DCS的發(fā)展與應(yīng)用

1、DCS DCS 的發(fā)展與應(yīng)用的發(fā)展與應(yīng)用DCS的發(fā)展歷史追溯 上世紀(jì)70年代，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)裝置迅速向大型化發(fā)展。尤其在石油煉制、冶金、化工、建材、電力、等行業(yè)。這些行業(yè)的生產(chǎn)大型化能帶來(lái)明顯的好處，如生產(chǎn)效率提高、原料消耗減少、勞動(dòng)力成本降低等。生產(chǎn)設(shè)施的提高要求設(shè)備之間具有更好的的協(xié)調(diào)性，而且停機(jī)會(huì)帶來(lái)巨大的損失。因此用戶(hù)迫切希望能夠有一種產(chǎn)品或者系統(tǒng)能夠解決生產(chǎn)過(guò)程大型化和連續(xù)化所面臨的的控制問(wèn)題。硬件的發(fā)展要求 20世紀(jì) 70 年代中期，大規(guī)模集成也路取得突破校的發(fā)展. 8位處理器得到了廣泛的運(yùn)用， 使自動(dòng)化儀表工業(yè)發(fā)生巨大的變化，現(xiàn)代意義上的 DCS 也應(yīng)運(yùn)而生. 1975

2、 年 Honeywell 推出了第一個(gè) DCS 產(chǎn)品，即 TDC2000. 但只有模擬量控制。中國(guó)的DCS發(fā)展中國(guó)使用 DCS 始于 1981 年，;當(dāng)時(shí)吉化公司化肥廠在合成岸裝置中引進(jìn)了Yokogawa 的產(chǎn)品，表現(xiàn)出良好的控制性能和可靠性。隨后中國(guó)引進(jìn)的 30 套大型化肥項(xiàng)目和大型煉油項(xiàng)目都采用了DCS 控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)設(shè)施的效率和產(chǎn)品質(zhì)量的連續(xù)性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS 產(chǎn)品在石油和化工行業(yè)的成功應(yīng)用也促進(jìn)了其他行業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，在隨后的幾年，冶金、建材、電力、輕工等行業(yè)的新建項(xiàng)目中也陸續(xù)使用了 DCS 產(chǎn)品，并成為這些要行業(yè) 的主流控制系統(tǒng)。技術(shù)發(fā)展從不同方向發(fā)

3、展起來(lái)的DCS在結(jié)構(gòu)上、軟件方 面有些區(qū)別. 儀表公司開(kāi)發(fā)的 DCS 的控制器的軟件部分 比較符合儀表工程人員應(yīng)用的習(xí)慣，特別是組態(tài)方式比較方便。計(jì)算機(jī) 公司設(shè)計(jì)的 DCS 的人機(jī)界面比較友好。相繼出現(xiàn)的 DCS 有 MAX-L、 RS3 、MOD Ill（泰勒）、N90（貝利）、D/3、WDPF 、MICRO 、 ECS-1200; 橫河的 YEPARK MARK II 、東芝的TISDDIC; 英國(guó)的 P4000; 德國(guó)司的 TELEPERM（西門(mén)子） 、DCE-400(費(fèi)舍爾） 等。技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)在硬件結(jié)構(gòu)、軟件應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方麗，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大約有三次比較大的變革，表現(xiàn)在操作站

4、、DCS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)三個(gè)方面 。 二十世紀(jì)七十年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件都是專(zhuān)用的，由各 DCS廠家自己開(kāi)發(fā)，操作站也沒(méi)有動(dòng)態(tài)流程圖，只有文本顯示。通訊網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議基本上都是采用輪詢(xún)方式，在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)交通指揮器。八十年代就發(fā)生變化了，通訊網(wǎng)絡(luò)較多地使用令牌方式。九十年代操作站出現(xiàn)了通用操作站，九十年代末 DCS 通訊網(wǎng)絡(luò)有部分開(kāi)始采用以太網(wǎng). 21 世紀(jì)初 DCS 和 MIS 系統(tǒng)相結(jié)合，組成綜合管理信息系統(tǒng)，DCS 的信號(hào)送到全廠和存入工廠數(shù)據(jù)庫(kù)，供管理人員查詢(xún)。MIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，載體采用光纖網(wǎng)和電話(huà)線(xiàn)網(wǎng)相結(jié)合的方式，傳輸數(shù)據(jù)多的地方采用光纖，數(shù)據(jù) 少的地方用電話(huà)線(xiàn)，很像

