付詩(shī)琴

廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663

淺談DCS和PLC在電廠的聯(lián)合實(shí)際應(yīng)用

付詩(shī)琴

廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510663

DCS和PLC在實(shí)際應(yīng)用中是存在著一定的區(qū)別和聯(lián)系的，不能把兩者絕對(duì)獨(dú)立，應(yīng)該向用戶(hù)提供最適合其需求的控制系統(tǒng)，將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。

DCS；PLC；融合；一體化

引言

對(duì)于電廠的控制系統(tǒng)，一般聯(lián)合采用DCS和PLC這兩種方式。DCS作為一個(gè)多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通訊、顯示和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便等特點(diǎn)，一般由過(guò)程級(jí)、操作級(jí)和管理級(jí)組成。PLC是以可編輯邏輯控制器為基礎(chǔ)的新一代工業(yè)自動(dòng)化裝置，采用可編程序存儲(chǔ)器，是一種專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)產(chǎn)生的控制系統(tǒng)，一般即為一層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

DCS在我國(guó)發(fā)電企業(yè)普遍使用，控制范圍逐漸擴(kuò)大，已從早期功能單一的控制系統(tǒng)發(fā)展成為綜合控制系統(tǒng)。雖然PLC的功能也在向DCS發(fā)展，但對(duì)于目前的發(fā)電企業(yè)，主機(jī)的控制系統(tǒng)基本上都是采用了DCS，而目前的發(fā)展趨勢(shì)更是輔助控制系統(tǒng)中原先由PLC實(shí)現(xiàn)的功能也逐漸由DCS取代完成。由于DCS的系統(tǒng)功能會(huì)日益強(qiáng)大，價(jià)格日益便宜，這也預(yù)示了DCS系統(tǒng)將逐漸取代PLC完成小型系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)“集中”控制。

1 發(fā)展本質(zhì)

DCS起始于傳統(tǒng)的儀表盤(pán)監(jiān)控系統(tǒng)，比較傾向于PID的算法和數(shù)量。PLC來(lái)源于傳統(tǒng)的繼電器，最原始的PLC控制是不能處理模擬量的，這也決定了PLC的控制重點(diǎn)是邏輯運(yùn)算。

2 應(yīng)用對(duì)象

傳統(tǒng)大型機(jī)組采用的控制模式是，機(jī)組部分采用DCS控制，輔助車(chē)間等公用部分則采用PLC控制。而結(jié)合最近幾年的發(fā)展趨勢(shì)看，近年的電力體制改革，使發(fā)電企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)逐漸激烈，而提高企業(yè)效益的根本就是降低成本、提高效率。因此，實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控，顯得更為重要了。基于這種思路，現(xiàn)在很多電廠將原本屬于輔網(wǎng)的一部分公用系統(tǒng)，也納入了DCS的集中控制范圍，一方面實(shí)現(xiàn)了減員增效，另一方面提高了運(yùn)行人員控制水平，集控室的統(tǒng)一監(jiān)控解決了運(yùn)行人員聯(lián)系不及時(shí)、難于管理等缺點(diǎn)。

3 現(xiàn)狀分析

在大型機(jī)組的設(shè)計(jì)中，目前主要采用的是“兩機(jī)一控”控制方案，也就是兩臺(tái)機(jī)組合用一個(gè)集中控制室，實(shí)現(xiàn)機(jī)電爐的集中控制。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一套DCS作為單元機(jī)組的主要控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)MCS、SCS、DAS、FSSS。而兩臺(tái)機(jī)組的DCS之間再設(shè)置一套公用網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)橋分別和每臺(tái)機(jī)組的DCS聯(lián)通。一般，空壓機(jī)、循環(huán)水泵房、燃油泵房、公用廠用電源系統(tǒng)，都納入了公用DCS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。而全廠輔助車(chē)間，則主要采用PLC控制：傳統(tǒng)做法是采用“水”（凈水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、化水系統(tǒng)；凝結(jié)水精處理、化學(xué)取樣和加藥）、“灰”（除灰、除渣、電除塵）、“煤”（輸煤系統(tǒng)）控制點(diǎn)組成輔網(wǎng)BOP，在機(jī)組集控室的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)操作員站進(jìn)行集中監(jiān)控。輔助系統(tǒng)的功能一般采用“PLC+上位機(jī)”實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。

上述主機(jī)采用DCS控制、外圍輔助系統(tǒng)采用PLC的控制方案，是多年來(lái)的常規(guī)方案。這種思想的出發(fā)點(diǎn)是因?yàn)镈CS早前都是跟隨主機(jī)從國(guó)外引進(jìn)的，而進(jìn)口設(shè)備的成本很高，國(guó)內(nèi)DCS技術(shù)也還不成熟；而PLC的邏輯控制功能已較為成熟。

然而，輔助系統(tǒng)的PLC裝置，一方面型號(hào)多樣化，一方面由于工作環(huán)境相對(duì)惡劣導(dǎo)致故障率高、維護(hù)量大、備品備件需求多，因此增加了電廠運(yùn)行成本。

