分散控制系統與可編程控制系統在涂料行業中的應用

楊秀奇(珠海展辰新材料股份有限公司，廣東 珠海 519090)

0 引言

DCS 為分散式控制系統，即為實現危險分散、管理以及顯示集中的管理。這一系統是基于微處理器為核心，針對物理位置以及功能分散實現控制，對于各個分散點可以在數據通道的應用下進行信息集中，進而對其實施集中監視以及操作。PLC 為控制裝置，硬件上和DCS 中現場控制器有所類似，在其和上位機系統以及相連網絡結合后才能夠完成系統架構，且還需要實現系統集成[1]。兩者之間的區別即為“系統”和“裝置”的區別，前者能夠針對任何裝置功能實現也可以對其協調，后者僅為本身功能。本次則對兩者區別及其在涂料行業中的應用展開分析。

1 DCS 和PLC 特點

1.1 控制處理能力

一臺PLC 控制器就能夠實現對幾千個I/O 的處理，甚至最高能夠達到8 000 多個。一臺DCS 控制器在應用中，只可以實現對幾百個I/O 的處理，最高也只能夠達到500 個。對其原因進行分析，并不是受到DCS 研發人員技術水平的影響，而是基于集散體系防范集中控制發生故障的需要，在實際生產生活中點數較多控制器并沒有太大用處。因此在其研發設計中，本身也就沒有進行帶很多I/O 點控制器驅動設計，重點針對控制器提供體系可靠性以及靈活性展開研究[2]。然而PLC 與之具有差異，本身屬于具有獨立性的柔性控制裝置，帶動點數越多即為本身技術水平越高，在系統中的應用也需要通過工程商和用戶的協商，這些都并不是PLC 制造商的主要目標和最終目的。PLC 系統程序運行中，通常不會依照實現設定循環周期開展，從始至終進行一次執行后且循環執行，新型PLC 程序對其有所改進，但是針對任務周期依舊存在限制。DCS 系統能夠對任務周期進行設定，比如快速任務等。共同進行傳感器采樣的時候，壓力傳感器變化時間比較短，也就需要采用200 毫秒實施任務周期采樣，但是溫度傳感器存在有較大之后時間，2 秒任務周期即可完成采樣。在此過程中DCS 能夠實現對控制器資源的合理調控。

1.2 數據通信間交流

在企業相關生產線中，控制系統設計中需要具備大量控制系統數據通訊和交換工作。其中在數據通訊交換過程中，一般為控制系統通過網絡進行數據交換。DCS 在此方面具有顯著優勢，集散系統的“分散”即是在獨立控制器上體現，“集中”即為存在有完善的數據人機交互裝置，在網絡的應用下可以有效實現“分散”和“集中”的連接。因此，在最初DCS 技術研究和發展中，相關生產廠家都已經展開針對網絡的研究[3]。DCS 控制器生產廠家最初也就是將冗余技術和窄帶傳輸技術作為研究重點，以能夠為社會生產以及生活提供相關便利。PLC 控制器研究設計是結合獨立裝置，“網絡”即為串行通訊情況。在PLC 作為獨立裝置長期發展中，出現了數據通訊交換問題，本身系統性不強。通常情況下是在部分小型控制系統中應用，沒有顯著不足，所以發展不夠迅速。然而也有部分較大型PLC 控制器顯著提高了其應用能力，不過想要達到DCS 控制器的通訊水平，還需要繼續努力。

1.3 組態維護功能

組態維護功能主要為：邏輯組態、下載修改和遠程診斷等等。早期PLC 技術發展中，主要形式為梯形圖形，DCS 技術為模塊功能，在科學技術迅速發展進程中，國際電工委員會實現對IE1131-3 標準通過后，完成了通用5 種編程語言的編制。DCS 在發展中，也出現了不同的高級算法模塊，其中一個模塊就能夠實現對設備的基礎控制，另外也具備有故障相關報警功能，將其在網絡通訊系統應用中就可以實現對任務的傳遞，有助于顯著提高軟件研發效率，使其更能有效地應用于設備。一般情況下，一個設備的控制模塊和0.5 K 字節梯形圖邏輯量幾乎一致，PLC技術想要實現以上功能，還需要進一步提高其應用復雜性[4]。

1.4 人機交互裝置研發

PLC 生產廠家一般情況下不會提供人機交互裝置，由工程商進行采購后提供。DCS 集成人機交互裝置在應用中所具備的優勢為：具有更加專業的功能性和更高的穩定性。但是需要投入較高成本，價格偏高。在PLC 技術迅速發展進程中，也促進了部分通用監控軟件的研究，和DCS 廠商提供專用設備相比具有更高的功能和性能[5]。因此，一部分DCS 廠商也逐漸不再進行專用人機交互設備研究，開始采用通用監控軟件，這一點和PLC 技術一致。通常DCS 系統提供的是統一數據庫，簡單來講即為DCS 系統中只要出現有一個數據在數據庫中，能夠在任何情況下引用，比如：監控軟件、組態軟件以及趨勢圖中等。但是PLC 系統的數據庫一般不統一，相關應用例如組態和監控軟件，甚至歸檔軟件都需要具備各自數據庫。西門子S7400也需要升級到414 以上，才能夠被稱為是DCS 系統，由于西門子PCS7 系統采用的是統一數據庫，因此對于控制器的要求需要至少在S7414-3 以上型號。

