别是一些大型化工项目，可优先考虑采用FCS。

　　4、结语

　　综上所述，系统选型的原则可以从以下几个方面考虑：系统规模、复杂程度、系统的兼容及通讯性能，以及生产厂家技术支持和售后服务及系统的先进性、发展性等。在化工生产过程控制系统中，根据过程对象复杂程度不同，以及针对控制系统的可靠性合理选择的不同控制系统，对保证生产过程控制系统的自动化水平，降低工程造价有着十分重要的意义。