淺談輸煤程控系統(tǒng)的選擇

劉鵬亮

【摘 要】針對我廠目前所采用的PLC和DCS兩種程控系統(tǒng)的實際運行狀況，來分析哪種系統(tǒng)更適合用在輸煤程控系統(tǒng)上，提出自己的見解，對今后同類型的選型有一定參考意義。

【關(guān)鍵詞】輸煤程控系統(tǒng)；PLC；DCS

1 輸煤系統(tǒng)總述

輸煤系統(tǒng)是火力發(fā)電廠正常運行的重要組成部分，承擔著輸送原煤的重要任務(wù)。隨著機組容量的不斷擴大，耗煤量也在急劇增加，原煤的裝卸、輸送、配給等各個環(huán)節(jié)的工作量隨之增大，因此，一套可靠穩(wěn)定的程控系統(tǒng)對于輸煤系統(tǒng)顯得格外重要。關(guān)于輸煤程控系統(tǒng)的選擇，行業(yè)里通常的選擇有PLC和DCS兩種系統(tǒng)，且PLC系統(tǒng)占絕大多數(shù)。

2 PLC系統(tǒng)簡述

可編程控制器，行業(yè)內(nèi)通常簡稱為PLC（Programmable Logic Controller），它是以微處理器為核心，將數(shù)據(jù)處理計算技術(shù)、工業(yè)自動化控制技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)結(jié)合起來的一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能豐富、通用性強與維護方便等一系列的優(yōu)點。特別是PLC性能的穩(wěn)定性和較強的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到企業(yè)用戶的廣泛好評，已廣泛用于電力輔助專業(yè)及其他行業(yè)中。

2.1 PLC的功能

1）數(shù)據(jù)處理功能。PLC具有較強的數(shù)字量和模擬量運算處理功能，包括基本的算術(shù)運算、邏輯比較運算、特殊函數(shù)運算等。

2）數(shù)據(jù)輸入與輸出功能。不管是開關(guān)量還是模擬量，均能無縫對接，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院图嫒菪浴?/p>

3）控制功能。輸煤運行中需要用到的順序過程控制、邏輯控制、PID運算、函數(shù)運算、計數(shù)、定時等功能PLC都具備，能滿足輸煤運行的需要。

4）數(shù)據(jù)通信、聯(lián)網(wǎng)功能。由于現(xiàn)代通信技術(shù)應(yīng)用的廣泛性，PLC也采用了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，同時也保留了傳統(tǒng)的串口通信接口，如RS232、RS485接口，這樣能更好地實現(xiàn)CPU與各遠程I/O站、各PLC之間以及PLC跟拓展智能設(shè)備之間的互聯(lián)互通。

2.2 PLC的特點

1）高穩(wěn)定性、強抗干擾能力。PLC當初設(shè)計就是針對復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，所以采用了非常嚴格的設(shè)計生產(chǎn)工藝，硬件上采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)，同時對內(nèi)部的元件進行了防干擾處理，對于常見的電磁干擾、振動干擾、溫濕度干擾、電源波動干擾等常見現(xiàn)象做了專門應(yīng)對。

2）通用性強，功能強大。現(xiàn)如今的PLC，為了適應(yīng)不同規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)需要，已經(jīng)形成了大、中、小差別化的系列化產(chǎn)品，適用于各種工業(yè)控制場合。而PLC的功能，除了最基本的邏輯遠算處理功能以外，還大多具有豐富的數(shù)學運算功能，對于對控制流程比較簡單的輸煤系統(tǒng)來說，PLC完全可以勝任。

3）系統(tǒng)的設(shè)計工作量小，編程方便，硬件維護方便，易于改造PLC用軟件上的存儲邏輯替代了硬件上的接線邏輯，這樣就大大減少了外部設(shè)備的接線數(shù)量，使系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)備安裝的周期大大縮短。同時PLC采用較為簡單的梯形圖作為編程的語言，對電路圖有一定基礎(chǔ)，這種邏輯關(guān)系和指令關(guān)系便一目了然，使PLC編程的門檻大大降低，易于后期維護人員根據(jù)實際生產(chǎn)的需要進行二次開發(fā)改造。

