DCS的發(fā)展與應(yīng)用課件

DCS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)帶來巨大的損失。因此用戶迫切希望能夠有一種產(chǎn)品或者系統(tǒng)能夠解決生產(chǎn)過程大型化和連續(xù)化所面臨的的控制問題。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)展起來的DCS在結(jié)構(gòu)上、軟件方

面有些區(qū)別.儀表公司開發(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、MODIll（泰勒）、N90（貝利）、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200;橫河的YEPARKMARKII、東芝的TISDDIC;英國(guó)的P4000;德國(guó)司的TELEPERM（西門子）

、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、DCS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(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)控軟件都是專用的，由各DCS廠家自己開發(fā)，操作站也沒有動(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。MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，載體采用光纖網(wǎng)和電話線網(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)少的地方用電話線，很像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)在由專用機(jī)變化到通用機(jī)，監(jiān)控軟件由專用逐漸變化到通用。DCS的另一個(gè)重要發(fā)展是:現(xiàn)場(chǎng)總線作為控制器的輸入、輸出。把現(xiàn)場(chǎng)總線作為DCS的輸入、輸出板，目的是解決遠(yuǎn)程信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸問題，如把HART總線做成DCS的一種輸入板，可以有16個(gè)變送器鏈接在

HART總線上。又如LONWORKS總線作為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)，問時(shí)還能有

100個(gè)開關(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，占據(jù)整個(gè)市場(chǎng)三分之一強(qiáng)的份額，超過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)向開放的DCS

傳統(tǒng)DCS是由控制站，操作站及網(wǎng)絡(luò)組成，開放性較差.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)總線為基礎(chǔ)的分散控制。隨著工業(yè)PC機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(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)過程控制的設(shè)備，可滿足要求。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)專家估計(jì):本世紀(jì)，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)總線和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

隨著國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的成熟以及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(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)總線技術(shù)克服了模擬儀表和DCS的不足及應(yīng)用中的問題，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、各類智能現(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)總錢控制系統(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)總線的節(jié)點(diǎn)平等地掛在現(xiàn)場(chǎng)總線上。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)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)是企業(yè)的最高決策層，包括原料供給、產(chǎn)品銷售、市場(chǎng)營(yíng)銷等活動(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，可以直接同過程計(jì)算機(jī)相連接，在線進(jìn)行優(yōu)化控制，可節(jié)約能源費(fèi)用的2%—8%oABBSimcon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能源的發(fā)生和分配。它使用優(yōu)化、能源預(yù)測(cè)、蒸汽和電力平衡，產(chǎn)氣和發(fā)電協(xié)調(diào)、自適應(yīng)和預(yù)先控制，以達(dá)到燃料、產(chǎn)汽控制優(yōu)化的目的，可以節(jié)約5%—10%的能源消耗。DCS控制體統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成過程級(jí)控制器I/O板通訊網(wǎng)絡(luò)操作級(jí)操作站和工程師站組態(tài)及各種編程軟件管理級(jí)MISERP等常見的DCS控制系統(tǒng)分程控制PID控制比例控制串級(jí)控制前饋控制反饋控制等內(nèi)容總結(jié)DCS的發(fā)展與應(yīng)用。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)。相繼出現(xiàn)的DCS有MAX-L、RS3、MODIll（泰勒）、N90（貝利）、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200?？偩€和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。