用PC和PLC實(shí)現集散控制

0.引言

隨著(zhù)化工自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，集散控制的思想越來(lái)越廣泛地被廣大自動(dòng)化工程技術(shù)人員所青睞，并正在逐漸被應用于新建、擴建和技改項目中。但傳統的集散控制系統一般由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn)，具有一定的專(zhuān)有性；另外傳統的集散控制系統一般來(lái)講其控制規模比較大，成本費用比較高；因此限制了在中小規模的自控系統項目中的推廣應用。那么如何在中小規?？刂葡到y中實(shí)現集散控制的思想呢？帶著(zhù)這一問(wèn)題，筆者在閱讀了大量技術(shù)資料的基礎上對現有DCS和PLC的控制系統進(jìn)行了總結對比，提出了在中小規?；ろ椖恐杏肞C +PLC構成DCS的思想，并在貴州宏福實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限總公司年產(chǎn)80萬(wàn)噸重鈣裝置改磷銨的技改項目中的液氨儲運工段成功地得到了應用。

1.用PC和PLC實(shí)現集散控制（DCS）的基本原理

集散控制的基本思想是集中管理，分散控制。即：將流程工業(yè)的自動(dòng)控制過(guò)程與操作管理人員對自動(dòng)控制過(guò)程的管理過(guò)程相對分離；流程工業(yè)的自動(dòng)控制過(guò)程由各控制站相對獨立地自動(dòng)完成，而操作人員對自動(dòng)控制過(guò)程的管理則由中央控制室的操作站來(lái)完成。中央操作站與各現場(chǎng)控制站一方面各自相對獨立地運行，從而將各種故障限制在局部范圍內，極大地提高了自動(dòng)控制系統總體的安全性和可靠性；另一方面又相互進(jìn)行實(shí)時(shí)數據通訊和信息交換，實(shí)現了操作人員在中央控制室的操作站對整個(gè)自動(dòng)控制過(guò)程進(jìn)行管理和調整。

現場(chǎng)控制站的主要任務(wù)是實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，因此它必需要能夠自動(dòng)采集全廠(chǎng)的各種工藝參數（如各種工藝介質(zhì)的溫度、壓力、流量、粘度、組分，物位高度等）以及設備的運行狀態(tài)（如閥門(mén)的開(kāi)度、機泵的開(kāi)停、設備震動(dòng)、機械位移）等生產(chǎn)信息，然后按照事先編好的控制程序進(jìn)行大量的數值計算，最后輸出4~20mA標準模擬信號（或ON/OFF數字信號）去驅動(dòng)各種閥門(mén)、電機等執行機構，調節各種工藝參數，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制；另外還要與操作站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，將采集到的各種生產(chǎn)信息傳送到操作站供操作人員使用，同時(shí)接收操作人員通過(guò)操作站發(fā)出的各種指令實(shí)時(shí)調整自動(dòng)控制方案、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。因此它還需要具有標準化的通訊接口。目前的各種PLC均具有這樣的功能，而且其容量彈性大，擴充方便，控制方案的組態(tài)簡(jiǎn)單易學(xué)，性能價(jià)格比優(yōu)越，因此是中小型DCS的操作站的理想選擇。

中央控制室的操作站實(shí)際上是一個(gè)人機界面，一方面把控制站采集的各種生產(chǎn)信息進(jìn)行加工處理，然后以操作人員所習慣和熟悉的各種流程畫(huà)面、生產(chǎn)報表、歷史趨勢和聲光報警等形式提供給操作人員。另一方面把操作人員的各種指令進(jìn)行編碼后傳送給操作站對控制方案進(jìn)行調整，以?xún)?yōu)化生產(chǎn)過(guò)程或對特殊情況的緊急處理。對中小型DCS來(lái)講，目前市面上比較流行的各種監控軟件均能實(shí)現這樣的功能，且對計算機的硬件和操作系統無(wú)特別要求，用普通的PC機加一套監控軟件就可實(shí)現。

用PC機+PLC組成集散控制系統時(shí)，PLC承擔了現場(chǎng)控制站的工作，PC機承擔了操作站和工程師站的工作。在安裝有PLC系統軟件的PC機上可以離線(xiàn)（或在線(xiàn)）編輯PLC的控制應用軟件（一般稱(chēng)為梯形圖），控制應用軟件下載到PLC后，PLC獨立完成現場(chǎng)數據采集、邏輯控制、模擬控制等。而操作站的各種功能都可以通過(guò)“實(shí)時(shí)監控軟件”+“PC機”來(lái)實(shí)現，在安裝有實(shí)時(shí)監控軟件的PC機上可以方便對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監控。