4）由于PLC設(shè)備的模塊化，所以它具有體積小，封裝好，能耗低，發(fā)熱量小的特點，能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，適合在輸煤高粉塵的環(huán)境中穩(wěn)定的工作。

2.3 PLC系統(tǒng)在我廠的應(yīng)用

我廠的輸煤和鍋爐吹灰程控系統(tǒng)用的是PLC系統(tǒng)，分別是西門子的S7-300和三菱的FX1N系列，這兩種PLC系統(tǒng)是目前中等規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)中占有率最高，性能最穩(wěn)定，功能最完備的PLC系統(tǒng)。

3 DCS系統(tǒng)簡述

分散型計算機控制系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)通常簡稱為DCS（Distributed Control System），是以微處理器為核心，融合了計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)、工業(yè)自動化控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)以及圖形顯示技術(shù)而發(fā)展起來的程控系統(tǒng)。利用DCS系統(tǒng)可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控、操作、智能分析和設(shè)備保護。DCS系統(tǒng)在測點多，邏輯復(fù)雜，保護要求精確的電廠行業(yè)主機系統(tǒng)中占有率極高，是大型自動化控制系統(tǒng)的典范。

3.1 DCS的功能

1）數(shù)據(jù)采集與處理功能。對于設(shè)備運行過程中的各類模擬量和開關(guān)量信號，通過就地采集裝置以一定采樣周期送到DCS系統(tǒng)中進行集中轉(zhuǎn)換、處理后顯示到DCS系統(tǒng)畫面，進行參數(shù)監(jiān)控、歷史趨勢顯示、事故報警等。

2）數(shù)學運算控制功能。DCS系統(tǒng)具有豐富的數(shù)學運算功能，對于測量信號，通過計算求出設(shè)定值與測量值的偏差，并對偏差進行PID運算，輸出合適的控制量來驅(qū)動執(zhí)行器。

3）順序控制功能。按照預(yù)先設(shè)定的工藝順序和條件，結(jié)合過程參數(shù)和信號，對所需控制設(shè)備進行順序控制。由于進行順序控制是實現(xiàn)電廠自動化、規(guī)范化控制的重要工具，所以在電廠DCS組態(tài)中占有很大的比重。

4）運行參數(shù)超限報警與自動記錄功能。電廠運行參數(shù)眾多，通過DCS組態(tài)對運行參數(shù)設(shè)置報警值和跳閘值，若超過報警值發(fā)出越限報警信號，若達到跳閘值則迅速切斷故障源，保證機組整體的安全運行。同時實時記錄運行參數(shù)到歷史數(shù)據(jù)庫，為分析機組的運行工況提供決策依據(jù)。

5）數(shù)據(jù)通信與聯(lián)網(wǎng)功能。DCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用符合國際標準的IEEE規(guī)范和TCP/IP協(xié)議，構(gòu)成高速冗余實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，同時又可以通過以太網(wǎng)與其它外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，構(gòu)成開放式的工業(yè)信息化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)信息和管理信息的一體化，提高生產(chǎn)決策的效率和便捷性。

3.2 DCS的特點

1）冗余設(shè)計，容錯設(shè)計，安全性可靠性高。為提高DCS控制單元的安全性，采用了冗余控制單元設(shè)計，主控制單元故障的情況下可以無擾動切換為備用控制單元。同時DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用了容錯設(shè)計結(jié)構(gòu)，將操作權(quán)限分散到每臺計算機上，避免了單臺計算機的故障而引起整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這樣就大大提高了DCS系統(tǒng)的安全性可靠性。

