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1 、引言

    在化工生產(chǎn)中，過程控制系統(tǒng)完成生產(chǎn)工藝參數(shù)的檢測、顯示、記錄、調(diào)節(jié)、控制、報(bào)警等功能，它對提高化工生產(chǎn)線的作業(yè)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量及縮短新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)周期起著極其重要的作用。其特點(diǎn)是對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制過程復(fù)雜，監(jiān)控參數(shù)多且數(shù)據(jù)變化快，數(shù)據(jù)處理及存儲量大。根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及不同生產(chǎn)工藝過程控制要求，應(yīng)用不同的控制系統(tǒng)才可以既安全可靠又經(jīng)濟(jì)高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。
    目前，國內(nèi)先進(jìn)的大中型過程控制基本上以采用PLC和DCS為主，但是，F(xiàn)CS是由DCS與PLC發(fā)展而來，F(xiàn)CS不僅具備DCS與PLC的特點(diǎn)，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS與新型的PLC，都有向?qū)Ψ娇繑n的趨勢。新型的DCS已有很強(qiáng)的順序控制功能；而新型的PLC，在處理閉環(huán)控制方面也不差，并且兩者都能組成大型網(wǎng)絡(luò)，DCS與PLC的適用范圍，已有很大的交叉。下面簡要分析一下PLC、DCS及FCS在不同的化工生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用特點(diǎn)及選型原則。

2 、各種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）PLC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：工作可靠，運(yùn)行速度快；積木式結(jié)構(gòu)，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡單、豐富；網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。
    PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制、條件控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模/數(shù)（A/D）數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

（2）DCS具有以下主要特點(diǎn)：功能全；采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)；完備的開放系統(tǒng)；可靠性高；具有綜合性和專業(yè)性；實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話技術(shù)；系統(tǒng)擴(kuò)展靈活；管理能力強(qiáng)。

（3）FCS主要有以下特點(diǎn)：FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)，一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有高度的互操作性，就一個(gè)特定類型的現(xiàn)場總線而言，只要遵循該類型現(xiàn)場總線的總線協(xié)議，對其產(chǎn)品是開放的，并具有互操作性。FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性；通過使用現(xiàn)場總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場接線，用單個(gè)現(xiàn)場儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現(xiàn)場一級的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡化，并且維護(hù)十分簡便。因此，系統(tǒng)安全性高，擴(kuò)展靈活，可大大降低安裝成本。

3、 控制系統(tǒng)的選擇

    隨著微電子技術(shù)尤其是個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC和DCS的性能都有了較大的改進(jìn)，PLC大大提高了數(shù)據(jù)處理能力和監(jiān)控功能，DCS系統(tǒng)向開放性發(fā)展，操作站采用工控機(jī)，操作系統(tǒng)采用通用的Windows NT或Windows2000操作平臺，PC機(jī)豐富的軟件資源得以應(yīng)用，因而大大降低了系統(tǒng)的繁瑣程度和價(jià)格，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。PLC和DCS在搶占市場的過程中，兩者相互借鑒、滲透、融合，極大地增加了用戶在設(shè)計(jì)和使用中的選擇性。同時(shí)，由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠較多，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，也給系統(tǒng)選擇帶來了一定困難。而走向?qū)嵱没腇CS，也正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。下面依據(jù)PLC、 DCS和FCS的不同特點(diǎn)，針對化工新項(xiàng)目建設(shè)和老項(xiàng)目改造，對控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型和應(yīng)用歸納總結(jié)以下原則進(jìn)行選擇。

3.1 按過程控制系統(tǒng)的控制規(guī)模及復(fù)雜程度
    不同的化工生產(chǎn)過程，過程控制系統(tǒng)規(guī)模與復(fù)雜程度不同，通常在過程控制系統(tǒng)規(guī)模較大、復(fù)雜程度較高時(shí)優(yōu)先選擇DCS。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)發(fā)展而來，它對大量的模擬量數(shù)據(jù)信息能較好地進(jìn)行處理、分析、運(yùn)算，能完成各種復(fù)雜的、繁瑣的調(diào)節(jié)控制計(jì)算，因此能完成規(guī)模大、復(fù)雜程度高的過程控制系統(tǒng)的工作。1994年在我廠的合成氨擴(kuò)建和第二套尿素工程設(shè)計(jì)中，根據(jù)此項(xiàng)原則，過程控制系統(tǒng)選用了美國羅斯蒙特公司的RS3 DCS系統(tǒng)，取得了較好效果，系統(tǒng)配置如圖一所示。 RS3系統(tǒng)和其他DCS系統(tǒng)一樣，包括以下幾個(gè)部分：控制單元、操作單元、I/O單元、數(shù)據(jù)總線。

