自动化控制系统的选型问题--DCS系统

在应用DCS中，无论新建项目或是改造项目，首先是DCS的选型问题。监於各种DCS有其通用性，而且参与竞争的DCS厂家或系统集成商较多，所以各设计院或业主在标书中均不指定DCS的型号，只规定I/0点数、控制回路数、控制室与现场工艺装置之间的物理位置、人机界面要求、先进控制或数学模型优化等方面的要求、与整个企业管理网络之间关系等项要求，标书中为了显示公平、公正、公开的原则，还提出DCS应符合各种标准或特殊的性能指标等等。这里要提醒买方，由於这些年国产DCS水平提高，应在标准和各项特殊指标和投标资格的规定方面给以重视，如以往在标书中多列出国际或国外的各项标准，而对国内DCS等相关标准重视不够或不了解，如目前国内DCS是依据GB/T、18271.1-2000、GB/T、18271.2-2000、GB/T、18271.3-2000过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序等标准，这应列入标书中，这种要求是正当的，正直的。关于业绩问题，这是DCS选型和投标方资格论证的一个敏感问题。DCS的功能比较复杂，DCS开发过程是针对不同行业的，而且具体的工程项目的要求也很多，很难对DCS作唯一的选择，所以如某DCS用於本类工程较多，这样业主选用该DCS，选型风险就比较小，这是合情合理的。但国产DCS历史较短，在某些行业大型工艺装置上使用的业绩较少或没有，所以“实绩”这个门槛问题还要具体情况具体分析，如某国产DCS可靠性很高，在类似工艺的中小装置上应用很好，又有系统扩充能力等再加上国产DCS厂家，掌握原程序，可以按照业主要求增加某些特殊功能等，所以在同等价格的条件下，可以参加竟争。工艺流程确定后，控制系统被控对象也就确定。选用哪种控制系统成为重要问题,这主要根据项目规模和投资预算来考虑。DCS与模拟仪表相比更复杂，技术性能要求更高，除控制硬件外，还涉及通信协议、监控软件及与其相连的数据存储等。新系统出现后，与互连网Web技术相结合，还涉及工业连接软件和优化控制软件，实时数据库、与工厂关系数据库的连接，传统DCS、PLC的互操作等问题。一按投资预算确定控制系统如控制回路较多，模拟量采集较大，热电阻、热电偶的采集较多时，应选用DCS。采用哪种DCS，应从以下几方面考虑:目前，正是新老系统交接时期，DCS软、硬件正由专用走向通用。选比较新型的系统，价格比较低，备品比较好买，维护费用会大幅度下降。与其他系统互连容易，费用低。系统集成是未来十几年的趋势,是计算机技术发展的一个新阶段。DCS制造厂家往往对某一领域比较专长。如HoneywellTDC2000、TDC3000、TPS和PKS系统，横河CS1000、CS3000系统主要用于石化部门，因为其闭环控制回路比较多，模拟量控制比较方便。模拟量和开关量控制是完全分开的，在开关量的控制方面不如其他DCS方便。BAILEY公司N90、INFI90，西屋WDPFI、WDPFII、OVATION系统主要用于电力系统。这两个系统在模拟量和开关量结合方面较好。OVATION系统是新型软DCS系统，也是现在销售情况最好的系统之一。Fisher-Rosmount公司和西屋被Emerson收购，老系统PROVOX、RS3大多用于化工系统，其批量、配方等很有特色。现在已经基本迁移改造到新系统DeltaV上，新系统兼容现场总线和Hart协议。不同工艺过程会有一些特殊要求，如电厂要有电调设备(DEH)和事件顺序记录（SOE）。水泥行业、冶金行业等开关量与模拟量之比大约是6：1，而且纯滞后环节较多，有时需控制补偿等，选型时要考虑这些因素。有的DCS系统开关量逻辑控制组态不太方便，这时要考虑采用DCS和PLC混合使用。如电厂锅炉控制采用DCS，输煤程控和水处理、除灰等逻辑控制采用PLC。经济性该从DCS价格和预计效益角度考虑。同档次中，进口DCS控制功能强一些。