DCS的發(fā)展與應(yīng)用課件

DCS的發(fā)展與應(yīng)用DCS的發(fā)展歷史追溯上世紀70年代，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，生產(chǎn)裝置迅速向大型化發(fā)展。尤其在石油煉制、冶金、化工、建材、電力、等行業(yè)。這些行業(yè)的生產(chǎn)大型化能帶來明顯的好處，如生產(chǎn)效率提高、原料消耗減少、勞動力成本降低等。生產(chǎn)設(shè)施的提高要求設(shè)備之間具有更好的的協(xié)調(diào)性，而且停機會帶來巨大的損失。因此用戶迫切希望能夠有一種產(chǎn)品或者系統(tǒng)能夠解決生產(chǎn)過程大型化和連續(xù)化所面臨的的控制問題。硬件的發(fā)展要求

20世紀70年代中期，大規(guī)模集成也路取得突破校的發(fā)展.8位處理器得到了廣泛的運用，使自動化儀表工業(yè)發(fā)生巨大的變化，現(xiàn)代意義上的DCS也應(yīng)運而生.1975年Honeywell推出了第一個DCS產(chǎn)品，即TDC2000.但只有模擬量控制。中國的DCS發(fā)展中國使用DCS始于1981年，;當時吉化公司化肥廠在合成岸裝置中引進了Yokogawa的產(chǎn)品，表現(xiàn)出良好的控制性能和可靠性。隨后中國引進的30套大型化肥項目和大型煉油項目都采用了DCS控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)設(shè)施的效率和產(chǎn)品質(zhì)量的連續(xù)性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS產(chǎn)品在石油和化工行業(yè)的成功應(yīng)用也促進了其他行業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，在隨后的幾年，冶金、建材、電力、輕工等行業(yè)的新建項目中也陸續(xù)使用了DCS產(chǎn)品，并成為這些要行業(yè)的主流控制系統(tǒng)。技術(shù)發(fā)展從不同方向發(fā)展起來的DCS在結(jié)構(gòu)上、軟件方

面有些區(qū)別.儀表公司開發(fā)的DCS的控制器的軟件部分比較符合儀表工程人員應(yīng)用的習慣，特別是組態(tài)方式比較方便。計算機公司設(shè)計的DCS的人機界面比較友好。相繼出現(xiàn)的

DCS有MAX-L、RS3、MODIll（泰勒）、N90（貝利）、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200;橫河的YEPARKMARKII、東芝的TISDDIC;英國的P4000;德國司的TELEPERM（西門子）

、DCE-400(費舍爾）

等。技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)在硬件結(jié)構(gòu)、軟件應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方麗，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，大約有三次比較大的變革，表現(xiàn)在操作站、DCS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線的出現(xiàn)三個方面。

二十世紀七十年代操作站的硬件、操作系統(tǒng)、監(jiān)控軟件都是專用的，由各DCS廠家自己開發(fā)，操作站也沒有動態(tài)流程圖，只有文本顯示。通訊網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議基本上都是采用輪詢方式，在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)交通指揮器。八十年代就發(fā)生變化了，通訊網(wǎng)絡(luò)較多地使用令牌方式。九十年代操作站出現(xiàn)了通用操作站，九十年代末DCS通訊網(wǎng)絡(luò)有部分開始采用以太網(wǎng).21世紀初DCS和MIS系統(tǒng)相結(jié)合，組成綜合管理信息系統(tǒng)，DCS的信號送到全廠和存入工廠數(shù)據(jù)庫，供管理人員查詢。MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，載體采用光纖網(wǎng)和電話線網(wǎng)相結(jié)合的方式，傳輸數(shù)據(jù)多的地方采用光纖，數(shù)據(jù)少的地方用電話線，很像公共交通的高速公路和國道聯(lián)合使用一樣。