5、公共交通的高速公路和國(guó)道聯(lián)合使用一樣。技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)總的來(lái)看， DCS本身的I/O板變化主要體現(xiàn)在I/O 板 A/D 的轉(zhuǎn)換位數(shù)；操作站的變化體現(xiàn)在軟、硬件的改變，通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議的改進(jìn)；控制器相對(duì)來(lái)講變化要小的多，它只是由于芯片水平的提高而作 些調(diào)整;功能塊的算法和組態(tài)方式是不變的；操作站主要表現(xiàn)在由專(zhuān)用機(jī)變化到通用機(jī)，監(jiān)控軟件由專(zhuān)用 逐漸變化到通用。DCS 的另一個(gè)重要發(fā)展是:現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作為控制器的輸入、輸出。把現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)作為 DCS 的輸入、輸出板， 目的是解決遠(yuǎn)程信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，如把 HART總線(xiàn)做成 DCS 的一 種輸入板，可以有 16 個(gè)變送器鏈接在 HART 總線(xiàn)上。又如LONW

6、ORKS 總線(xiàn)作為 MOORE 的 353 回路控制器的輸入、輸出?？刂破鞯目刂苹芈酚蓛蓚€(gè)增加到 25 個(gè)，問(wèn)時(shí)還能有 100 個(gè)開(kāi)關(guān)量。變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和DCS 的控制器的距離可達(dá) 1 公里以上，不僅解決了遠(yuǎn)程信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，還節(jié)省了連接電纜。市場(chǎng)規(guī)模中國(guó)龐大而成體系的流程工業(yè)形成了過(guò)程控制系統(tǒng)的市場(chǎng)基礎(chǔ)，而其中電力、石化、化工、建材、造 紙、市政、冶金的大幅度投資與增長(zhǎng)，更形成了每年超過(guò) 50 億元 (2004) 的 DCS 市場(chǎng)規(guī)模。同時(shí)，市場(chǎng)的行業(yè)分布也與這些行業(yè)的投資情況息息相關(guān) 。譬如，近年的能源短缺和隨之而來(lái)煤化工投資熱潮， 使得煤化工行業(yè)的 DCS 能求達(dá)到 18 億元，

7、占據(jù)整個(gè)市場(chǎng)三分之一強(qiáng)的份額，超過(guò)了石化和化工這些傳統(tǒng)的DCS應(yīng)用的行業(yè)。DCS控制的發(fā)展趨勢(shì)1.傳統(tǒng) DCS 轉(zhuǎn)向開(kāi)放的DCS 傳統(tǒng)DCS是由控制站，操作站及網(wǎng)絡(luò)組成，開(kāi)放性較差. 90年代國(guó)外推出新一代DCS 。如霍尼韋爾的 TPS ，它是集過(guò)程控制和信息管理于一體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用通用的軟件: Windows 和Intel 芯片。 2. 以工業(yè)PC機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為基礎(chǔ)的分散控制。隨著工業(yè) PC 機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)PC機(jī)的容量大，靈活性強(qiáng)，價(jià)格便宜，作為生產(chǎn)過(guò)程控制的設(shè)備，可滿(mǎn)足要求。本世紀(jì)，以工業(yè) PC 機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總統(tǒng)為基礎(chǔ)的分散控制，在石化工廠將會(huì)得到應(yīng)用。 據(jù)專(zhuān)家估計(jì):本世紀(jì)，

8、大部分常規(guī)的DCS 功能將會(huì)移到現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和 基于PC 的系統(tǒng)。DCS控制的發(fā)展趨勢(shì)總線(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng) 隨著國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的成熟以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的推出它將對(duì)我國(guó)儀表和自控領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響，也必將對(duì)我國(guó)石化企業(yè) 儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響。由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)克服了模擬儀表和 DCS 的不足及應(yīng)用中的問(wèn)題，近幾年它發(fā)展迅速，已進(jìn)入實(shí)用化階段。新一代控制系統(tǒng)是由多段高速和低速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、各類(lèi)智能現(xiàn)場(chǎng)儀表包括流量、壓力、溫度、執(zhí)行器及輔助單元等、人機(jī)接口(工業(yè) PC機(jī))、組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)軟件等組成現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)。有的國(guó)外儀表公司已推出自己的現(xiàn)場(chǎng)總錢(qián)控制系