进口产品有一些先进控制算法，如Smith预估、三维矩阵运算等，因销售时间较长，软件保证体系更完善。国产DCS价格低很多，也能满足基本技术要求,因开发较晚，某些技术比国外的还先进一些，如以太网的应用、导轨式的嵌入式PC为基础的控制器和已经有现场总线接口等。从结构上看，我国DCS比某些进口DCS还合理。国外传统DCS厂家的控制器差别不大，但操作站区别较大。分以PC机和小型机为基础两类。小型机价格比PC机高很多,且许多机型已停产。PC机操作系统用NT，稳定性虽没UNIX好，但作为操作站使用足够。小型机接口用SCSI，传输速率理论上是串行20倍之多。以NT操作系统作为操作站，如采用串行连接，点数（标签数）能少一些，这与硬件配置有关。有时由于硬件与软件配合不好，会频繁死机。国产PC机更便宜，采用PC机操作站，可以采用最新机型和监控软件，与计算机技术的发展基本同步。现场技术人员对软件的安装、调试、联网和开发也更熟悉。监控软件分专用和通用，通用监控软件开放性能好，能在以太网中用DDE、或OPC方式交换数据。专用监控软件脚本不丰富，不能与第三方设备连接，所以目前快要退出市场，但病毒、黑客难以侵入;致命的缺点是开放性能差。传统DCS即将退出市场，新型系统可以是集成的，也可以由DCS厂家作为系统供应的。对于集成系统可以是操作站采用通用的，控制器有许多接口，与PLC，Web连用。用户可以通过工程公司集成，应按照项目的规模大小和预算资金来选择使用。由于有通用的监控软件，符合IEC61131-3标准的编程软件、可以选用嵌入式系统或软DCS系统，集成的控制系统有可能达到最高的性价比。系统规模主要由系统的输入输出点数确定。其中包括连锁、特殊控制要求所需的输入输出点数。选择DCS的型号要看资金确定和维护的工作量，的DCS除操作站需要维护以外，控制部分基本不需维护。在选型时，要考虑是否需要冗余。新型DCS的通讯网络是冗余的，结点之间距离和DCS网络总长度以及各结点地理配置有关。通用以太网，网卡等价格很低，而专用网络接口很贵。经济性涉及很多因素，最好联系国内类似单位，进行技术培训，或请教有经验的专家解决有关困难。工程承包方的技术力量。要选择技术力量较强单位作总体方案，而具体编程或组态可分别完成。国外DCS厂商技术人员不可能大批来我国服务，不熟悉我们应用情况，更不可能什么系统都很清楚，所以具体实施还是国内技术人员较好。如采用进口DCS，可得到国外一些开发工业连接软件公司的技术支持，能把系统做好一些。我国技术人员也得到提高。虽然我国技术与国外相比有一定距离，但国内技术人员对国内情况比较了解，在国外大公司支持下，做的工程会达到更好性能。售后服务。国外厂商通常配品、备件供应价格高，且不能及时提供。用户应选择厂商实力雄厚，技术力量强、境内技术支持好的厂家。厂家会不断更新产品，新旧产品兼容性要好。国内DCS厂家配品、备件供应较及时，售后服务做的比较好，许多第三方厂家也开发了许多价廉物美的产品，用户都可选用。技术的先进性。计算机技术发展很快，而DCS发展相对稳定，这涉及新技术的应用。要注意：有些国外厂家为抢占市场，经常把不太成熟的产品推到第三世界。国产DCS销售时间还不够长，对一些软件的测试条件不够完善，在一些极特殊情况下，是否会产生问题没有足够证据，所以有时发生故障会有解释不清的情况。系统集成已成熟，为节约资金，可采用。应该向ABB公司学习，它的工业IT，就是集成了许多家的产品。用类似的办法，不仅能集成出好的系统，还能培养技术队伍。综上，选型不但要考虑项目规模和投资预算，还要考虑一系列其它因素。系统集成是以后的方向，不仅满足控制要求，而且性能好、资金省。二按输入/输出点数确定操作站控制器的型号和台数控制器和处理I/O点数的能力系统首先要决定采用多少控制器和人机界面。回路控制器组成的系统是比较单一，提供的IO点数确定，用满它的I/O点和回路数目是可以的（有现场总线连在控制器上除外）。