技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)總的來看，DCS本身的I/O板變化主要體現(xiàn)在I/O板A/D的轉(zhuǎn)換位數(shù)；操作站的變化體現(xiàn)在軟、硬件的改變，通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議的改進；控制器相對來講變化要小的多，它只是由于芯片水平的提高而作些調(diào)整;功能塊的算法和組態(tài)方式是不變的；操作站主要表現(xiàn)在由專用機變化到通用機，監(jiān)控軟件由專用逐漸變化到通用。DCS的另一個重要發(fā)展是:現(xiàn)場總線作為控制器的輸入、輸出。把現(xiàn)場總線作為DCS的輸入、輸出板，目的是解決遠程信號的數(shù)據(jù)傳輸問題，如把HART總線做成DCS的一種輸入板，可以有16個變送器鏈接在

HART總線上。又如LONWORKS總線作為MOORE的353回路控制器的輸入、輸出。控制器的控制回路由兩個增加到25個，問時還能有

100個開關(guān)量。變送器、執(zhí)行機構(gòu)和DCS的控制器的距離可達1公里以上，不僅解決了遠程信號的數(shù)據(jù)傳輸問題，還節(jié)省了連接電纜。市場規(guī)模中國龐大而成體系的流程工業(yè)形成了過程控制系統(tǒng)的市場基礎(chǔ)，而其中電力、石化、化工、建材、造紙、市政、冶金的大幅度投資與增長，更形成了每年超過50億元(2004)的DCS市場規(guī)模。同時，市場的行業(yè)分布也與這些行業(yè)的投資情況息息相關(guān)。譬如，近年的能源短缺和隨之而來煤化工投資熱潮，使得煤化工行業(yè)的DCS能求達到18億元，占據(jù)整個市場三分之一強的份額，超過了石化和化工這些傳統(tǒng)的DCS應(yīng)用的行業(yè)。DCS控制的發(fā)展趨勢1.傳統(tǒng)DCS轉(zhuǎn)向開放的DCS

傳統(tǒng)DCS是由控制站，操作站及網(wǎng)絡(luò)組成，開放性較差.90年代國外推出新一代DCS。如霍尼韋爾的TPS，它是集過程控制和信息管理于一體的計算機系統(tǒng)，采用通用的軟件:Windows和Intel芯片。2.以工業(yè)PC機和現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分散控制。隨著工業(yè)PC機和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)PC機的容量大，靈活性強，價格便宜，作為生產(chǎn)過程控制的設(shè)備，可滿足要求。本世紀，以工業(yè)PC機和現(xiàn)場總統(tǒng)為基礎(chǔ)的分散控制，在石化工廠將會得到應(yīng)用。據(jù)專家估計:本世紀，大部分常規(guī)的DCS功能將會移到現(xiàn)場智能儀表和基于PC的系統(tǒng)。DCS控制的發(fā)展趨勢總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

隨著國際現(xiàn)場總線標準的實施，現(xiàn)場總線技術(shù)的成熟以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的推出它將對我國儀表和自控領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響，也必將對我國石化企業(yè)儀表和控制系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)生很大的影響。由于現(xiàn)場總線技術(shù)克服了模擬儀表和DCS的不足及應(yīng)用中的問題，近幾年它發(fā)展迅速，已進入實用化階段。新一代控制系統(tǒng)是由多段高速和低速現(xiàn)場總線、各類智能現(xiàn)場儀表包括流量、壓力、溫度、執(zhí)行器及輔助單元等、人—機接口(工業(yè)PC機)、組態(tài)軟件、監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)軟件等組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。有的國外儀表公司已推出自己的現(xiàn)場總錢控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有的控制系統(tǒng)是DCS，它可完成控制、顯示、操作及與上位機通訊等。采用現(xiàn)場總統(tǒng)控制系統(tǒng)，原DCS的60%-80%de的基本控制功能分散在智能現(xiàn)場儀表上執(zhí)行，現(xiàn)場儀表、PLC、人機接口(操作站)、維護管理系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)都將作為現(xiàn)場總線的節(jié)點平等地掛在現(xiàn)場總線上。FCS除了有控制系統(tǒng)外還有非控制用的信息組成維護管理系統(tǒng)，可把現(xiàn)場儀表的工位號、制造廠