3.2 按投資規(guī)模和項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效率合理選擇

    在一些小型化工項(xiàng)目中，特別是一些中小型改造項(xiàng)目，投資較少，規(guī)模較小的儀控系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)選選擇價(jià)格相對低廉、性價(jià)比較高的PLC系統(tǒng)。如在2003年，我廠新上一套化工廢水處理系統(tǒng)，根據(jù)此項(xiàng)原則選用了西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC系統(tǒng)，也取得了較好效果。該系統(tǒng)配置如圖二所示。

3.3 考慮系統(tǒng)連續(xù)性、兼容性及通訊性能
    在一些化工改造項(xiàng)目中，如果原項(xiàng)目中已有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，則要考慮系統(tǒng)的連續(xù)性、兼容性及技術(shù)的連續(xù)性。1996年，我廠新建甲醛生產(chǎn)裝置，控制系統(tǒng)采用美國羅斯蒙特公司的RS3，1999年系統(tǒng)擴(kuò)建，新上有機(jī)胺生產(chǎn)線，考慮到系統(tǒng)使用年限較長，個(gè)別卡件已明顯老化，并且備件價(jià)格較高，部分卡件已停止生產(chǎn)，故對系統(tǒng)進(jìn)行升級換代，新增ROS系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性、連續(xù)性、兼容性，方便了各工序間的通訊聯(lián)系和化工生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，減少了控制軟件組態(tài)重復(fù)繁瑣的勞動，降低了庫存?zhèn)淦穫浼某杀尽Ｏ到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖三所示：
    改造后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：在這種結(jié)構(gòu)中，通訊網(wǎng)絡(luò)采用冗余技術(shù)，可大大減低系統(tǒng)硬件故障給系統(tǒng)帶來的影響，因?yàn)?，只要系統(tǒng)的兩個(gè)分支有一個(gè)工作正常，就至少能保證兩個(gè)操作站能夠正常工作，從而使由于硬件的故障造成的對工藝的影響降到最低。

3.4 考慮系統(tǒng)生產(chǎn)廠家技術(shù)服務(wù)性
    目前在中國PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)的銷售市場，國外生產(chǎn)廠家占有比例很大，并且一般在中國設(shè)有產(chǎn)品宣傳和技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)。由于國外公司經(jīng)常進(jìn)行重組合并或兼并，并且各公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、銷售策略、市場占有方向各不相同，合并或兼并后，在中國市場的技術(shù)宣傳和服務(wù)方面將有些變化，多多少少對企業(yè)用戶產(chǎn)生一些不良影響因此，我們在選擇系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分掌握信息，考慮系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的技術(shù)服務(wù)性，以保證所選系統(tǒng)的先進(jìn)性、發(fā)展性，以保證具有充分的技術(shù)支持和備品備件供應(yīng)。

3.5 考慮系統(tǒng)先進(jìn)性、發(fā)展性
    FCS是由DCS以及PLC發(fā)展而來，它保留了DCS的特點(diǎn)，或者說FCS吸收了DCS多年開發(fā)研究以及現(xiàn)場實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然也包括教訓(xùn)。由此而得出結(jié)論，“FCS將取代DCS”，似乎也是順理成章之事。為保證所選系統(tǒng)的先進(jìn)性、發(fā)展性，我們在選擇系統(tǒng)時(shí)，特別是一些大型化工項(xiàng)目，可優(yōu)先考慮采用FCS。

4 、結(jié)語

    綜上所述，系統(tǒng)選型的原則可以從以下幾個(gè)方面考慮：系統(tǒng)規(guī)模、復(fù)雜程度、系統(tǒng)的兼容及通訊性能，以及生產(chǎn)廠家技術(shù)支持和售后服務(wù)及系統(tǒng)的先進(jìn)性、發(fā)展性等。在化工生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中，根據(jù)過程對象復(fù)雜程度不同，以及針對控制系統(tǒng)的可靠性合理選擇的不同控制系統(tǒng)，對保證生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的自動化水平，降低工程造價(jià)有著十分重要的意義。