輔助系統(tǒng)如采用集中控制或直接一體化控制，可以實(shí)現(xiàn)全廠控制一體化網(wǎng)絡(luò)，方便了電廠運(yùn)行人員和檢修人員，減少了備品備件的種類(lèi)和數(shù)量，減員增效、提高了效率。如今國(guó)產(chǎn)DCS品牌也日益豐富，DCS的造價(jià)也在逐漸降低，功能也更加強(qiáng)大。近些年的一些新建機(jī)組，主機(jī)和外圍輔助系統(tǒng)都采用統(tǒng)一品牌DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全廠控制系統(tǒng)的硬件、軟件、信息一體化。雖然存在的形式多種多樣，比如全廠DCS設(shè)備一致，比如將外圍輔助系統(tǒng)引入主控室。

4 特點(diǎn)

首先，對(duì)于大部分DCS系統(tǒng)，雖然過(guò)程級(jí)的通訊協(xié)議不相同，但是操作級(jí)都選擇了以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用TCP/IP協(xié)議，方便擴(kuò)展。在以太網(wǎng)中，控制器作為節(jié)點(diǎn)，可以按需要增減數(shù)量或改變位置，只要在網(wǎng)絡(luò)控制的范圍內(nèi)。而PLC系統(tǒng)的擴(kuò)展需求相對(duì)較少。一般PLC是針對(duì)設(shè)備使用，所以兼容性的需求也相對(duì)很少。PLC的控制任務(wù)相對(duì)簡(jiǎn)單，一般即為單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基本不會(huì)涉及以太網(wǎng)。

其次，DCS系統(tǒng)一般都會(huì)提供一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。所謂“統(tǒng)一”，即對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中的任何一個(gè)已存數(shù)據(jù)，可以被隨時(shí)引用，無(wú)論是在組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件中，還是在趨勢(shì)圖、報(bào)表中。而PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)一般是相對(duì)獨(dú)立的，組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件、甚至歸檔軟件，都有各自的數(shù)據(jù)庫(kù)。

再次，DCS的任務(wù)周期，是可以設(shè)定的，比如對(duì)于壓力傳感器，可以采用較短的采樣周期；對(duì)于溫度傳感器，可以采用相對(duì)較長(zhǎng)的采樣周期。而PLC程序是一次性執(zhí)行完畢后再循環(huán)執(zhí)行的。比較而言，DCS更能合理地按需求協(xié)調(diào)控制器的資源。

5 一體化趨勢(shì)

不難看出，主輔一體化的經(jīng)濟(jì)效益明顯。單元制的輔助系統(tǒng)可以歸入相應(yīng)的機(jī)組DCS實(shí)現(xiàn)；全廠公用的輔助系統(tǒng)，則可以歸入公用DCS實(shí)現(xiàn)。各系統(tǒng)可以采用遠(yuǎn)程IO站或遠(yuǎn)程IO控制站實(shí)現(xiàn)控制功能。全廠一體化，可以提高全廠控制系統(tǒng)的維護(hù)效率，減少維護(hù)工作量，降低維護(hù)成本；可以統(tǒng)一采購(gòu)設(shè)備和備品備件，優(yōu)化資源配置；可以?xún)?yōu)化全廠數(shù)據(jù)共享。

但是，在看到一體化優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，我們也需要考慮到DCS的負(fù)荷能力和電廠運(yùn)行的安全可靠度。全廠一體化，肯定增加了DCS的信息負(fù)荷，這在一定程度上會(huì)影響DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)運(yùn)算和信號(hào)處理。此外，在全廠一體化設(shè)計(jì)中，一旦輔助系統(tǒng)的DCS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，則可能導(dǎo)致全廠的輔助系統(tǒng)故障，可能影響到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行，這一點(diǎn)不及原先PLC控制時(shí)相對(duì)獨(dú)立的各個(gè)輔助系統(tǒng)。

另外，從DCS和大型PLC的發(fā)展趨勢(shì)看，兩者概念上的界限逐漸淡化，漸趨融合。另一方面，鑒于DCS控制的系統(tǒng)接線工作繁重及其信號(hào)傳輸在可靠性和抗干擾性上的不足，DCS將向FCS方向發(fā)展，將模擬量的控制分散到現(xiàn)場(chǎng)儀表，儀表和控制系統(tǒng)之間不再需要電纜連接。PLC也可以實(shí)現(xiàn)模擬量的處理功能，部分PLC系統(tǒng)的模擬量處理能力還比較強(qiáng)大；而同時(shí)DCS系統(tǒng)的邏輯處理能力也很強(qiáng)勁。這也就決定了DCS和PLC功能的融合發(fā)展趨勢(shì)。目前，大型PLC也和DCS一樣，控制器和IO站采用現(xiàn)場(chǎng)總線，采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)存在多臺(tái)計(jì)算機(jī)使用時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和DCS類(lèi)似，上位機(jī)也采用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，DCS和PLC在實(shí)際應(yīng)用是存在著一定的區(qū)別和聯(lián)系的，不能把兩者絕對(duì)獨(dú)立，兩者都是電廠的控制系統(tǒng)“成員”。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該結(jié)合用戶(hù)的實(shí)際需求，向用戶(hù)提供最適合他們需求的控制系統(tǒng)，合理利用DCS和PLC的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化資源配置，大力發(fā)展節(jié)能減排的綠色電廠。

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TP273

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.006