9、統(tǒng)?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)是 DCS ，它可完成控制、顯示、操作及與上位機(jī)通訊等。采用現(xiàn)場(chǎng)總統(tǒng)控制系統(tǒng)，原DCS的60%-80%de的基本控制功能分散在智能現(xiàn)場(chǎng)儀表上執(zhí)行， 現(xiàn)場(chǎng)儀表、 PLC 、人機(jī)接口(操作站)、維護(hù)管理系統(tǒng)和上位機(jī)系統(tǒng)都將作為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的節(jié)點(diǎn)平等地掛在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上。 FCS 除了有控制系統(tǒng)外還有非控制用的信息組成維護(hù)管理系統(tǒng)，可把現(xiàn)場(chǎng)儀表的工位號(hào)、制造廠 、 材料、量程和零點(diǎn)、運(yùn)行狀況、準(zhǔn)確度、維修計(jì)劃等一系列信息傳送到操作站，操作員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表運(yùn)行情況一目了然。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可及時(shí)了解故障的位置和性質(zhì)，縮短了判斷故障的時(shí)間，并可預(yù)測(cè)維修，提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性。控制、管理、經(jīng)營(yíng)

10、于一體的信息綜合系統(tǒng)目前，許多化工企業(yè)都是采用一種自成系統(tǒng)的自動(dòng)化絡(luò)構(gòu)，每個(gè)單元都有它自己負(fù)責(zé)的自動(dòng) 化系統(tǒng)，形成許多自動(dòng)化“孤島”式的控制和信息管理格局。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈和規(guī)模經(jīng)營(yíng)發(fā)展，企業(yè)為增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，需要更及時(shí)、準(zhǔn)確的信息為企業(yè)決策服務(wù)，并使經(jīng)營(yíng)決策能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)操作成果，計(jì)算 機(jī)控制、經(jīng)營(yíng)和管理 一體化的信息綜合系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)將會(huì)得到煉油化工企業(yè)的重視。該系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié) 控制級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)決策 級(jí)組成。調(diào)節(jié)控制級(jí)包括現(xiàn)場(chǎng)儀表、調(diào)節(jié)控制、先進(jìn)控制和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)過(guò) 程的最佳控制；生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理級(jí). 包括跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，采集、加工和分析信息，生產(chǎn) 計(jì)劃調(diào)度等;決策級(jí)

11、是企業(yè)的最高決策層，包 括原料供給、產(chǎn)品銷(xiāo)售、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等活動(dòng)，及時(shí)做出正確決策，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最大利潤(rùn)。公用工程控制公用工程裝置不是化工廠中的直接生產(chǎn)裝置，公用工程是向各工藝裝置供應(yīng)能源的，同時(shí)也消耗能源。如何使用公用工程裝置能源合理分配，達(dá)到燃料、蒸汽和電力優(yōu)化分配，則是公用 工程控制的目的。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，十分重視公用工程的能源優(yōu)化控制管理。目前國(guó)外有許多公司都推出自己的能源優(yōu)化控制管理軟件包，對(duì)能源管理進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)約能源，提高效益的目的。美國(guó)SETPOINT 公司的公用能源優(yōu)化應(yīng)用軟件包已全世界十幾個(gè)工廠中安裝使用。它是結(jié)合模擬和先進(jìn)控制來(lái)建立一個(gè)全 廠范圍內(nèi)的能源管理系統(tǒng)，以最低的費(fèi)用提供能源，它可以分析蒸汽量，優(yōu)化控制鍋爐蒸汽產(chǎn)量，可以直接同過(guò)程計(jì) 算機(jī)相連接，在線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化控制，可節(jié)約能源費(fèi)用的2% 8%o ABB Simcon 公司的能源管理系統(tǒng) (EMS)，也是 一種優(yōu)化控制系統(tǒng)。它可以管理和控制工廠