购买的产品品牌确定后，就要确定PLC或DCS的型号，要购买多少台控制器、一个控制器需要配多少I/O卡件。个问题对于最终用户来说是很重要的。硬件组态。DCS、PLC的型号确定以后，计算各种类型的I/O的卡件数。这称为硬件（或称为硬件配置）组态。硬件组态有三方面考虑：首先是与控制器位置有关的I/O设备位置的确定。考虑到安装布线费用，远程I/O体系有优势。本地I/O或远程I/O选定以后，就要选模块型号。通常不会只要一种型号I/O模块。型号选定后，计算每种型号I/O模块数。根据所用的现场传感器、控制设备工原理和电压幅值来划分统计。根据（输入/输出）功能、电压、工作原理，统计接口模块数。软件组态。上述工作完成后，才开始软件组态，即DCS采用功能块组态，PLC编制梯形图。现场安装和调试，最后使系统很好的运转。除了I/O模块数，还要考虑控制器逻辑程序所用处理机内存容量，最后还要考虑处理机指令系统。关于DCS，控制器I/O点数配置比PLC要复杂一些。因DCS主要考虑模拟量处理，它占的处理机内存容量更多。所以选型后，还必须确定点数裕量。根据经验，假设实际有100个I/O点，应选用能识别300-400点I/O的控制器。假设一台DCS控制器能连接64块I/O卡，在实际连接时，连接20多块I/O卡才合适。每块卡分别是8路或16路。如果都是开关量，块数可适当多一些;模拟量块数要少一些。如果一台DCS控制器能完成120个PID控制回路任务，在做组态时最好作40多个回路，再加上部分开关量和模拟量采集，控制器才能正常运转。一定不要作太满，否则不仅影响控制器运行，还影响DCS通讯网络工作。一个系统要用好几台控制器，各控制器作硬件组态时，相互间负荷要平衡，各控制器输入/输出点数要相当。各控制器要组态多少PID回路关系不大，只要I/O的点数大约是最大能力的30-40%左右。如两台控制器输入/输出点数都没超出，但数量差太远，比如一台是1000多点，而另一台只有100多点，这时通讯网络的工作不太正常。控制器识别I/O点数的能力和推荐的I/O点数。说明书中控制器宣传的读取I/O能力越大，留的余量就应越大。如宣布一台控制器有12000点的I/O能力，或有5000点的I/O能力，实际I/O点不能超过1/3，甚至还要少。使用每块卡件，如8通道输入卡，还要留出1-2个通道，16路输入卡，要留出2-3个通道，以便调试时更换通道用。尤其是热电阻或热电偶卡，一定要留富余通道，小信号的模拟量通道更易损坏，调试时更要小心。厂家会给出一台控制器推荐的I/O点数，根据这个点数留余量，而不是一台控制器能识别I/O的能力。操作站和标签量。传统DCS的操作站读取I/O点数是有严格规定的，能显示标签量的多少与下列几个因素有关：作站主机CPU的运算速度；操作站主机存储器的大小；主机与DCS网络接口的连接方式（有串行和SCSI之分）；监控软件所接收I/O点数。按说明书作操作站组态。根据操作站显示标签数量，决定操作站台数。新型系统由于主机CPU的运算速度和存储容量都能满足要求，标签量可以作的很大，几万个标签都可以作到。三关于控制系统的网络层次80年代传统DCS网络只有一级或两级，分别是连接控制器和人机界面的通信网络。有的系统分成完成闭环控制任务的控制器、完成数据采集的控制器和完成逻辑控制任务的控制器，控制器之间用通信网络连接起来。这样就有两级网络。90年代为把生产过程现场数据送到以太网，与MIS系统连接起来，又增加了网关，从而增加了网络层次。网络层次增加了，又增加专用的通信接口，有一层网络只读取数据，对控制没有贡献，由于使用接口产生瓶颈，使通信效率降低。新型系统的控制器能直接上以太网，网络层次比较少，系统价格比较低。在作系统集成时，选用接口比较多的控制器，如以太网口、Modbus协议、RS232C或RS485等，使得控制器能与现场总线相连，或能与PLC相连。集成的系统功能强、能与商业活动结合在一起，并且能把控制系统当成一个核心似的，第三方能作二次开发。