分散控制系统与可编程控制系统在涂料行业中的应用

2021-01-09杨秀奇珠海展辰新材料股份有限公司广东珠海519090

化工管理 2021年31期

杨秀奇(珠海展辰新材料股份有限公司，广东珠海 519090)

0 引言

DCS 为分散式控制系统，即为实现危险分散、管理以及显示集中的管理。这一系统是基于微处理器为核心，针对物理位置以及功能分散实现控制，对于各个分散点可以在数据通道的应用下进行信息集中，进而对其实施集中监视以及操作。PLC 为控制装置，硬件上和DCS 中现场控制器有所类似，在其和上位机系统以及相连网络结合后才能够完成系统架构，且还需要实现系统集成[1]。两者之间的区别即为“系统”和“装置”的区别，前者能够针对任何装置功能实现也可以对其协调，后者仅为本身功能。本次则对两者区别及其在涂料行业中的应用展开分析。

1 DCS 和PLC 特点

1.1 控制处理能力

一台PLC 控制器就能够实现对几千个I/O 的处理，甚至最高能够达到8 000 多个。一台DCS 控制器在应用中，只可以实现对几百个I/O 的处理，最高也只能够达到500 个。对其原因进行分析，并不是受到DCS 研发人员技术水平的影响，而是基于集散体系防范集中控制发生故障的需要，在实际生产生活中点数较多控制器并没有太大用处。因此在其研发设计中，本身也就没有进行带很多I/O 点控制器驱动设计，重点针对控制器提供体系可靠性以及灵活性展开研究[2]。然而PLC 与之具有差异，本身属于具有独立性的柔性控制装置，带动点数越多即为本身技术水平越高，在系统中的应用也需要通过工程商和用户的协商，这些都并不是PLC 制造商的主要目标和最终目的。PLC 系统程序运行中，通常不会依照实现设定循环周期开展，从始至终进行一次执行后且循环执行，新型PLC 程序对其有所改进，但是针对任务周期依旧存在限制。DCS 系统能够对任务周期进行设定，比如快速任务等。共同进行传感器采样的时候，压力传感器变化时间比较短，也就需要采用200 毫秒实施任务周期采样，但是温度传感器存在有较大之后时间，2 秒任务周期即可完成采样。在此过程中DCS 能够实现对控制器资源的合理调控。

1.2 数据通信间交流

在企业相关生产线中，控制系统设计中需要具备大量控制系统数据通讯和交换工作。其中在数据通讯交换过程中，一般为控制系统通过网络进行数据交换。DCS 在此方面具有显著优势，集散系统的“分散”即是在独立控制器上体现，“集中”即为存在有完善的数据人机交互装置，在网络的应用下可以有效实现“分散”和“集中”的连接。因此，在最初DCS 技术研究和发展中，相关生产厂家都已经展开针对网络的研究[3]。DCS 控制器生产厂家最初也就是将冗余技术和窄带传输技术作为研究重点，以能够为社会生产以及生活提供相关便利。PLC 控制器研究设计是结合独立装置，“网络”即为串行通讯情况。在PLC 作为独立装置长期发展中，出现了数据通讯交换问题，本身系统性不强。通常情况下是在部分小型控制系统中应用，没有显著不足，所以发展不够迅速。然而也有部分较大型PLC 控制器显著提高了其应用能力，不过想要达到DCS 控制器的通讯水平，还需要继续努力。

1.3 组态维护功能

组态维护功能主要为：逻辑组态、下载修改和远程诊断等等。早期PLC 技术发展中，主要形式为梯形图形，DCS 技术为模块功能，在科学技术迅速发展进程中，国际电工委员会实现对IE1131-3 标准通过后，完成了通用5 种编程语言的编制。DCS 在发展中，也出现了不同的高级算法模块，其中一个模块就能够实现对设备的基础控制，另外也具备有故障相关报警功能，将其在网络通讯系统应用中就可以实现对任务的传递，有助于显著提高软件研发效率，使其更能有效地应用于设备。一般情况下，一个设备的控制模块和0.5 K 字节梯形图逻辑量几乎一致，PLC技术想要实现以上功能，还需要进一步提高其应用复杂性[4]。

1.4 人机交互装置研发

PLC 生产厂家一般情况下不会提供人机交互装置，由工程商进行采购后提供。DCS 集成人机交互装置在应用中所具备的优势为：具有更加专业的功能性和更高的稳定性。但是需要投入较高成本，价格偏高。在PLC 技术迅速发展进程中，也促进了部分通用监控软件的研究，和DCS 厂商提供专用设备相比具有更高的功能和性能[5]。因此，一部分DCS 厂商也逐渐不再进行专用人机交互设备研究，开始采用通用监控软件，这一点和PLC 技术一致。通常DCS 系统提供的是统一数据库，简单来讲即为DCS 系统中只要出现有一个数据在数据库中，能够在任何情况下引用，比如：监控软件、组态软件以及趋势图中等。但是PLC 系统的数据库一般不统一，相关应用例如组态和监控软件，甚至归档软件都需要具备各自数据库。西门子S7400也需要升级到414 以上，才能够被称为是DCS 系统，由于西门子PCS7 系统采用的是统一数据库，因此对于控制器的要求需要至少在S7414-3 以上型号。