2.用PC和PLC實(shí)現集散控制（DCS）一例

2.1.工藝過(guò)程簡(jiǎn)介：

液氨儲運工段是貴州宏福實(shí)業(yè)開(kāi)發(fā)有限總公司年產(chǎn)80萬(wàn)噸重鈣裝置改磷銨的技改項目中的重要組成部份，設計卸氨能力250噸/小時(shí)，罐區緩沖能力9000噸。氨在常溫常壓下為氣體，易燃、易爆、有毒、有害；液氨儲運工段是總公司的高危區之一，安全生產(chǎn)是本自動(dòng)控制系統應考慮的重點(diǎn)。

2.2.控制系統概況：

為提高生產(chǎn)的安全性，在本控制系統中對重要的工藝參數點(diǎn)采取了“3取2表決”的策略，并設計了21個(gè)自動(dòng)連鎖回路，對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行連鎖保護；為保證生產(chǎn)過(guò)程的平穩運行和節能降耗，系統設計了6個(gè)調節回路。為便于監控和操作，在操作站設計了一幅流程畫(huà)面總貌圖，集中顯示了與安全生產(chǎn)密切相關(guān)的一批工藝參數、設備運行狀況態(tài)和報警信息；對其它化工單元操作過(guò)程設計了相關(guān)的局域流程畫(huà)面，全面地顯示了與其相關(guān)的各種詳細生產(chǎn)信息；根據操作人員的習慣，在操作站設計了4組組畫(huà)面，分別集中顯示溫度、壓力、流量和液位信號；對6個(gè)調節回路分別設計了調節畫(huà)面，實(shí)現對PID參數的整定、手自動(dòng)模式的切換以及對調節閥門(mén)的手動(dòng)操作；對21個(gè)主要閥門(mén)分別設計了彈出式開(kāi)關(guān)畫(huà)面，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的自控或遙控；對主要工藝參數設計了歷史趨勢圖，為故障診斷和優(yōu)化控制提供了數據。為確保安全生產(chǎn)，實(shí)現對緊急事故的應急處理，對6個(gè)調節器回路加裝外部自動(dòng)跟蹤調節器，一旦出現控制系統故障，自動(dòng)切換到跟蹤調節器獨立于DCS來(lái)控制調節閥；對21個(gè)主要閥門(mén)加裝應急處理按鈕，獨立于DCS實(shí)現對閥門(mén)的強制開(kāi)關(guān)。

2.3.硬件配置：

控制站選用OMRON的C200型PLC，配置了數字模塊（OD211/ ID212）9塊，模擬模塊（AD003）4塊，調節模塊（PID03）3塊；操作站選用DELL OPTIPLEX GX150計算機；工程師站選用COMPA型PC機。構成圖如下：


圖1 硬件配置

2.4.控制站軟件組態(tài)：

控制站的組態(tài)用OMRON的系統軟件SSS作為技術(shù)平臺，用梯形圖作為編程工具，其組態(tài)內容主要有：

2.4.1.PLC內部地址的分配：

I/O地址的分配：PLC的I/O地址是PLC與現場(chǎng)檢測設備、執行機構進(jìn)行數據通信的唯一的一一對應的寄存器地址，I/O地址的分配是對PLC進(jìn)行進(jìn)一步組態(tài)的基礎；對OMRON-C200而言，I/O地址與所連接的I/O模塊有關(guān)；連接到數字模塊上的現場(chǎng)設備，其I/O地址取決于I/O模塊的安裝位置和在該模塊上的點(diǎn)號，連接到模擬模塊、PID模塊上的現場(chǎng)設備，其I/O地址取決于I/O模塊的單元號（不同的模塊應通過(guò)模塊的硬開(kāi)關(guān)設置不同的單元號）和在該模塊上的點(diǎn)號；比如在本系統配置中，現場(chǎng)的雷達液位變送器LT-101輸出的4~20mA的模擬信號連接在單元號為3的模擬輸入模塊AD003的第二點(diǎn)上，則它在PLC中的配置的地址便是IR：132；而閥門(mén)HV120的關(guān)閉狀態(tài)信號（closed）連接到安裝在的擴展機架第二槽的數字輸入模塊ID212的第十點(diǎn)上，則它在PLC中的配置的地址便是IR：01210；本系統中，共定義I/O地址142點(diǎn)。