、材料、量程和零點、運行狀況、準確度、維修計劃等一系列信息傳送到操作站，操作員對現(xiàn)場儀表運行情況一目了然。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可及時了解故障的位置和性質(zhì)，縮短了判斷故障的時間，并可預(yù)測維修，提高了系統(tǒng)的可靠性和可用性?？刂?、管理、經(jīng)營于一體的信息綜合系統(tǒng)目前，許多化工企業(yè)都是采用一種自成系統(tǒng)的自動化絡(luò)構(gòu)，每個單元都有它自己負責的自動

化系統(tǒng)，形成許多自動化“孤島”式的控制和信息管理格局。由于市場競爭激烈和規(guī)模經(jīng)營發(fā)展，企業(yè)為增強競爭優(yōu)勢，需要更及時、準確的信息為企業(yè)決策服務(wù)，并使經(jīng)營決策能有效地轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)操作成果，計算機控制、經(jīng)營和管理

一體化的信息綜合系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)將會得到煉油化工企業(yè)的重視。該系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)控制級、生產(chǎn)管理級和經(jīng)營決策

級組成。調(diào)節(jié)控制級包括現(xiàn)場儀表、調(diào)節(jié)控制、先進控制和優(yōu)化，實現(xiàn)過程的最佳控制；生產(chǎn)經(jīng)營管理級.包括跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量的實驗室信息管理系統(tǒng)，采集、加工和分析信息，生產(chǎn)計劃調(diào)度等;決策級是企業(yè)的最高決策層，包括原料供給、產(chǎn)品銷售、市場營銷等活動，及時做出正確決策，實現(xiàn)企業(yè)的最大利潤。公用工程控制公用工程裝置不是化工廠中的直接生產(chǎn)裝置，公用工程是向各工藝裝置供應(yīng)能源的，同時也消耗能源。如何使用公用工程裝置能源合理分配，達到燃料、蒸汽和電力優(yōu)化分配，則是公用工程控制的目的。在經(jīng)濟發(fā)達的國家中，十分重視公用工程的能源優(yōu)化控制管理。目前國外有許多公司都推出自己的能源優(yōu)化控制管理軟件包，對能源管理進行優(yōu)化，以達到節(jié)約能源，提高效益的目的。美國SETPOINT公司的公用能源優(yōu)化應(yīng)用軟件包已全世界十幾個工廠中安裝使用。它是結(jié)合模擬和先進控制來建立一個全廠范圍內(nèi)的能源管理系統(tǒng)，以最低的費用提供能源，它可以分析蒸汽量，優(yōu)化控制鍋爐蒸汽產(chǎn)量，可以直接同過程計算機相連接，在線進行優(yōu)化控制，可節(jié)約能源費用的2%—8%oABBSimcon公司的能源管理系統(tǒng)(EMS)，也是一種優(yōu)化控制系統(tǒng)。它可以管理和控制工廠能源的發(fā)生和分配。它使用優(yōu)化、能源預(yù)測、蒸汽和電力平衡，產(chǎn)氣和發(fā)電協(xié)調(diào)、自適應(yīng)和預(yù)先控制，以達到燃料、產(chǎn)汽控制優(yōu)化的目的，可以節(jié)約5%—10%的能源消耗。DCS控制體統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)DCS控制系統(tǒng)的構(gòu)成過程級控制器I/O板通訊網(wǎng)絡(luò)操作級操作站和工程師站組態(tài)及各種編程軟件管理級MISERP等常見的DCS控制系統(tǒng)分程控制PID控制比例控制串級控制前饋控制反饋控制等內(nèi)容總結(jié)DCS的發(fā)展與應(yīng)用。上世紀70年代，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，生產(chǎn)裝置迅速向大型化發(fā)展。尤其在石油煉制、冶金、化工、建材、電力、等行業(yè)。相繼出現(xiàn)的DCS有MAX-L、RS3、MODIll（泰勒）、N90（貝利）、D/3、WDPF、MICRO、ECS-1200?？偩€和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。