2 DCS 和PLC 系统区别

2.1 适用对象区别

DCS 注重过程控制，主要是在石化、火电站以及食品等行业中应用。当前，DCS 系统在我国国民经济发展领域中已经得到广泛应用，尤其是大中型工程项目中，部分小型项目也开始应用DCS 系统。DCS 是当前流程工业自控系统中的主流产品，但在冶金领域技术发展中，受到自身对控制技术要求所具备的特殊性，逐渐减少了对DCS 的使用量，转变为采用PLC 系统。PLC 通常是在一般工业控制领域中应用，具有非常强的通用性，在粮食加工、制药、纸浆以及汽车等行业中应用较为广泛。PLC 系统生产、调试以及施工过程中相对周期较短，因此在小型机组改造和应用中具有适用性[6]。

2.2 系统销售方式区别

和DCS 相比，PLC 系统在应用中显著优势即为其OEM销售方式，也就是PLC 生产厂家只能够进行PLC 硬件设备以及逻辑编程工具销售，需要系统集成商或用户实现相应的工程建设。在此过程中用户很容易就会掌握相应的技术，如在石门电厂一期工厂中，硬件设施选择的是AB 公司的PLC，火电公司完成系统的大部分调试工作。DCS 厂家应用方式即为交钥匙工程。电站中的PLC 技术已经得到了广泛应用，在以上工程中PLC 仅应用在吹灰程序控制、化学补给系统等相关辅助车间，另外汽机、锅炉等部分主要辅助设备也是通过PLC 技术实现控制，仅有很少一部分大容量接点为接触器，剩下部分均消除了继电器盘。在此过程中，一方面降低了继电器盘数量以及电子设备间面积，另外降低了盘间的电缆连接，对于系统可靠性具有显著提升作用。

2.3 控制精度及可扩展性区别

DCS 注重是实现连续过程控制精度，可以实现针对PID、模糊、前馈以及自适应等复杂控制，通常PLC 技术只具备有PID 功能，相对来讲控制精度不高。DCS 系统的SCANDA 软件包功能非常强大，也存在有配方功能，且也能够实现对软件的针对性开发，比如配置工艺参数及控制算法等，提高了DCS 技术的应用便捷性。PLC 系统通常没有或者很少有扩展需求，主要是在设备中应用不具备有兼容性要求，例如对于PLC 系统来讲想要实现两个或两个以上系统要求资源共享难度更大。但是PLC系统通常采用的是专用网络结构，比如西门子MPI 总线型网络，想要增加一台操作员站难度都很大，或有较大成本。

3 DCS 和PLC 系统在涂料行业的应用

3.1 PLC 自控系统的应用

PLC 技术在涂料行业中的应用，主要是在粉尘浓度问题中应用，如果粉尘浓度超标，会对涂料行业正常工作产生影响。因此，涂料行业想要提升自身除尘效率，就需要在PLC 技术的应用下对粉尘实施辅助性监测，所以在涂料行业中PLC 技术为其控制系统的一个辅助控制系统。另外PLC 技术也能够实时监控电除尘器工作过程，且将其监测所得数据进行记录，在对其处理显示在屏幕上，也能够针对其中部分数据实施处理分析。在对其实施监测过程中，如果发现粉尘浓度超出预定范围，也就会立即发出警报，便于处理。PLC 系统将会直接影响到涂料行业的辅助系统，一方面有助于提高工作效率，另一方面也可以显著降低能源消耗量，减少资源浪费[7]。

3.2 DCS 自控系统的应用

涂料企业生产过程中，树脂合成自控系统也是一个重要的组成部分。在实际运行中发现PLC 在树脂合成自控系统存在可靠性不足的问题，目前PLC 有的CPU 没有冗余，一旦CPU被雷击或意外损坏，整个控制系统会瘫痪，易引发安全生产事故。而DCS 在系统设计中的，为保证相应设备的安全可靠，采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。PLC 所搭接的系统基本没有冗余的概念，就更谈不上冗余控制策略。当其中某个PLC 单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行更换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其安全可靠性上高一个等级。在树脂合成自控系统中，配置两个CPU，可以有效实现无人化操作。无人化操作系统即为仅在后台监控相关数据显示即可，可以直接操作控制系统的开启。实时监控系统运行中的故障风险，可以显著提高工作效率，降低故障发生率。