2）擴展性強。DCS采用了通用接口設(shè)計規(guī)范，可以連接不同的I/O系統(tǒng)和不同廠家的智能儀表，并通過虛擬映射功能將外接設(shè)備的參數(shù)映射到DCS系統(tǒng)內(nèi)，極大的豐富了DCS系統(tǒng)應(yīng)用的場合。

3）靈活性高。在軟件上，DCS組態(tài)可以靈活應(yīng)用各種算法函數(shù)和邏輯關(guān)系，進行軟硬件結(jié)合的組態(tài)，滿足電廠各種工藝流程操作和監(jiān)控報警的需要。在硬件上，DCS系統(tǒng)中各臺計算機與主控制器之間的通信方式采用星型網(wǎng)絡(luò)，當需要新增操作計算機或擴展系統(tǒng)功能時，可以方便地將新增計算機接入DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)而不用擔心影響其他的計算機。

4）維護簡單。由于DCS機柜的控制器、卡件采用模塊化設(shè)計的方案，當出現(xiàn)故障時可以迅速地更換故障卡件，大大節(jié)約了處理故障卡件的時間，同時模塊化的設(shè)計也便于檢修期間的維護。

5）整體協(xié)調(diào)性強。DCS系統(tǒng)通過人機操作接口站內(nèi)部的協(xié)調(diào)運作可以便捷地實現(xiàn)運行參數(shù)的計算優(yōu)化、報表的統(tǒng)計和打印、報警點的顯示記錄和歷史數(shù)據(jù)的存儲等。

3.3 DCS系統(tǒng)在我廠的應(yīng)用

我廠鍋爐系統(tǒng)、汽機系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、脫硫脫銷系統(tǒng)、化水氨區(qū)系統(tǒng)都是用的新華DCS系統(tǒng)，是30萬以下機組性價比和安全穩(wěn)定性的代表。

4 PLC和DCS在輸煤程控系統(tǒng)上的比較

1）DCS的優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)，而PLC的優(yōu)勢在于邏輯信號的處理上，通常DCS的處理速度在幾十毫秒到幾百毫秒，而PLC的處理速度只有幾毫秒或者更快，這得益于PLC是從繼電器的邏輯基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對于掃描速度和順序控制有其先天的優(yōu)勢。所以PLC在一些流水線的場合用得較多。結(jié)合輸煤線整體的工作流程，筆者觀點PLC系統(tǒng)更適合。

2）穩(wěn)定性的比較。結(jié)合某廠DCS系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)來比較，PLC穩(wěn)定性大大強于DCS，建廠至今十余年，輸煤PLC系統(tǒng)無論是在軟件還是硬件上都非常穩(wěn)定，十年時間只是有個光電轉(zhuǎn)換模塊出現(xiàn)過問題，其余時間運行都很穩(wěn)定。而DCS系統(tǒng)則在各個模塊上都出現(xiàn)過問題，而且出現(xiàn)故障的時間頻率較高，在穩(wěn)定性上PLC完勝DCS。

3）適應(yīng)惡劣環(huán)境上。由于輸煤高粉塵的環(huán)境特點，決定了其就地控制柜必須能承受這樣的環(huán)境，而PLC由于其電子元件的可靠性，極小的發(fā)熱量，良好的封裝特性，相較于DCS更能勝任這項工作。

4）維護便捷性上。PLC的配件有廣泛的銷售渠道，而DCS則是各個DCS廠家壟斷，從這點上來比較，PLC在后期維護上有更大的便利性。

5 結(jié)語

DCS和PLC在電廠自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用都十分廣泛，都很好地推動了自動化控制技術(shù)的進步，相信未來DCS和PLC之間的差別會越來越小，二者能融合發(fā)展成為一個更加完美的控制系統(tǒng)。但目前在輸煤程控系統(tǒng)上，筆者認為，PLC的優(yōu)勢還是很明顯的，所以推薦使用PLC系統(tǒng)。

【參考文獻】

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