2 DCS 和PLC 系統區別

2.1 適用對象區別

DCS 注重過程控制，主要是在石化、火電站以及食品等行業中應用。當前，DCS 系統在我國國民經濟發展領域中已經得到廣泛應用，尤其是大中型工程項目中，部分小型項目也開始應用DCS 系統。DCS 是當前流程工業自控系統中的主流產品，但在冶金領域技術發展中，受到自身對控制技術要求所具備的特殊性，逐漸減少了對DCS 的使用量，轉變為采用PLC 系統。PLC 通常是在一般工業控制領域中應用，具有非常強的通用性，在糧食加工、制藥、紙漿以及汽車等行業中應用較為廣泛。PLC 系統生產、調試以及施工過程中相對周期較短，因此在小型機組改造和應用中具有適用性[6]。

2.2 系統銷售方式區別

和DCS 相比，PLC 系統在應用中顯著優勢即為其OEM銷售方式，也就是PLC 生產廠家只能夠進行PLC 硬件設備以及邏輯編程工具銷售，需要系統集成商或用戶實現相應的工程建設。在此過程中用戶很容易就會掌握相應的技術，如在石門電廠一期工廠中，硬件設施選擇的是AB 公司的PLC，火電公司完成系統的大部分調試工作。DCS 廠家應用方式即為交鑰匙工程。電站中的PLC 技術已經得到了廣泛應用，在以上工程中PLC 僅應用在吹灰程序控制、化學補給系統等相關輔助車間，另外汽機、鍋爐等部分主要輔助設備也是通過PLC 技術實現控制，僅有很少一部分大容量接點為接觸器，剩下部分均消除了繼電器盤。在此過程中，一方面降低了繼電器盤數量以及電子設備間面積，另外降低了盤間的電纜連接，對于系統可靠性具有顯著提升作用。

2.3 控制精度及可擴展性區別

DCS 注重是實現連續過程控制精度，可以實現針對PID、模糊、前饋以及自適應等復雜控制，通常PLC 技術只具備有PID 功能，相對來講控制精度不高。DCS 系統的SCANDA 軟件包功能非常強大，也存在有配方功能，且也能夠實現對軟件的針對性開發，比如配置工藝參數及控制算法等，提高了DCS 技術的應用便捷性。PLC 系統通常沒有或者很少有擴展需求，主要是在設備中應用不具備有兼容性要求，例如對于PLC 系統來講想要實現兩個或兩個以上系統要求資源共享難度更大。但是PLC系統通常采用的是專用網絡結構，比如西門子MPI 總線型網絡，想要增加一臺操作員站難度都很大，或有較大成本。

3 DCS 和PLC 系統在涂料行業的應用

3.1 PLC 自控系統的應用

PLC 技術在涂料行業中的應用，主要是在粉塵濃度問題中應用，如果粉塵濃度超標，會對涂料行業正常工作產生影響。因此，涂料行業想要提升自身除塵效率，就需要在PLC 技術的應用下對粉塵實施輔助性監測，所以在涂料行業中PLC 技術為其控制系統的一個輔助控制系統。另外PLC 技術也能夠實時監控電除塵器工作過程，且將其監測所得數據進行記錄，在對其處理顯示在屏幕上，也能夠針對其中部分數據實施處理分析。在對其實施監測過程中，如果發現粉塵濃度超出預定范圍，也就會立即發出警報，便于處理。PLC 系統將會直接影響到涂料行業的輔助系統，一方面有助于提高工作效率，另一方面也可以顯著降低能源消耗量，減少資源浪費[7]。

3.2 DCS 自控系統的應用

涂料企業生產過程中，樹脂合成自控系統也是一個重要的組成部分。在實際運行中發現PLC 在樹脂合成自控系統存在可靠性不足的問題，目前PLC 有的CPU 沒有冗余，一旦CPU被雷擊或意外損壞，整個控制系統會癱瘓，易引發安全生產事故。而DCS 在系統設計中的，為保證相應設備的安全可靠，采用了雙冗余的控制單元，當重要控制單元出現故障時，都會有相關的冗余單元實時無擾的切換為工作單元，保證整個系統的安全可靠。PLC 所搭接的系統基本沒有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。當其中某個PLC 單元發生故障時，不得不將整個系統停下來，才能進行更換維護并需重新編程。所以DCS系統要比其安全可靠性上高一個等級。在樹脂合成自控系統中，配置兩個CPU，可以有效實現無人化操作。無人化操作系統即為僅在后臺監控相關數據顯示即可，可以直接操作控制系統的開啟。實時監控系統運行中的故障風險，可以顯著提高工作效率，降低故障發生率。

4 結語

綜上，在涂料行業中PLC 系統和DCS 系統的應用各具優勢，都屬于是重要的技術，因此需要依照這一行業的實際需求結合應用以上兩個系統，盡可能實現“取其精華棄其糟粕”，以此確保PLC 系統和DCS 系統的互補應用，提高工作效率，降低故障發生率。